在役桥梁永久性观测点测设方法探讨

石菊创，卢阳阳

（1.广西金盟工程有限公司，广西 南宁 530001；2.广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西 南宁530029）

0 引言

大桥和特大桥是公路的咽喉，起到跨越河流、沟壑、山谷，连通路线的作用。营运桥梁在车辆荷载、温度荷载、混凝土收缩和 变、预应力损失、基础冲刷、地基沉陷等因素影响下，可能会出现桥面下挠、扭转、开裂、下沉、移位等病害，使得车辆无法正常行驶而诱发交通事故，甚至会进一步导致桥墩倾覆、梁体断裂、桥面坍塌等严重安全事故［1］。因此，管养单位需要掌握桥梁在运营过程中的变形、位移状况，建立安全预警体系。

桥梁永久性观测点布设及观测技术是一种科学、经济、实用的变形监测方法。现行《公路桥涵养护规范》规定：“新建桥梁交付使用前，公路管理机构应事先要求桥梁建设单位在竣工时设置便于检测的永久性观测点。大桥、特大桥必须设置永久性观测点，定期进行控制检测。”纵观国内桥梁养护现状，由于桥梁永久性观测点测设技术并未得到足够重视和推广，管养单位极少对大桥和特大桥布设永久性观测点，导致绝大部分的大桥都处于一种高效运营却缺乏安全预警的工作状态。本文结合广西拉会高架大桥永久性观测点测设工程实例，探讨如何对在役桥梁布设永久性观测点及其测量方法。

1 工程概况

拉会高架大桥是广西六寨至河池、宜州至河池高速公路全线最长、最高、最弯的大桥，左幅1 9跨，长8 3 6m，右幅2 5跨，长1 0 2 1m。主桥为连续钢构桥，采用现浇混凝土预应力连续钢构，引桥采用预应力混凝土T梁，先简支后连续。主桥最大跨径1 1 0m，主墩高度在9 0～1 1 0.5m，均为空心薄壁墩，桥面至地面最大高度约为1 3 8m。

2 变形监测方法

在日益繁重的交通量和重载车条件下，如何掌握拉会高架大桥在运营过程中的变形、位移状况及其变化速率、趋势并进行安全预警是管养单位最关心的问题。利用桥梁永久性观测点测设方法，通过布设垂直位移监测基准网、水平位移监测基准网和桥面、墩台永久性观测点，使用高精度全站仪和水准仪定期观测，能够快速地掌握桥梁在运营过程中的变形状况，指导管养单位进行日常养护、维修和加固工作，保证桥梁处于安全使用状态。

3 布设监测基准网、永久性观测点

3.1 布设垂直位移监测基准网

垂直位移监测基准网的基准点应最少布设2个，分布于桥梁两岸、上下行线变形区以外稳定的土层内。选取基准点位置应避开回填虚渣、河流冲刷区、滑坡变形区等不稳定地质地段，此外还需考虑人为破坏、车辆冲撞等因素的影响，尽量把基准点布设在较偏僻、路人不容易破坏的地方。基准点标石规格按二等水准点标石埋设，基础应开挖至原状岩土，确保基准点在桥梁设计使用期限内不下沉、不移位。拉会高架大桥共布设3个垂直位移基准点，第一个点布设在上行线距0＃桥台1 5.0m路基边缘，第二个点布设在上行线距0＃桥台1 0.0m路基边缘，第三个点布设在下行线距1 9＃桥台1 0.0m路基外侧，形成独立的高程网，现场用红油漆标识，编号分别是B M 1、B M 2和B M 3。高程基准点布设位置见图1。

图1 高程基准点和平面基准点位置图

3.2 布设桥面永久性观测点

桥面观测点布设在行车道两边，距防撞墙2 0c m处，按每孔跨中、L／4、3 L／4和支点五个截面布设1 0个观测点，将球冠型不绣钢钉打穿沥青层，锚固于主梁结构，观测钉埋设方法见图2。拉会高架大桥桥面共布设四条观测线路：下行线外侧（A线）、下行线内侧（B线）、上行线内侧（C线）和上行线外侧（D线），见图2。观测点采用φ8×1 2 0m m不锈钢钉，首先使用冲击钻在指定位置钻孔，清孔后注射植筋胶，然后埋设钢钉，并在防撞墙对应位置用红油漆编号。桥面观测点分布见图3。

图2 桥面观测点设置示意图

图3 桥面观测点布置平面示意图

3.3 布设水平位移监测基准网

水平位移监测基准网的基准点应最少布设3个，分布于桥梁两岸、上下行线变形区以外稳定的土层内。现场选取基准点的位置应满足各点之间相互通视，形成三角形网或导线网，且尽量方便观测。不同类型监测基准网的精度有差异，一般三角形网的精度要高于导线网的精度，网单元的形状越接近等边三角形，精度越高。对于大桥、特大桥应布设三角形网，网单元的形状应接近等边三角形。由于拉会高架大桥长度较长、弯度较大，现场共布设5个水平位移监测基准点，形成三角形网，第一个点位于上行线9＃跨桥底，第二个点位于上行线1 7＃跨右侧4.8m，第三个点位于下行线1 9＃跨左侧1 0.7m，第四个点位于下行线1 4＃跨桥底，第五个点位于下行线1＃跨左侧8.6m，依次编号为S M－A、S M－B、S M－C、S M－D和S M－E，各点的位置见图1。基准网点位采用有强制归心装置的观测墩，基础埋深最小1.5m，主体高出地面1.2m，顶部预埋不锈钢对中盘，通过铜质螺杆与全站仪连接。观测墩规格见图4。

图4 观测墩标石示意图（单位：m m）

3.4 布设墩台永久性观测点

墩台观测点布设在墩台身顶部附近，通过膨胀钉和植筋胶把粘贴反射片的V型板锚固在预定位置。为了保证观测点的安全，以及便于现场观测，引桥部分的柱式桥墩的第一个观测点布设在盖梁底部向下1.0m处，主桥薄壁墩的第一个观测点布设在上部结构和下部结构分界面，两侧桥台的第一个观测点布设在侧墙顶部向下0.1m处。全桥墩台的第二个观测点均布设在第一个观测点向下1.0m处，且在同一条垂线上。现场先通过度量、吊垂线定出位置，然后冲击钻打孔，注射植筋胶，再使用膨胀钉把粘贴了反射片的V形板锚固在墩上。观测点布置位置见图5。

图5 墩台观测点布置示意图

4 变形观测

4.1 桥面线形观测

对在役桥梁进行桥面线形测量，考虑到线路交通繁忙，完全封闭交通难度大，一般只封闭半幅交通。测量前设计好测量路线，为了确保安全，在较短时间内完成观测，一幅桥面的观测点应在一次闭合水准测量中完成。拉会高架大桥桥面线形观测采用如下步骤：

（1）封闭上行线超车道，从高程基准点B M 1开始，使用精密水准仪按照“线路测量”模式依次测量上行线内侧观测点，并假定基准点B M 1的设计高程是1 0 0.0 0 0 0m；

（2）解除封闭内道，改为封闭外道，紧接着测量上行线外侧观测点，最终闭合到基准点B M 1；

（3）使用相同的方法完成下行线内侧和外侧线形测量。

桥面线形测量注意事项：水准仪的精度必须满足二等水准测量的精度要求；测量桥面的每一个观测点时都应确保桥梁处于自然状态，桥面无车辆行驶；每站高差中误差、环线闭合差必须满足规范的要求。

4.2 墩台水平位移观测

水平位移监测基准网的平面坐标采用假定独立的坐标系，本桥假定下行线第一个桥墩的第一个观测点为坐标系原点，与下行线最后一个桥墩的第一个观测点连线方向为X轴方向。墩台观测点坐标测量步骤：

（1）使用“1”级全站仪测量基准点之间的距离、高差和角度；

（2）使用精密水准仪把桥面垂直位移监测基准网的标高引到水平位移监测基准网；

（3）经严密平差后计算出各个基准点在独立坐标系中的坐标；

（4）在基准点、工作基点上通过坐标定向、后方交会测量墩台观测点的坐标。

桥面线形和墩台水平位移应定期观测，最长周期≤3年，对于重要的桥梁应该加大观测频率。后期的数据处理中，首次观测数据作为原始数据，通过各期观测数据与原始数据的比较，直接得出桥梁在运营过程中的变形、位移数值。为了保证观测精度，真实地反映桥梁在运营中的细微变形、位移，各期观测应满足：在较短的时间内完成；采用相同的观测路线和观测方法；使用同一仪器和设备；观测人员相对固定；记录相关的环境因素，如荷载、温度、降水、水位等；采用统一基准处理数据。

5 结语

对在役桥梁布设永久性观测点，定期观测桥面线形和墩台水平位移，系统地掌握桥梁在运营过程中的变形和位移，有助于判断桥梁的安全状况，指导桥梁养护、维修和加固工作，是一种科学、经济、实用的变形监测方法。本文描述和分析了桥梁永久性观测点测设方法在拉会高架大桥变形监测中的应用，为运营期桥梁永久性观测点测设工作提供借鉴。相信随着我国交通事业的不断发展，这种观测方法会得到进一步重视和推广。

［1］吴进星，侯海元.桥梁永久性观测点、基准点布设及观测方法探讨［J］.西部交通科技，2013，75（10）：61-65.

［2］GB50026－2007，工程测量规范［S］.

［3］JTGH11－2004，公路桥涵养护规范［S］.