曾令濤

【關(guān)鍵詞】變形監(jiān)測(cè);平面基準(zhǔn)網(wǎng);高程基準(zhǔn)網(wǎng)

【中圖分類號(hào)】U446 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）08-0054-04

0 引言

長(zhǎng)豐橋是武漢市三環(huán)線西段跨越漢江的一座特大型橋梁，是武漢市的重要交通要道，對(duì)武漢市民的生產(chǎn)和生活有著重要的影響，它的安全運(yùn)營(yíng)十分重要。2005—2015年技術(shù)人員已對(duì)該橋進(jìn)行了8期的全橋幾何變形觀測(cè)，本文主要以長(zhǎng)豐橋第8期全橋變形監(jiān)測(cè)為工程實(shí)例，對(duì)鋼拱橋的變形監(jiān)測(cè)進(jìn)行介紹與分析。

1 變形觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為了長(zhǎng)豐橋的變形監(jiān)測(cè)，從第1期開(kāi)始在主橋、引橋關(guān)鍵部位設(shè)置了變形觀測(cè)點(diǎn)，第8期繼續(xù)沿用。

2 平面基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)

GPS網(wǎng)采用靜態(tài)定位技術(shù)施測(cè)，GPS網(wǎng)觀測(cè)的技術(shù)指標(biāo)按照D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)采集使用Leica公司生產(chǎn)的5臺(tái)System 1200 Gx1230雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)。

2.1 GPS網(wǎng)基線解算與質(zhì)量分析

（1）GPS網(wǎng)基本技術(shù)特征，GPS網(wǎng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用5臺(tái)儀器，共觀測(cè)4個(gè)同步時(shí)段。

（2）GPS網(wǎng)外業(yè)質(zhì)量分析，全網(wǎng)共構(gòu)成10個(gè)異步環(huán)，從異步環(huán)計(jì)算結(jié)果可知，GPS網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)良，觀測(cè)值不含有粗差，精度符合要求。

2.2 平面基準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算

由于原CF09點(diǎn)被破壞，因此以CF02和CF04作為二維約束平差的坐標(biāo)約束點(diǎn)。平差結(jié)果表明三維基線向量改正數(shù)服從正態(tài)分布，未發(fā)現(xiàn)粗差觀測(cè)值，邊長(zhǎng)中誤差分布正常，滿足規(guī)范要求，表明該網(wǎng)的內(nèi)符合精度較高[1]。

2.3 橋軸坐標(biāo)系坐標(biāo)的求定

利用CF02、CF04兩點(diǎn)的國(guó)家高斯平面坐標(biāo)和原施工橋軸坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)而求出其他各點(diǎn)在橋軸坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，用于主橋橋墩縱橫向位移觀測(cè)和鋼拱拱肋縱、橫向位移觀測(cè)的平面基準(zhǔn)。

2.4 平面基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位穩(wěn)定性分析

根據(jù)本期和2014年第7期的GPS觀測(cè)成果，可對(duì)兩期的高斯平面坐標(biāo)變化進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1各點(diǎn)的坐標(biāo)值比較可知，該網(wǎng)中未被破壞的幾個(gè)點(diǎn)比較穩(wěn)定，可作為本期計(jì)算主橋橋墩縱橫向位移和拱肋在拱軸線面內(nèi)（縱橋向）和面外（橫橋向）位移的坐標(biāo)起算基準(zhǔn)[2]。

3 高程基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量

本期高程基準(zhǔn)網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)同往期一樣，按照二等水準(zhǔn)技術(shù)規(guī)定要求實(shí)施。觀測(cè)儀器采用高精度的數(shù)字水準(zhǔn)儀（Trimble DiNi 03）及配套的條紋編碼水準(zhǔn)尺。

3.1 岸上高程基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量

本期高程基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)的精度要求與前幾期完全相同，兩條過(guò)江水準(zhǔn)路線和岸上的水準(zhǔn)路線一道組成過(guò)江水準(zhǔn)環(huán)，以檢驗(yàn)過(guò)江水準(zhǔn)成果質(zhì)量。

3.2 高程基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性與起算點(diǎn)的確定

往期以漢口和漢陽(yáng)兩個(gè)深埋鉆孔樁高程基準(zhǔn)點(diǎn)（JB和JN）與已知高程點(diǎn)進(jìn)行連測(cè)，求得兩個(gè)高程基準(zhǔn)點(diǎn)的高程。根據(jù)多年觀測(cè)的資料顯示，兩個(gè)深埋鉆孔樁基準(zhǔn)點(diǎn)已趨于穩(wěn)定，因此可以作為本期高程起算點(diǎn)。

4 橋墩沉陷與橋面線形（撓度）觀測(cè)

4.1 橋墩沉陷觀測(cè)

橋墩沉陷觀測(cè)點(diǎn)的位置與第1期相同，主墩（15#、16#墩）沉陷觀測(cè)點(diǎn)位于主墩的承臺(tái)上。但從12#墩至14#墩各墩柱上的觀測(cè)點(diǎn)已全部被江灘填土所埋，已無(wú)法觀測(cè)。在本期將岸上基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)、橋墩沉陷觀測(cè)與橋面線形觀測(cè)共同構(gòu)成線路長(zhǎng)度不等的42條水準(zhǔn)閉合環(huán)和一條從JB至JN的水準(zhǔn)附合路線，以克服前述條件變化的干擾。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果看出：兩基準(zhǔn)點(diǎn)線路長(zhǎng)度為3.28 km，水準(zhǔn)附合路線閉合差限值為7.24 mm，實(shí)際附合路線閉合差為1.7 mm;其余各水準(zhǔn)閉合環(huán)的閉合差在0.05～3.95 mm，滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求[3]。

4.2 橋面線形觀測(cè)

橋面線形觀測(cè)包括引橋段線形和主橋線形。觀測(cè)方案與前幾期相同，為了克服行車引起的橋面抖動(dòng)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響，本期橋面線形觀測(cè)安排在夜間進(jìn)行，以期克服溫度變化的影響，提高成果質(zhì)量。

4.3 主橋撓度觀測(cè)

在本橋的撓度觀測(cè)中，除了測(cè)量懸臂端點(diǎn)或1/2、1/4梁長(zhǎng)等，以及梁的跨中點(diǎn)（即梁長(zhǎng)的1/2）、1/4等位置在垂直于橋軸線的變化，還測(cè)定了主橋橋面其他所有的觀測(cè)點(diǎn)在垂直于橋軸線的變化，根據(jù)主橋橋面各觀測(cè)點(diǎn)的變化情況，可以全面了解主橋的變化情況。

5 水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)成果的數(shù)據(jù)處理

5.1 高程起算點(diǎn)的確定

前已述之，以兩個(gè)深埋鉆孔樁高程基準(zhǔn)點(diǎn)作為高程起算點(diǎn)。漢口岸承臺(tái)上的觀測(cè)點(diǎn)D0X相對(duì)第7期而言，變化量為-2.5 mm，其變化量在觀測(cè)精度范圍內(nèi)?？梢哉J(rèn)為，漢口的深埋鉆孔樁高程基準(zhǔn)點(diǎn)基本上趨于穩(wěn)定。因此，本期數(shù)據(jù)處理時(shí)，仍以兩深埋鉆孔樁高程基準(zhǔn)點(diǎn)作為本次橋墩沉陷和橋面線形變化的高程起算點(diǎn)。

5.2 橋墩沉陷與橋面線形測(cè)量成果分析

橋墩沉陷與橋面線形測(cè)量成果分析主要根據(jù)兩期觀測(cè)點(diǎn)高程的差值分析判斷，觀測(cè)點(diǎn)兩次觀測(cè)的高程差值超過(guò)4.2 mm時(shí)，可認(rèn)為該點(diǎn)產(chǎn)生了沉陷;反之，若高程差值小于4.2 mm時(shí)，可認(rèn)為是由觀測(cè)誤差引起的，判定該點(diǎn)沒(méi)有變化[4]。由橋墩沉陷觀測(cè)成果表可以看出：？譹？訛漢口岸1#～11#各橋墩的觀測(cè)點(diǎn)在本期與第7期之間高程變化值均小于4.2 mm，可認(rèn)為相鄰兩期變化不顯著。在第7期報(bào)告中提到1#～6#上的觀測(cè)點(diǎn)呈下降趨勢(shì)，有待進(jìn)一步觀察。本期觀測(cè)結(jié)果表明，這些點(diǎn)高程變化值不大且在觀測(cè)精度范圍內(nèi)，認(rèn)為它們已基本趨于穩(wěn)定。相對(duì)首期而言，其累計(jì)變化量均超過(guò)4.2 mm，其中D6S變化量最大為17 mm，符號(hào)為正。表明它們相對(duì)首期而言有上升趨勢(shì)，與第7期比較，其趨勢(shì)和數(shù)量級(jí)相當(dāng)。說(shuō)明這種現(xiàn)象是由于基點(diǎn)下沉引起的。？譺？訛漢陽(yáng)岸17#～35#各橋墩觀測(cè)點(diǎn)相鄰兩期之間的變化趨勢(shì)與漢口岸基本相同，相鄰兩期之間的高程值變化均在觀測(cè)精度范圍內(nèi)，認(rèn)為相鄰兩期之間的變化不明顯。位于15#主墩沉降觀測(cè)點(diǎn)與位于16#主墩沉降觀測(cè)點(diǎn)相鄰兩期的變化量很小，變化量在觀測(cè)精度范圍內(nèi)，表明相鄰兩期之間的變化不顯著。

由橋面線形觀測(cè)成果表可以得出以下結(jié)論。

（1）漢口岸引橋6#～14#墩橋面上的線形觀測(cè)點(diǎn)七、八相鄰兩期之間高程變化量均在4.2 mm以內(nèi)。表明其變化量均在觀測(cè)精度范圍內(nèi)，累計(jì)變化的趨勢(shì)與漢口岸1#～6#各橋墩觀測(cè)點(diǎn)相同。

（2）主橋橋面線形觀測(cè)點(diǎn)的高程相對(duì)第7期變化量較小，根據(jù)橋面線性變化成果看出：上下游變化趨勢(shì)基本相同，兩端變化不大，跨中略有下擾，最大下擾值約6 mm。說(shuō)明相鄰兩期之間橋面線形變化不明顯。

相對(duì)第1期的累積變化而言，均有上升趨勢(shì)，其值約20 mm，跨中與兩側(cè)的變化較為均勻;上下游兩側(cè)的變化趨勢(shì)基本相同。分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是前述墩柱觀測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變化相似，即可能與基點(diǎn)的累計(jì)變化有關(guān)。對(duì)此，可在今后的觀測(cè)中進(jìn)一步分析驗(yàn)證。

5.3 主橋橋面相對(duì)設(shè)計(jì)線形變化

根據(jù)成果表繪制了主橋設(shè)計(jì)線形、實(shí)時(shí)線形圖，主橋橋面線形相對(duì)設(shè)計(jì)線形變化（如圖1、圖2所示）。

根據(jù)成果表和線形圖與線形變化圖可以得出以下結(jié)論。

（1）線形觀測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)線形與設(shè)計(jì)線形一致。

（2）第1期和本期相對(duì)設(shè)計(jì)線形的變化有一定的規(guī)律性，上下游兩側(cè)變化趨勢(shì)一致，邊跨與跨中上升，跨中上游最大值約250 mm，下游約265 mm。

（3）分析產(chǎn)生上述變化趨勢(shì)的原因，主要是第1期觀測(cè)時(shí)沒(méi)有施工時(shí)留下的高程控制點(diǎn)，監(jiān)測(cè)采用的高程起算點(diǎn)與施工用的高程點(diǎn)不一定為同一高程系所致，但并不影響對(duì)橋梁變化狀況的分析與結(jié)論。

5.4 主橋撓度觀測(cè)成果分析

本次撓度觀測(cè)采用與上期橋面線形觀測(cè)完全相同的精密二等水準(zhǔn)觀測(cè)方案，計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)固定支點(diǎn)的高程及其變化，其變化量即可視為相對(duì)支點(diǎn)的撓度。

根據(jù)撓度觀測(cè)成果可以看出：相對(duì)固定支點(diǎn)而言，橋面線形觀測(cè)點(diǎn)的變化量隨著距離固定支點(diǎn)的遠(yuǎn)近而不同。對(duì)于固定支點(diǎn)之間的部分，越往跨中下?lián)狭吭酱?，跨中最大值約50 mm且上下游的趨勢(shì)基本相同;對(duì)于固定支點(diǎn)以外的懸臂端部分，其變化量明顯小于跨中部分，靠近固定支點(diǎn)和懸臂端端點(diǎn)的觀測(cè)點(diǎn)撓度值較小，在固定支點(diǎn)和懸臂端端點(diǎn)之間的觀測(cè)點(diǎn)的撓度值略大。產(chǎn)生跨中點(diǎn)撓度值較大的原因與兩次觀測(cè)時(shí)的溫度有關(guān)，第一次觀測(cè)是2015年9月，正值夏末季節(jié)，溫度較高;而第二次觀測(cè)為2016年1月，正是寒冬季節(jié)，溫度較低，兩次的溫差較大，是產(chǎn)生擾度較大的主要原因。

6 主墩縱橫向位移測(cè)量

6.1 主墩縱橫向位移觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

主墩縱、橫向位移觀測(cè)是測(cè)定主橋各墩在順橋向和橫橋向的變化。根據(jù)首期縱向位移觀測(cè)點(diǎn)的布置，它們分別設(shè)置在14#、15#、16#、17#等4個(gè)橋墩的上下游。其中，14#、17#墩的觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在帽梁兩端，而15#、16#兩主墩的觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在承臺(tái)上。測(cè)定主墩縱橫向位移觀測(cè)的測(cè)站點(diǎn)（ZS和ZX）布設(shè)在漢陽(yáng)岸大堤上，它們位于對(duì)稱于橋軸線兩側(cè)且分別可以與上下游觀測(cè)點(diǎn)通視的地方。

6.2 主墩縱橫向位移導(dǎo)線觀測(cè)

為了測(cè)定主墩縱橫向位移，需設(shè)置測(cè)站點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量。

7 拱肋縱橫向位移測(cè)量

7.1 拱肋縱橫向位移觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

拱肋縱、橫向位移測(cè)量的目的主要是測(cè)定拱肋在動(dòng)荷載作用下在橋軸線和橫橋向擺動(dòng)幅度大小及規(guī)律。為此，在主橋上下游拱肋上共布置了14個(gè)拱肋位移觀測(cè)點(diǎn)。每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上均埋設(shè)有固定不變的永久性連接裝置，該裝置可與反射棱鏡固連。

7.2 拱肋縱橫向位移觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)設(shè)置

在2013年技術(shù)報(bào)告中已指出，漢陽(yáng)岸漢江江邊的綠化林帶的快速茂密生長(zhǎng)，使得原來(lái)布設(shè)的作為拱肋觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)的平面基準(zhǔn)點(diǎn)與布置在拱肋上的觀測(cè)點(diǎn)無(wú)法通視，在觀測(cè)時(shí)只得布設(shè)新的拱肋觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)，采用導(dǎo)線測(cè)量方法觀測(cè)。2013年度布設(shè)的新的平面基準(zhǔn)點(diǎn)CF10在2014年觀測(cè)時(shí)由于江灘改造時(shí)已被破壞，因此需要另外選取新的基準(zhǔn)點(diǎn)，又由于漢口岸江灘改造使得位于漢陽(yáng)岸岸邊的拱肋觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)G2可與CF02通視，因此2014年導(dǎo)線選用的平面基準(zhǔn)點(diǎn)為CF02和CF05。經(jīng)過(guò)本期觀測(cè)前現(xiàn)場(chǎng)踏勘，雖然漢口岸江灘改造時(shí)在江灘上種植了很多風(fēng)景樹(shù)，但是本期觀測(cè)時(shí)G2與CF02仍可通視，因此本期觀測(cè)的導(dǎo)線布設(shè)和2014年一樣。

7.3 拱肋縱橫向位移觀測(cè)

本期拱肋縱、橫向位移測(cè)量采用當(dāng)代最先進(jìn)的智能型全站儀（又稱測(cè)量機(jī)器人）徠卡MS50，它通過(guò)內(nèi)置的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別裝置ATR1發(fā)射出的激光束經(jīng)棱鏡反射后由CCD相機(jī)接收，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋找和自動(dòng)精確照準(zhǔn)目標(biāo)，自動(dòng)測(cè)定測(cè)站點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)的距離、水平方向值和天頂距，計(jì)算出三維坐標(biāo)并記錄在內(nèi)置模塊。

8 結(jié)論

根據(jù)本期長(zhǎng)豐橋變形監(jiān)測(cè)的觀測(cè)成果，可對(duì)該橋的變形監(jiān)測(cè)的有關(guān)情況提出以下初步看法。

（1）由表1（高斯平面坐標(biāo)變化比較表）可以看出：平面基準(zhǔn)網(wǎng)中，CF03在2012年度觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)已被人為破壞，該點(diǎn)仍未完全穩(wěn)定，有待進(jìn)一步觀察;本期比較CF05、CF12、CF12 3點(diǎn)的坐標(biāo)變化，結(jié)果可見(jiàn)，CF05、CF12、CF12 3點(diǎn)的坐標(biāo)變化均不顯著，它們可以用作鋼拱拱肋縱橫向位移觀測(cè)、主墩縱橫向位移觀測(cè)的平面基準(zhǔn)。

（2）根據(jù)對(duì)高程基準(zhǔn)網(wǎng)的多期觀測(cè)，位于漢口和漢陽(yáng)兩岸的深埋鉆孔樁高程基準(zhǔn)點(diǎn)已趨于穩(wěn)定，可作為該橋的高程起算基準(zhǔn)點(diǎn)。

（3）根據(jù)橋墩觀測(cè)成果可以看出：兩岸橋臺(tái)和橋墩立柱上觀測(cè)點(diǎn)及16#主墩上的觀測(cè)點(diǎn)高程相鄰兩期之間的差值不大，表明變化不顯著，但相對(duì)第1期而言仍有上升的趨勢(shì);正如前面分析指出：產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是否與基準(zhǔn)點(diǎn)沒(méi)有完全穩(wěn)定有關(guān)。

（4）主橋橋面線形觀測(cè)點(diǎn)的高程相對(duì)第7期變化量較小，根據(jù)橋面線性變化圖可以看出：上下游變化趨勢(shì)基本相同，兩端變化不大，跨中略有下擾，最大下擾值約6 mm。說(shuō)明相鄰兩期之間橋面線形變化不明顯。

（5）根據(jù)主橋橋面設(shè)計(jì)線形與實(shí)時(shí)線形的比較，橋面線形趨勢(shì)相同。第1期和本期相對(duì)設(shè)計(jì)線形的變化基本一致。但它們與設(shè)計(jì)的差值較大且均為正值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因應(yīng)該是橋梁施工與變形監(jiān)測(cè)采用的高程系統(tǒng)有差異。因此，在橋梁投入運(yùn)營(yíng)后實(shí)施變形監(jiān)測(cè)前進(jìn)行控制點(diǎn)的交樁有利于監(jiān)測(cè)資料的分析。

（6）根據(jù)主墩縱橫向位移觀測(cè)和鋼拱拱肋縱橫向位移觀測(cè)成果可知，總體上第8期與第7期觀測(cè)點(diǎn)的橋軸線坐標(biāo)變化不大。

9 結(jié)語(yǔ)

本文以長(zhǎng)豐橋?yàn)槔?jiǎn)要敘述了大型鋼拱橋幾何變形監(jiān)測(cè)方法與數(shù)據(jù)處理分析的流程與方法。為了橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，橋梁必須進(jìn)行定期的變形監(jiān)測(cè)。通過(guò)測(cè)得的數(shù)據(jù)與往年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以對(duì)橋梁進(jìn)行健康評(píng)估，保證橋梁的運(yùn)營(yíng)安全。

參 考 文 獻(xiàn)

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