鐘偉華

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 前言

福建省霞浦縣某鋼棧橋（見圖1）全長(zhǎng)55 m，橋面寬10 m，下部結(jié)構(gòu)采用10排鋼管樁，每排3根，樁直徑0.8 m，樁頂采用槽鋼加貝雷片搭設(shè)，橋面采用防滑鋼板鋪設(shè)而成［1］。該鋼棧橋限載60 t，限速20 km，建成以后，設(shè)計(jì)單位要求對(duì)橋進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)及位移沉降監(jiān)測(cè)［2］。

圖1 鋼棧橋位置Fig.1 Steel Trestle Location

1 位移沉降監(jiān)測(cè)方案

1.1 監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在橋跨中央部位設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。采用GPS-RTK 移動(dòng)站固定在橋中間西側(cè)靠近欄桿處，實(shí)行全天候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，負(fù)載試驗(yàn)時(shí)再采用激光儀和游標(biāo)卡尺聯(lián)合讀數(shù)加以輔正，得到2種數(shù)據(jù)，加以比較，最終為設(shè)計(jì)單位提供有效的負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及曲線圖。

1.2 監(jiān)測(cè)頻率

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，監(jiān)測(cè)頻次按表1 執(zhí)行。

表1 監(jiān)測(cè)頻次［3］Tab.1 Monitoring Frequency

1.3 GPS控制網(wǎng)

根據(jù)業(yè)主交接的示范快堆次級(jí)控制網(wǎng)建立的成果函，按照《全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量規(guī)范:TB/T 18314-2001》要求（見表2），按照成果函里提供的坐標(biāo)和高程，架設(shè)固定GPS-RTK 基準(zhǔn)站，求得GPS-RTK 移動(dòng)站的轉(zhuǎn)換七參數(shù)，所得的坐標(biāo)和高程誤差在5 mm 以內(nèi)，手簿顯示跳動(dòng)幅度2～3 mm，達(dá)到精度要求［4］。

2 位移沉降監(jiān)測(cè)步驟

⑴GPS-RTK 方法:根據(jù)設(shè)計(jì)要求在鋼棧橋西側(cè)中間位置靠近欄桿處只設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，先用鋼筋燒焊，再用混泥土澆筑1個(gè)固定墩臺(tái)，墩臺(tái)上安置GPS-RTK移動(dòng)站，旁邊的欄桿處燒焊1 個(gè)固定鐵箱，上鎖，用于存放12 V干電池和移動(dòng)站的手簿及手簿備用電池（見圖2）。

⑵激光儀方法:在長(zhǎng)表島的山體設(shè)置激光發(fā)射墩臺(tái)（見圖3）。激光線的高度和橋體欄桿高度相差2 cm以內(nèi)，對(duì)面山體設(shè)置1個(gè)接收激光十字板，每次測(cè)量時(shí)要確保激光線在同一位置［6］。再在離GPS-RTK 移動(dòng)站墩臺(tái)位置約1 m 處，欄桿上燒焊1 塊測(cè)量板，測(cè)量板的高度低于激光線2 厘米，以便用游標(biāo)卡尺測(cè)量實(shí)時(shí)的變化數(shù)據(jù)，測(cè)量板和墩臺(tái)一起在四周設(shè)欄桿圍護(hù)（見圖4）。

表2 GPS控制測(cè)量作業(yè)的基本技術(shù)要求Tab.2 Basic Technical Requirements of GPS Control Survey

圖2 GPS-RTK移動(dòng)站安置位置Fig.2 GPS-RTK Mobile Station Location

圖3 激光發(fā)射墩安置位置［5］Fig.3 Location of Laser Launching Pier

圖4 測(cè)量板安置位置［7］Fig.4 Location of Measuring Plate

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，用卡車?yán)卉囀^，重約55 t，從鋼棧橋的一端開始，緩慢通過。監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用的GPSRTK 移動(dòng)站，以某公司生產(chǎn)的V30 型號(hào)為例，先安置設(shè)定好固定位置的基準(zhǔn) 站，把GPS-RTK 移動(dòng)站設(shè)置在監(jiān)測(cè)部位的固定墩上，連接電瓶電源，開機(jī)要一切正常，藍(lán)牙連接好手簿，“碎步測(cè)量”一定要顯示“固定解”，點(diǎn)擊“自動(dòng)記錄”，設(shè)置好“每秒自動(dòng)記錄”就行了，把手簿放在鐵箱里，需要數(shù)據(jù)時(shí)導(dǎo)出數(shù)據(jù)。每秒采集1 次數(shù)據(jù)，每3 次采集的數(shù)據(jù)平均值作為1 次監(jiān)測(cè)值。激光儀和游標(biāo)卡尺聯(lián)合測(cè)量，最好選擇在陰天或者晚上進(jìn)行，激光線經(jīng)過測(cè)量板時(shí)，以便游標(biāo)卡尺的對(duì)正量取數(shù)據(jù)，游標(biāo)卡尺的一端勾住測(cè)量板，一端對(duì)正激光線，每人拿1 把游標(biāo)卡尺操作，每隔5 s 分別讀取1 次L1、L2 的數(shù)值，L1是左右“東西向”變化數(shù)據(jù)，L2 是上下變化數(shù)據(jù)，1人報(bào)時(shí)并記錄數(shù)。之后整理各自數(shù)據(jù)，生成曲線圖，對(duì)比分析結(jié)果。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測(cè)時(shí)段選擇在下午14:56開始，陰天，激光照射清晰，一切準(zhǔn)備就緒，裝有石頭的卡車重約55 t，從橋的一端開始，緩慢通過，57 s 走完整座鋼棧橋，各自分工記錄好監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4.1 GPS-RTK移動(dòng)站數(shù)據(jù)處理

圖5 GPS-RTK移動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線Fig.5 Monitoring Data Curve of GPS-RTK Mobile Station

GPS-RTK 移動(dòng)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，下載后用電子表格，按要求處理（見表3）。位移、沉降累計(jì)數(shù)據(jù)如表4所示。生成的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖5所示。從表3、表4和圖5的結(jié)果分析:鋼棧橋的東西方向的位移Y值呈曲線變化，也就是左右搖擺變化趨勢(shì)。重載卡車從橋斷開始走，約6 s開始變化，30 s到達(dá)監(jiān)測(cè)部位，向左最大-2.67 mm，45 s 向右2.63 mm，之后回到0.1 mm。沉降H曲線呈拋物線變化，到達(dá)監(jiān)測(cè)部位27 s，下沉-3.93 mm，之后回到0.13 mm。從數(shù)據(jù)說明，此橋負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，左右“東西向”最大變化值是2.67 mm，上下“沉降”最大3.93 mm。

4.2 激光儀游標(biāo)卡車聯(lián)合測(cè)量數(shù)據(jù)處理

表3 GPS-RTK移動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.3 GPS-RTK Mobile Station Monitoring Data

表4 GPS-RTK移動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)位移、沉降Tab.4 Accumulated Displacement and Settlement of GPS-RTK Mobile Station Monitoring Data

激光儀和游標(biāo)卡車聯(lián)合測(cè)量，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表5 所示，生成的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖6所示。

從表5 和圖6 的結(jié)果分析:鋼棧橋的東西方向的L1 值也呈曲線變化，也就是左右搖擺變化趨勢(shì)。重載卡車從橋斷開始走，5 s開始變化，30 s到達(dá)監(jiān)測(cè)部位，向左最大-2.7 mm，之 后 回 到-0.2 mm。L2 值沉降曲線呈拋物線變化，到達(dá)監(jiān)測(cè)部位27 s，下沉-4.3 mm，之后回到0.1 mm。從數(shù)據(jù)說明，此橋負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，左右“東西”最大變化值是2.7 mm，上下“沉降”最大4.3 mm。

4.3 誤差分析

GPS-RTK:系統(tǒng)誤差為主，主要來自2個(gè)方面:①以外業(yè)測(cè)量的有關(guān)測(cè)量誤差；②數(shù)據(jù)處理有關(guān)的誤差。測(cè)量時(shí)誤差源大致分為3類:星歷誤差、電離層路徑影響誤差以及接收質(zhì)量誤差，利用固定墩臺(tái)安裝儀器，瞬時(shí)姿態(tài)修正精度能有效消除系統(tǒng)帶來的誤差。

激光儀:偶然誤差為主，是由于主觀因素引起的誤差，在固定墩臺(tái)上安置激光儀，作一系列的觀測(cè)，從觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，誤差在大小、符號(hào)上都表現(xiàn)出偶然性，即從單個(gè)誤差看，該列誤差的大小和符號(hào)沒有規(guī)律性，但就大量誤差而言具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

5 結(jié)論

圖6 激光儀和游標(biāo)卡車聯(lián)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線Fig.6 Joint Monitoring Data Curve of Laser Instrument and Vernier Truck

由于受到潮水和橋梁活載的影響，以及本身的結(jié)構(gòu)性能，整個(gè)橋體會(huì)產(chǎn)生輕微的晃動(dòng)，不適合架設(shè)全站儀和水準(zhǔn)儀，無法進(jìn)行有效的位移沉降監(jiān)測(cè)［8］。2種監(jiān)測(cè)方法從數(shù)據(jù)和曲線圖可以看出結(jié)果非常接近，能監(jiān)測(cè)出橋梁在設(shè)計(jì)活載作用下位移和沉降的變化規(guī)律，供設(shè)計(jì)單位據(jù)此對(duì)橋梁進(jìn)行安全評(píng)估，同時(shí)證明GPSRTK對(duì)橋梁進(jìn)行位移沉降監(jiān)測(cè)方法是可靠的［9］。

表5 激光儀和游標(biāo)卡尺聯(lián)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.5 Joint Monitoring Data of Laser Instrument and Vernier Caliper

國內(nèi)一般的施工單位都有整套GPS，一個(gè)基準(zhǔn)站，幾個(gè)移動(dòng)站。應(yīng)用GPS-RTK 移動(dòng)站架設(shè)固定在鋼棧橋的需要監(jiān)測(cè)部位，優(yōu)點(diǎn)就是能實(shí)時(shí)自動(dòng)采集，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、全天候監(jiān)測(cè)，也可以應(yīng)用到新建、改建、擴(kuò)建的大型橋梁上，尤其是不適合架設(shè)全站儀和水準(zhǔn)儀的橋，以求達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的，此應(yīng)用值得推廣［10］。