变形监测技术在桥梁监测中的应用

李东栋

（新疆交通规划勘察设计研究院，乌鲁木齐 830006）

1 引言

近年来，我国桥梁工程规模及数量都在不断增加，对其安全性能也提出了更高的要求。在桥梁施工过程中加强其变形监测，确保整个桥梁工程的安全。本文主要介绍了变形监测技术、桥梁变形监测内容及应用原理、方法和技术等等，以供参考。

2 变形监测技术概述

变形监测技术本身就是一种测量技术，采用该项技术对监测对象进行精准的定位，找到目标的空间位置，同时还可以研究该技术下桥梁内部结构形态随时间变化的规律。总之，在桥梁工程施工过程中，依据变形监测技术的测量结果来科学安排，保证工程施工质量[3]。因此，变形监测技术对桥梁工程项目施工发挥着关键性作用。

通过采用变形监测技术，可以分析和判断桥梁工程的安全性、可靠性。根据监测结果，对桥梁工程的参数、设计进行科学合理设置。与此同时，根据施工质量的情况来分析桥梁变形的特征，对桥梁变形进行预估，并可以将其记录下来，为之后可能出现这样的情况提供资料。桥梁变形监测工作是采用先进的测量方法、设备，合理地运用工程测量知识，每隔一段时间对桥梁水平方向和竖直方向的变形程度进行监测。

3 桥梁变形监测的内容及应用原理

桥梁变形监测主要包括两部分，即桥梁沉降监测、桥梁承台水平位移监测。在建筑工程项目中，地面沉降现象很普遍，其具有明显的特征且无法避免，在桥梁监测中主要体现为桥梁沉降。除此之外，测量人员还要监测桥承台的水平位移情况，这样就可以全面掌握桥梁的变形状况。通过对桥梁变形的监测和整体把握，能够有效保障桥梁的安全。

3.1 桥梁沉降监测

桥梁沉降监测工作的主要内容是监测桥梁垂直方向的位移情况。在观测桥梁沉降情况时，要做到以下几点：保障点位基准点、观测点、工作基点的稳定；固定观测的仪器、设备，使其在观测工作中保持平稳、不晃动；测量人员尽量做到在整个测量中保持稳定，减少误差的累积；保障观测与环境条件的一致性；在观测工程的各个组成部分时，固定镜位、观测路线以及程序方法等，使整个过程顺利地进行。桥梁沉降监测的工作内容：沉降观测点和网的设置、沉降监测、跨河桥沉降观测等。在实际桥梁观测时，最常用的方法就是闭合水准路线、附合水准路线。选择适合的观测方法，选择高精度的设备（一般选用电子水准仪）来观测桥梁沉降的位移情况。因跨河桥的桥墩在河中，针对这种情况，主要采用闭合水准测量进行观测。需要注意的是中间联测的部分，要通过观测往测已测点来完成。

3.2 桥梁承台水平监测

桥梁承台水平监测工作主要是测量承台的水平位移情况，其包括监测水平位移基准网观测和水平位移观测点测量两项内容。桥梁承台水平监测的工作流程：首先保障基准控制网的合理布设，在设置基准线时，对基准线条数的选择存在两种情况：第一种情况是布设一条基准线，在此基础上测量其基准点间距离即可。需要注意的是，要建立校核点来保证基准线在监测过程中不发生偏移。第二种情况是布设多条基准线，这种情况不仅要完成第一种情况的工作，还要测量相邻基准点之间的距离、角度。在承台的水平监测中，测量误差和测距误差是影响观测精度的两大因素。

4 桥梁变形监测的方法

在这主要介绍桥梁变形监测的两种方法，即常规大地测量法和物理传感器法。常规大地测量法能够监测桥梁的整体变形情况，对桥梁局部变形难以监测；而物理传感器法恰恰相反，能够监测桥梁的局部变形情况，无法监测桥梁整体状况，两者呈互补关系[2]。在不同的需求下，合理选择桥梁变形监测的方法。

4.1 常规大地测量法

在二十世纪八十年代前，测量人员主要采用常规大地测量法来监测桥梁变形情况。测量工作确定了方法，还需要仪器的参与，通常会采用电子测量仪器和光学测量仪器。根据桥梁监测的要求，对基准点间的距离和角度进行定期测量，从中取得桥梁监测点的三维坐标，进而确定桥梁结构的水平位移和垂直位移。大地测量法具有灵活性强、精度高、成本低的优点，在桥梁监测领域受到广泛的应用。

4.2 物理传感器法

常规大地测量法在桥梁整体变形监测中发挥着重要作用，但遇到要求监测桥梁局部变形情况时，其比不上物理传感器法的应用。物理传感器法能够监测桥梁局部变形情况，弥补常规大地测量法的不足。现阶段在进行桥梁局部监测工作时，采用的物理传感器有测力计、位移计、倾斜计、重量动态测量仪、电子水平仪等。另外，还包括一部分传感器是针对外界环境条件进行研究的，比如温度、湿度、压力、风力等外界条件。比如唐山高等人采用倾斜传感器来测量位移的变化，其主要研究的是塞浦路斯高速公路高架桥桥墩的位移变化情况；胡现辉等人通过集成技术将电子水平仪、计算机有效地结合起来，完成计算机的有效控制，从中获取电子水平仪的有效、准确的倾斜数据，并根据这些数据绘制出桥梁变形图。在监测桥梁的局部变形情况时，常常将物理传感器固定在桥梁中，传感器具有较强的灵活性和适应能力，不论环境多么复杂、恶劣，传感器都能完成自动化观测。尽管传感器有很多优点，但该方法存在一定的局限性，只能监测桥梁的局部变形和相对变形情况，无法掌握桥梁整体的变形情况，与常规大地测量法正好互补。

5 桥梁变形监测的应用技术

伴随着计算机技术和空间技术的迅速发展，测量技术有了一定的进步，尤其是变形监测技术发展、应用都有很大的变化。桥梁变形监测技术的不断进步，适应着时代变化的需求，其应用范围也是越来越广，其中，摄影测量技术、GPS测量技术等被测量人员广泛应用。

5.1 摄影测量技术

应用于桥梁变形监测的摄影测量技术，主要是对大范围的地面变形情况进行监测。与全站仪测量技术相比，摄影测量技术不仅精度不高，而且测量设备成本很高，其应用情况还需要进一步研究[1]。

5.2 GPS测量技术

GPS技术主要是通过布设平面控制网、基准站等来完成大型桥梁工程长时间、不间断地监测，从中获取静态监测数据和动态监测数据。GPS技术的实践与应用，在保障监测结果的准确性、可靠性的前提下，极大程度上减少了测量人员的工作任务，降低了员工的劳动强度，同时还节省了施工成本。

5.3 雷达干涉测量技术

与INSAR技术相比，差分干涉的精度更高。具体来说，INSAR技术提取高程的精度可达数米，而差分干涉可将精度提至厘米级甚至毫米级，可以监测桥梁的微小变形情况。国外研制的遥感干涉测量系统很成功，并应用于桥梁和建筑物的变形监测中。我国引进该项系统，对钱塘江大桥、金沙江大桥、石崆山大桥进行静态监测、动态监测及自振频率监测，监测数据结果显示：该系统能够快速、准确地获得桥梁静态、动态变化的数据，其静态精度能达到0.1毫米、动态精度能达到0.01毫米；在对斜拉桥监测过程中，遥感干涉测量系统可以一次同时测量多根桥索，并且其监测过程不会给交通带来不便。

6 结语

综上所述，变形监测技术可以对桥梁的沉降变形、桥承台水平变形情况进行准确监测，该技术有效地保证了桥梁工程项目整体的安全性、稳定性，进而促进交通的安全畅行。因此，只有加强变形监测技术的研究及应用，才能更好地保证桥梁的安全，保障人们的出行安全。