桥梁变形监测方案探讨

徐弘

【摘要】本文以马鞍山长江公路大桥01标段的监测方案为例，通过选择线形监测成果分析，结合桥梁变形监测方案的拟定和实施过程进行探讨。

【关键词】桥梁;变形监测;线形测量;控制网;精度

【DOI 编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.023

Discussion on Bridge Deformation Monitoring Scheme

XU Hong

（Ma'anshan Surveying and Mapping Technology Institute，322 Geological Team，Anhui Bureau of Geology and Mineral Exploration，Maanshan 243000，China）

Abstract：Taking the monitoring scheme of bid section 01 of Ma'anshan Yangtze River Highway Bridge as an example，this paper discusses the formulation and implementation process of bridge deformation monitoring scheme through the analysis of selected linear monitoring results.

Key words：bridge;deformation monitoring;linear measurement;control network;accuracy

1工程概况

马鞍山长江公路大桥建于2008年，于2013年完成通车。桥路面全长36.14千米，跨江主体路段长11.209千米。大桥主桥位于马鞍山市当涂县与和县交界，东经118°23′，北纬31°36′。沿江一带属北亚热带湿润型季风气候区，年平均气温15.8℃。最热月为7月，月平均28.1℃;最冷月为1月，月平均温度2.6℃。常年平均降水量为1067 mm，年无雨日250天左右，降雨多集中在6～7月。测区内水系发达，交通便捷。安徽省交通控股集团有限公司于2019年进行了“2019年度安徽省部分长江大桥桥梁控制网布设及河床断面基础冲刷测量项目”的挂网招标。通过竞标我院获得01标段桥梁控制网布设及线形测量项目。该项目通过对马鞍山长江公路大桥01标段进行桥面线形测量、塔柱线形测量、桥梁墩柱测量，观测其桥梁变形情况，为后续桥梁养护提供一定的技术依据[1]。

2监测方法的选择

2.1.桥面线形监测方法

常用的桥面线形监测方法有GPS法、极坐标法、挠度計与位移传感器法以及使用激光经纬仪进行测量等。实际应用中要根据不同塔柱的具体情况以及不同监测方法的特点，谨慎选择水平位移的监测方法。本项目中对马鞍山长江公路大桥桥面的监测，因为需要采用RTK测量技术进行实时定位，因此，塔柱水平线性位移监测方法选择确定为极坐标法，并用全站仪进行观测。

2.2塔柱线形监测方法

马鞍山长江公路大桥主体结构是由左汉桥、右汉桥、塔柱以及两侧的引桥构成，其左汉桥属于悬索桥，右汉桥属于斜拉桥。因此在对马鞍山长江公路大桥的塔柱进行水平线性位移监测时，其常用的监测方法有测边法、测距三角高程法、测角法、GPS法、全站仪方向法、极坐标法等。本项目中对马鞍山长江公路大桥桥塔的监测，采用全站仪方向法与测距三角高程法相结合，对其塔柱线形变形进行测量。

2.3桥梁墩柱沉降监测方法

在桥梁正常使用中，由于桥梁自重、车荷载、风荷载以及地震等因素的影响，通常会使桥梁的桥墩发生沉降，如果沉降过大，将严重影响其安全性能及耐久度。在桥梁沉降变形监测中，常用的方法主要有GPS法、全站仪极坐标法、激光经纬仪法、三角高程法、连通管法等方式[2]。马鞍山长江公路大桥01标段桥墩沉降测量采用的方法为全站仪极坐标法结合测距三角高程法，对大桥各桥墩线形位移进行观测，其基准点等级要求为二等水准监测标准。

3桥梁线形监测方案及实施

3.1技术标准和仪器设备

3.1.1技术标准

1）GB/T 18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》;2）GB 50026—2020《工程测量标准》;3）GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》;4）JTG C10—2007《公路勘测规范》;5）CH/T 2009—2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》;6）JTG/T J21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》;7）JTG F80/1—2017《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程》;8）JTG H30—2015《公路养护安全作业规程》;9）JTS 131—2012《水运工程测量规范》;10）GB/T 24356—2009《测绘成果质量检查与验收》;11）CH/T 1001—2005《测绘技术总结编写规定》;12）竣工设计图纸、养护维修及其他相关技术资料（桥梁竣工及养护资料）;13）经批准的本项目实施方案。

3.1.2主要设备

华测X12型GPS接收机、徕卡TS30全站仪、天宝Dini03水准仪、联想笔记本计算机、HP1180c打印机。

3.2桥梁基准点控制网的布设

3.2.1平面基准点控制网布设

对于大型多跨斜拉桥、悬索桥、特大桥，其桥梁变形基准点、观测点的布设一般都是视具体情况而定。由于马鞍山长江公路大桥主结构是由左汉桥、右汉桥、塔柱、两侧引桥以及部分立交匝道构成，并且其左汉桥为悬索桥，右汉桥为斜拉桥。因此本项目中，马鞍山长江公路大桥线形测量的平面首级控制均应按C级精度要求布设。C级GPS网由16个点组成（含4个起算点，即拟定MQP-2、MQP-4、MQP-8、MQP-11，该点为大桥原施工控制点），其中MQP-2～MQP-12为原控制网点，MQP-13～MQP-18为本次新建点。平面控制网基准点布设具体情况见图1和表1。

3.2.2高程基准点控制网布设

本项目中，高程基准点控制网布设以两个国家一等水准点为已知点，其控制网等级按《国家一、二等水准测量规范》确定为二等水准控制网。在大桥需要观测的线形变形部位共设置24个二等基准点，共同构成1条闭合路线，4个闭合环。

3.3桥面线形测量

在北引桥跨堤段桥面设置26个观测点，在江心洲引桥跨堤段设置26个观测点，在左汉悬索桥桥面设置270个观测点，在右汉斜拉桥桥面设置214个观测点，大桥匝道桥桥面设置19个观测点。并用红漆进行编号、标记。采用RTK技术进行实时定位测量，并结合全站仪极坐标法进行检核。按照《RTK 规范》，每次测量均要求进行2测回观测，其测回数为4。为了保证观测精度，具体测量要求见表2和表3。

3.4塔柱线形测量

主塔偏位测量观测点共计7个，在左汉悬索桥主塔偏位测量观测点4个，右汉斜拉桥主塔偏位测量观测点3个。测量采用静态GPS测量，将主塔偏位测量观测点GPS观测数据与基准点观测数据组成同步环，按C级网精度进行观测，施测2个时段，每个时段不少于4个小时;高程采用GPS拟合高程，高程拟合的二等水准点不少于3个。左汉中塔中部点采用全站仪方向法结合测距三角高程法施测。

3.5桥梁墩柱线形测量

在北引桥跨堤段桥墩设置6个沉降观测点，在江心洲引桥跨堤段桥墩设置5个沉降观测点，并设置12个位移观测点;在左汉悬索桥南、北锚碇设置位移及沉降观测点各8个，共计32 个观测点;在主塔承台设置36个沉降观测点;在右汉斜拉桥设置8个沉降观测点。

沉降测量采取水准测量的方法，按二等水准测量的精度进行观测，先联测各高程基准点，按闭合水准路线测量，沉降测量完成后进行高程平差，算出各沉降点的高程。左、右汉中塔承台沉降观测因无法联测水准点，先采用测距三角高程法将工作基点由岸上基准点引至中塔承台上，再采用水准测量的方法，按二等水准测量的精度进行中塔承台沉降测量。然后将测量结果进行平差计算及数据分析。

位移测量采用全站仪极坐标法进行。极坐标法（交会法）采用全站仪距离观测4测回，每次读数三次，讀数至1mm，一测回读数较差3 mm，测回间较差5 mm。在仪器站每边测定一次气象元素，温度读至0.2℃，气压读至50 Pa或0.5 mmHg。测距均在大气稳定和成像清晰的气象条件下进行观测，大气透明度很差的情况下不作业，测量结束后进行平差计算及数据分析。

4监测成果和精度分析

根据GB 50026—2020《工程测量标准》二等精度监测要求规定：对于桥梁变形测量，平面基准点控制网的相邻点位，中误差须小于等于±3 mm，高程基准点控制网的相邻点位，中误差须小于等于±0.5 mm。变形坐标的平面、高程基准点控制网的相邻点位，中误差须分别小于等于±3 mm和±1 mm。

通过对马鞍山长江公路大桥桥面、塔柱、墩柱线形测量，采用徕卡TS30全站仪进行基准点坐标观测，然后采用华测GPS数据处理软件包进行静态GPS平差、二等水准测量平差。其部分监测成果如下：1）左汉悬索桥桥面线形观测共计270个点，对这些点进行坐标及高程三维复测，并绘制桥面线形图。2）对于左汉塔柱线形测量，采用全站仪方向法结合测距三角高程法静态GPS测量，并用华测GPS数据处理软件包平差计算。3）对左汉悬索桥主塔进行沉降观测，并采用华测GPS数据处理软件包对其进行平差计算，其塔柱线形测量成果与原测量成果的对比分析如表4所示。

通过马鞍山长江公路大桥左汉悬索桥桥面、塔柱、墩柱线形测量结果可知，其线形变形监测水平坐标误差均在3 mm以内，高程坐标误差均在1 mm以内，完全满足规范中±3 mm 和±1 mm的精度要求。

5结语

通过上述马鞍山长江公路大桥01标段桥面、塔柱、墩柱线形测量的实例可知，施测过程中水平位移变形、挠度变形、沉降变形的监测精度均符合规范的要求，具有一定的指导意义。

【参考文献】

[1]尤加杰.环境温度对大宁河大桥变形监测的影响[D].重庆：重庆交通大学，2019.

[2]周校，梁贵华.智能全站仪在桥梁振动变形监测中的应用[J].工程技术研究，2020，5（15）：130-131.

[3]寇婷苇，杨安博.基于可靠性分析的桥梁结构变形检测方法研究[J].电子设计工程，2019，27（7）：79-83.

[4]龚秋全，董武钟.复杂环境下的桥梁变形监测研究[J].北京测绘，2019，33（9）：1043-1046.

[5]李元达.GPS桥梁动态监测数据处理方法研究[J].测绘标准化，2020，36（1）：22-24.