趙 芳

（山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

在道路橋梁建設(shè)施工過程中，在滿足工程建設(shè)的規(guī)范要求和設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對不安全因素和危險源進行有效地分析和監(jiān)測，保證橋梁施工期間的安全，構(gòu)建安全監(jiān)測指標(biāo)體系。在施工安全監(jiān)測過程中，對施工期間的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)以及變形狀態(tài)進行實時監(jiān)測控制，監(jiān)測人員要充分利用大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對道路橋梁建設(shè)進行動態(tài)的安全風(fēng)險評估，使橋梁結(jié)構(gòu)在恒荷載下的受力處于理論計算的容許范圍內(nèi)[1]。監(jiān)測部門要加大危險源采集系統(tǒng)以及安全監(jiān)測應(yīng)急救援系統(tǒng)的研究開發(fā)力度，提高施工安全監(jiān)測的重視程度，使橋梁軸線偏差和撓度偏差在規(guī)范容許標(biāo)準內(nèi)，從而提高對危險源的監(jiān)管能力。因此，安全監(jiān)測對道路橋梁的施工、竣工以及運營期間都具有重要的工程實際意義，為工程建設(shè)的安全質(zhì)量以及管理維護等提供重要保障。

1 設(shè)計道路橋梁施工安全監(jiān)測方法

1.1 計算施工結(jié)構(gòu)幾何屬性

為保證道路橋梁結(jié)構(gòu)施工階段的安全，要實現(xiàn)受力以及理想幾何線形的控制，防止結(jié)構(gòu)在施工過程中的實際位置狀態(tài)偏離預(yù)期狀態(tài)，包括立面標(biāo)高和平面位置等。道路橋梁在施工過程中會受到諸多因素的影響而產(chǎn)生變形，使線型與設(shè)計要求不符，工程建設(shè)難以順利推進，為使施工中實際位置與預(yù)期狀態(tài)間所產(chǎn)生的誤差在容許范圍內(nèi)，必須對結(jié)構(gòu)的外部幾何屬性進行控制，使工程結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)符合設(shè)計要求。首先要建立變形測量控制網(wǎng)作為工程建設(shè)的控制網(wǎng)，根據(jù)實際施工情況，建立3～5個控制點，與全站儀監(jiān)測不同，控制網(wǎng)應(yīng)該建立在遠離施工現(xiàn)場且相對比較穩(wěn)定的地點?；趲缀巫冃慰刂萍夹g(shù)要求，組成變形監(jiān)測控制網(wǎng)，可在控制網(wǎng)上架設(shè)全站儀測量，以保證獲取控制點的平面坐標(biāo)的精度[2]。設(shè)監(jiān)測站點高程為H0，觀測目標(biāo)點高程為H1，平面截面為S，體積為V1，儀器高為i，目標(biāo)高為0，則觀測未知點的高程函數(shù)h1的計算公式為：

監(jiān)測人員采用坐標(biāo)法選取水平位移進行監(jiān)測，利用豎向位移監(jiān)測采用間接三角高程，監(jiān)測施工結(jié)構(gòu)的外部幾何位移，計算出固定點i和監(jiān)測點j之間的高差，得到工程建設(shè)的本次高程變形量hj。即保持i不變，j點的高程函數(shù)式為：

計算出本次監(jiān)測點的高程，保證其基準點和觀測點的確立，求出本次高程與初測高程及上次高程之差Δh1j，監(jiān)測點應(yīng)與被觀測物牢固相連，保證儀器測站點與變形觀測點有良好的通視條件。監(jiān)測人員進行初始值測試時，其測試次數(shù)不少于3次，施工人員對監(jiān)測點j做好保護工作，或者將監(jiān)測點埋設(shè)在施工影響范圍以外的地方，根據(jù)施工現(xiàn)場實際狀況，取3次初始值的平均數(shù)作為原始基準數(shù)據(jù)，將監(jiān)測資料記錄在專用原始資料記錄表格內(nèi)，在測量前要經(jīng)過法定計量單位標(biāo)定測量儀器，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。通過式（1）中的已知高程H1，得到Δh1j計算公式為：

在安全監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員要根據(jù)監(jiān)測頻率進行監(jiān)測，根據(jù)施工現(xiàn)場的施工工況、天氣情況以及周圍環(huán)境變化等，計算整理數(shù)據(jù)并仔細校核，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和完整性。對道路橋梁的幾何屬性進行分析計算時，要采用計算機進行監(jiān)測資料的初步性分析，對理論分析模型中的計算參數(shù)進行合理修正，分析計算結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較，采用自適應(yīng)控制方法進行識別修正，包括材料容重、彈性模量以及收縮徐變系數(shù)等幾何屬性參數(shù)，經(jīng)由修正后的幾何參數(shù)計算出施工各階段的截面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換下的內(nèi)力重復(fù)分布等，監(jiān)測人員可在施工現(xiàn)場進行與施工進程同步工作環(huán)境的參數(shù)測試，對施工立模標(biāo)高等進行調(diào)整，得到工程結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工工況下的受力狀態(tài)和幾何狀態(tài)。

1.2 全站儀GPS一體化監(jiān)測位移變形

根據(jù)施工結(jié)構(gòu)的幾何位置，利用全站儀監(jiān)測施工結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的變形和位移，是施工監(jiān)測的主要內(nèi)容。全站儀具備磁驅(qū)動、精確定點保證以及自動鎖定多目標(biāo)跟蹤的技術(shù)，是先進的一體化測量設(shè)備，主要檢測高鐵、橋梁以及隧道建設(shè)等大型工程構(gòu)筑物的變形監(jiān)測，內(nèi)置智能鋰電池，監(jiān)測人員可實時查看電池電量。位移變形主要監(jiān)測拱肋線形、拱腳變形位移等結(jié)構(gòu)，除此之外，弦式應(yīng)變傳感器常用于監(jiān)測混凝土，對工程建設(shè)的拱腳和吊桿附近截面的應(yīng)力進行測量，判斷其是否產(chǎn)生變形，一體化監(jiān)測技術(shù)如圖1所示。

圖1 一體化監(jiān)測技術(shù)

監(jiān)測人員選用高精度全站儀用于監(jiān)測隧道截面、拱橋橋面以及系梁變形等，系桿拱橋中的吊桿內(nèi)力利用穿心式壓力傳感器監(jiān)測，采用智能型溫度傳感器或者振弦式索力傳感器監(jiān)測構(gòu)件內(nèi)外溫度或索力。面對工程建設(shè)的主要施工工況，需要利用高精度全站儀進行密切的施工監(jiān)測。測量關(guān)鍵部位的位移變形時，確保施工過程符合幾何線形設(shè)計要求，從而確保道路橋梁施工質(zhì)量。監(jiān)測人員要將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和計算機技術(shù)等，應(yīng)用到道路橋梁結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測中。在道路橋梁施工階段，監(jiān)測人員通過布設(shè)的監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能夠完成施工階段的安全檢測，還可用于橋梁竣工驗收以及橋梁運營時期的健康監(jiān)測，其中要正確選擇監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測點的布設(shè)，配置數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，使GPS監(jiān)測技術(shù)成為工程建設(shè)施工竣工和運營三位一體的監(jiān)測方，其一體化監(jiān)測流程如圖2所示。

圖2 一體化監(jiān)測流程

GPS技術(shù)具備高精度的動態(tài)定位測量和導(dǎo)航功能，以保證道路橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量安全。GPS技術(shù)為監(jiān)測人員提供被監(jiān)測物的精確三維坐標(biāo)，可精確到毫米，基于衛(wèi)星的無線導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在道路橋梁施工監(jiān)測和運營健康監(jiān)測中，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸技術(shù)，遠程采集數(shù)據(jù)進行高效傳輸。通過不等精度混合平差提高整網(wǎng)的精度和可靠性，即使用精密水準儀利用已知點實時靜態(tài)測量出當(dāng)前各個關(guān)鍵點的坐標(biāo)及高程，綜合管理一體化測量工具，利用聯(lián)合網(wǎng)平差等功能實現(xiàn)同步作業(yè)，將得到的測量數(shù)據(jù)通過無線電傳輸實時處理，實時求出全站儀的當(dāng)前位置及高程，確定施工結(jié)構(gòu)有無異常變化，進而利用各個棱鏡的變形監(jiān)測點進行監(jiān)測。其監(jiān)測點的風(fēng)險等級如表1所示。

監(jiān)測人員在選擇監(jiān)測的定位類型時，要根據(jù)道路橋梁的實際施工情況進行選擇。監(jiān)測定點根據(jù)定位時接收機天線的運動狀態(tài)，主要劃分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位，監(jiān)測人員根據(jù)定位模式，在施工場地進行絕對定位單點定位、相對定位以及差分定位，對道路橋梁施工結(jié)構(gòu)進行偽距法定位，通過載波相位測量的方法完成手持式智能監(jiān)測模式[3]。監(jiān)測人員可根據(jù)實際監(jiān)測情況進行實時定位或事后定位，從而確定整周模糊度的方法及觀測時段的長短，使智能手持端的內(nèi)置模塊接收衛(wèi)星定位信號，將常規(guī)靜態(tài)定位和快速靜態(tài)定位相結(jié)合，參考瞬時坐標(biāo)來確定用戶接收機所處位置，以道路橋梁施工結(jié)構(gòu)的距離測量值為基礎(chǔ)，利用定位模式中的絕對定位，實時解算出所監(jiān)測結(jié)構(gòu)的三維絕對坐標(biāo)，對橋梁長期監(jiān)測具有重要意義。

2 試驗論證分析

為保證本文提出的安全監(jiān)測方法的有效性，與傳統(tǒng)監(jiān)測方法進行對比試驗，試驗對象選取某構(gòu)造物深基坑工程建設(shè)，跨越市區(qū)，對基坑變形和環(huán)境變化要求較高，對基坑開挖設(shè)置的承壓水水位進行實時監(jiān)測。該基坑深度為25 m左右，為一級風(fēng)險基坑，承壓水水位的風(fēng)險源辨識如表2所示。

表2 承壓水水位風(fēng)險源辨識

根據(jù)基坑特性布設(shè)監(jiān)測點的位置及密度，保證監(jiān)測點布設(shè)對基坑整體形成一個全方位立體的監(jiān)測體，提供及時準確的監(jiān)測反饋信息，針對基坑承壓水水位的監(jiān)測指標(biāo)控制值如表3所示。

表3 監(jiān)測指標(biāo)控制值 mm

在基坑周邊布設(shè)18個坑外水位監(jiān)測點，進行降水試驗，使基坑外淺層觀測井和承壓井的水位產(chǎn)生變化，記錄兩種監(jiān)測方法下的坑外水位監(jiān)測點的變化速率。共設(shè)置10次試驗，其試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 試驗論證結(jié)果對比圖

通過圖3記錄數(shù)據(jù)，可以計算出10次試驗中兩種監(jiān)測方法的變化速率，傳統(tǒng)方法變化速率為0.46 m/d，本文方法變化速率為0.54 m/d，變化速率更加準確，從而驗證了本文監(jiān)測方法的有效性。

3 結(jié)語

為科學(xué)監(jiān)測道路橋梁結(jié)構(gòu)施工階段的安全質(zhì)量，監(jiān)測部門要不斷提高監(jiān)測技術(shù)，并且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，可以預(yù)計安全監(jiān)測方法還將得到進一步的提升，為工程建設(shè)的質(zhì)量安全提供更可靠的技術(shù)保障。