公路橋梁墩柱變形監(jiān)測(cè)分析
——以官洲河特大橋?yàn)槔?/h1>
2023-11-06 05:44:56陳裕權(quán)
交通科技與管理 2023年20期
陳裕權(quán)
（廣州誠(chéng)安路橋檢測(cè)有限公司,廣東 廣州 511400）
0 引言
近年來，隨著公路橋梁安全事故的頻發(fā)，橋梁質(zhì)量安全成為人們當(dāng)前關(guān)注的重點(diǎn)。為了確保人們出行安全，對(duì)橋梁進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)十分必要。墩柱作為橋梁的重要組成結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著來自上部結(jié)構(gòu)的荷載，其工作狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)橋梁安全運(yùn)行，因此，該文對(duì)官洲河特大橋墩柱變形監(jiān)測(cè)展開深入分析，以期為同行提供參考建議。
1 工程概況
官洲河特大橋位于廣東省廣州市南部，是南部地區(qū)快速路的一座重點(diǎn)橋梁。該橋梁為分離式雙幅橋，雙向六車道，全長(zhǎng)1 785.25 m，橋面全寬34 m，凈寬31 m?？缭焦僦藓铀乐鳂蜷L(zhǎng)378 m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，跨徑組合為（99+180+99）m，主橋兩側(cè)采用預(yù)應(yīng)力T 形梁過渡，其余孔跨采用預(yù)應(yīng)力箱梁；主橋下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋墩高21.5 m，墩厚1.8 m，墩寬8.5 m。
考慮官洲河特大橋是2017 建成投入使用，為了能夠及時(shí)了解、掌握橋梁運(yùn)營(yíng)期間在外力荷載作用下橋梁的結(jié)構(gòu)性能與工作狀態(tài)，對(duì)墩柱沉降、水平位移及傾斜進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，該次以2022 年9 月第3 期墩柱監(jiān)測(cè)為例展開分析。
2 橋梁變形監(jiān)測(cè)實(shí)施
2.1 基準(zhǔn)控制網(wǎng)點(diǎn)布置
根據(jù)橋墩現(xiàn)狀情況，在選擇基準(zhǔn)點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)選在橋梁承壓區(qū)外，且不能離工作點(diǎn)太遠(yuǎn)，以免測(cè)量誤差大。因此，該次墩柱基準(zhǔn)點(diǎn)選在橋下區(qū)域外，共布設(shè)1 個(gè)基準(zhǔn)控制網(wǎng)（3 個(gè)控制點(diǎn)），BM1 和BM3 設(shè)在右側(cè)底座基礎(chǔ)上，分別距22#墩柱80 m 處和30 m 處；BM2 設(shè)在右側(cè)水泥基礎(chǔ)上，距22#墩柱65 m 處；控制網(wǎng)點(diǎn)均采用不銹鋼測(cè)釘，在鉆孔后植入植筋膠，并使用紅油漆標(biāo)識(shí)。
2.2 墩柱沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)
橋梁墩柱作為整個(gè)橋梁的支撐結(jié)構(gòu)，考慮外部荷載作用下，基礎(chǔ)土體會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)變形透過墩柱傳遞到上部結(jié)構(gòu)，從而引起橋梁的整體變形。為此，通過對(duì)橋梁的墩柱進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握橋梁的變形情況，其監(jiān)測(cè)結(jié)果可以作為評(píng)判橋梁安全狀態(tài)的重要依據(jù)。該次結(jié)合橋墩現(xiàn)狀情況，將墩柱頂部和底部選為沉降測(cè)點(diǎn)，沿著橋墩的縱、橫軸線布設(shè)在外邊緣，該次共設(shè)置24 個(gè)測(cè)點(diǎn)。
2.3 墩柱水平位移測(cè)點(diǎn)布設(shè)
由于墩柱所處位置存在一定的淤泥層，隨著河床積淀勢(shì)必會(huì)對(duì)墩柱的水平位移產(chǎn)生一定影響，為了能夠掌握墩柱在不同條件下的水平位移情況及其發(fā)展規(guī)律，該次監(jiān)測(cè)點(diǎn)選在墩柱頂部和底部，共布設(shè)24 個(gè)水平位移測(cè)點(diǎn)，并在水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)監(jiān)測(cè)標(biāo)志。
2.4 墩柱傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)
墩柱作為橋梁下部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其工作狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)橋梁的運(yùn)行安全。為此，墩柱需要具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。但隨著交通量的與日俱增，超運(yùn)輸量和超載現(xiàn)象頻發(fā)，地基土層在外力荷載下出現(xiàn)松動(dòng)、墩柱出現(xiàn)變形、傾斜現(xiàn)象。在此背景下，對(duì)橋梁墩柱進(jìn)行傾斜監(jiān)測(cè)已刻不容緩。考慮官洲河特大橋墩柱出水面較長(zhǎng)，該次將測(cè)點(diǎn)布設(shè)在墩柱上，共12 個(gè)測(cè)點(diǎn)，且每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均采用膨脹螺絲鋼釘打入結(jié)構(gòu)，然后再用植筋膠加固粘貼。
3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
3.1 平面基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量結(jié)果分析
該工程基準(zhǔn)控制網(wǎng)采用三角網(wǎng)方式建立，按二等平面控制網(wǎng)技術(shù)要求，采用導(dǎo)線測(cè)量方式進(jìn)行施測(cè)，觀測(cè)儀器使用全站儀。為了能夠提升施測(cè)質(zhì)量，確保觀測(cè)精度，該次將BM1和BM2 作為常用基準(zhǔn)點(diǎn)，BM3 作校核基準(zhǔn)點(diǎn)，觀測(cè)采用測(cè)回法，每個(gè)測(cè)站觀測(cè)數(shù)不少于4 個(gè)測(cè)回。在觀測(cè)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)存在異常立馬采用BM3 進(jìn)行校核[1]，以便可以精確地測(cè)定橋梁的平面位置。在觀測(cè)結(jié)束后，需馬上對(duì)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，當(dāng)測(cè)量成果達(dá)到控制網(wǎng)等級(jí)精度后即可進(jìn)行獨(dú)立網(wǎng)的布控，并以BM1 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸順著橋梁的方向?yàn)檎?，Y 軸則以橫著橋梁的方向?yàn)檎?，以此獲取平面控制網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。經(jīng)測(cè)量，官洲河特大橋梁平面基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，可正常使用。
3.2 墩柱沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果
該次墩柱沉降監(jiān)測(cè)采用三角高程測(cè)量法，觀測(cè)前，需安裝單棱鏡，并調(diào)整好高度，視線高度及離開障礙物的間距需大于1.3 m。通過角度和距離計(jì)算出工作基點(diǎn)與墩柱沉降測(cè)點(diǎn)之間的高差，當(dāng)2 次測(cè)量所計(jì)算的高差的較差符合《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8—2016）精度要求規(guī)范時(shí)，可取其平均值作為最終高差值。該次結(jié)合墩柱各時(shí)期觀測(cè)結(jié)果，繪制出墩柱的沉降曲線圖（見圖1），該次沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。
圖1 官洲河特大橋累計(jì)沉降曲線圖
從監(jiān)測(cè)結(jié)果得知，橋梁墩柱2022 年沉降量介于-3.9～5.7 mm 之間，最大沉降變形點(diǎn)發(fā)生在SR17#~2 點(diǎn)和SL18#~1 點(diǎn)[2]?？梢姡摯味罩两当O(jiān)測(cè)累計(jì)值范圍在-5.0～4.4 mm，最大沉降在SL17#~2 點(diǎn)，最大上升在SL18#~1 點(diǎn)，均屬于正常范圍內(nèi)，無明顯突變。
3.3 墩柱水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果
為了能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)墩柱水平方向上的移位，避免位移過大，降低橋梁的穩(wěn)定性，該次監(jiān)測(cè)使用全站儀，按照平面精度要求采用極坐標(biāo)法進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)[3]。通過順?biāo)鞣较蜻M(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，并對(duì)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，結(jié)合各時(shí)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制墩柱水平位移曲線圖（見圖2），監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。
表2 官洲河特大橋墩柱水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果
圖2 官洲河特大橋累計(jì)水平移位曲線圖
從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該次監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)墩柱存在橫向、縱向位移現(xiàn)象，橫向位移監(jiān)測(cè)累計(jì)值范圍在-7.1～4.7，縱向位移監(jiān)測(cè)累計(jì)值范圍在-7.1～8.8 mm 之間，最大位移在SL17#~2 點(diǎn)，位移數(shù)值屬于正常范圍內(nèi)，無明顯突變情況。
3.4 墩柱傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果
該次墩柱傾斜變形觀測(cè)儀采用全站儀配徠卡小棱鏡，按照相關(guān)規(guī)范要求采用極坐標(biāo)法對(duì)墩柱頂部及底部?jī)牲c(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，通過坐標(biāo)反算，計(jì)算出墩柱上標(biāo)志中心位置投影到下標(biāo)中心位置之間的傾斜方向，并將測(cè)出的坐標(biāo)及高程數(shù)值換算成傾斜率，通過利用公式α=arctg(s÷h) 便可計(jì)算出墩柱的傾斜度。根據(jù)各時(shí)期傾斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制出墩柱傾斜監(jiān)測(cè)曲線圖（見圖3），監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3。
表3 官洲河特大橋墩柱傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果
圖3 官洲河特大橋累計(jì)傾斜曲線圖
從墩柱傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該次墩柱傾斜范圍在-0.33‰～0.35‰之間，最大傾斜點(diǎn)在QL21#點(diǎn)，傾斜數(shù)值均屬于正常范圍內(nèi)，并無明顯突變情況。
4 結(jié)論
通過對(duì)官洲河特大橋的墩柱進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，當(dāng)前橋梁墩柱并無明顯突變情況，墩柱各方面處于正常工作狀態(tài)。為了橋梁的安全運(yùn)行，建議定期對(duì)官洲河特大橋平面、高程控制網(wǎng)點(diǎn)、墩柱沉降、水平位移及傾斜觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)；同時(shí)，橋梁還需按照現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG5120—2021)中相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，嚴(yán)禁超載超限車輛通行，以確保橋梁運(yùn)營(yíng)安全及穩(wěn)定性。
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陳裕權(quán)
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官洲河特大橋位于廣東省廣州市南部，是南部地區(qū)快速路的一座重點(diǎn)橋梁。該橋梁為分離式雙幅橋，雙向六車道，全長(zhǎng)1 785.25 m，橋面全寬34 m，凈寬31 m?？缭焦僦藓铀乐鳂蜷L(zhǎng)378 m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，跨徑組合為（99+180+99）m，主橋兩側(cè)采用預(yù)應(yīng)力T 形梁過渡，其余孔跨采用預(yù)應(yīng)力箱梁；主橋下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋墩高21.5 m，墩厚1.8 m，墩寬8.5 m。
考慮官洲河特大橋是2017 建成投入使用，為了能夠及時(shí)了解、掌握橋梁運(yùn)營(yíng)期間在外力荷載作用下橋梁的結(jié)構(gòu)性能與工作狀態(tài)，對(duì)墩柱沉降、水平位移及傾斜進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，該次以2022 年9 月第3 期墩柱監(jiān)測(cè)為例展開分析。
2 橋梁變形監(jiān)測(cè)實(shí)施
2.1 基準(zhǔn)控制網(wǎng)點(diǎn)布置
根據(jù)橋墩現(xiàn)狀情況，在選擇基準(zhǔn)點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)選在橋梁承壓區(qū)外，且不能離工作點(diǎn)太遠(yuǎn)，以免測(cè)量誤差大。因此，該次墩柱基準(zhǔn)點(diǎn)選在橋下區(qū)域外，共布設(shè)1 個(gè)基準(zhǔn)控制網(wǎng)（3 個(gè)控制點(diǎn)），BM1 和BM3 設(shè)在右側(cè)底座基礎(chǔ)上，分別距22#墩柱80 m 處和30 m 處；BM2 設(shè)在右側(cè)水泥基礎(chǔ)上，距22#墩柱65 m 處；控制網(wǎng)點(diǎn)均采用不銹鋼測(cè)釘，在鉆孔后植入植筋膠，并使用紅油漆標(biāo)識(shí)。
2.2 墩柱沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)
橋梁墩柱作為整個(gè)橋梁的支撐結(jié)構(gòu)，考慮外部荷載作用下，基礎(chǔ)土體會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)變形透過墩柱傳遞到上部結(jié)構(gòu)，從而引起橋梁的整體變形。為此，通過對(duì)橋梁的墩柱進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握橋梁的變形情況，其監(jiān)測(cè)結(jié)果可以作為評(píng)判橋梁安全狀態(tài)的重要依據(jù)。該次結(jié)合橋墩現(xiàn)狀情況，將墩柱頂部和底部選為沉降測(cè)點(diǎn)，沿著橋墩的縱、橫軸線布設(shè)在外邊緣，該次共設(shè)置24 個(gè)測(cè)點(diǎn)。
2.3 墩柱水平位移測(cè)點(diǎn)布設(shè)
由于墩柱所處位置存在一定的淤泥層，隨著河床積淀勢(shì)必會(huì)對(duì)墩柱的水平位移產(chǎn)生一定影響，為了能夠掌握墩柱在不同條件下的水平位移情況及其發(fā)展規(guī)律，該次監(jiān)測(cè)點(diǎn)選在墩柱頂部和底部，共布設(shè)24 個(gè)水平位移測(cè)點(diǎn)，并在水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)監(jiān)測(cè)標(biāo)志。
2.4 墩柱傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)
墩柱作為橋梁下部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其工作狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)橋梁的運(yùn)行安全。為此，墩柱需要具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。但隨著交通量的與日俱增，超運(yùn)輸量和超載現(xiàn)象頻發(fā)，地基土層在外力荷載下出現(xiàn)松動(dòng)、墩柱出現(xiàn)變形、傾斜現(xiàn)象。在此背景下，對(duì)橋梁墩柱進(jìn)行傾斜監(jiān)測(cè)已刻不容緩。考慮官洲河特大橋墩柱出水面較長(zhǎng)，該次將測(cè)點(diǎn)布設(shè)在墩柱上，共12 個(gè)測(cè)點(diǎn)，且每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均采用膨脹螺絲鋼釘打入結(jié)構(gòu)，然后再用植筋膠加固粘貼。
3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
3.1 平面基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量結(jié)果分析
該工程基準(zhǔn)控制網(wǎng)采用三角網(wǎng)方式建立，按二等平面控制網(wǎng)技術(shù)要求，采用導(dǎo)線測(cè)量方式進(jìn)行施測(cè)，觀測(cè)儀器使用全站儀。為了能夠提升施測(cè)質(zhì)量，確保觀測(cè)精度，該次將BM1和BM2 作為常用基準(zhǔn)點(diǎn)，BM3 作校核基準(zhǔn)點(diǎn)，觀測(cè)采用測(cè)回法，每個(gè)測(cè)站觀測(cè)數(shù)不少于4 個(gè)測(cè)回。在觀測(cè)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)存在異常立馬采用BM3 進(jìn)行校核[1]，以便可以精確地測(cè)定橋梁的平面位置。在觀測(cè)結(jié)束后，需馬上對(duì)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，當(dāng)測(cè)量成果達(dá)到控制網(wǎng)等級(jí)精度后即可進(jìn)行獨(dú)立網(wǎng)的布控，并以BM1 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸順著橋梁的方向?yàn)檎?，Y 軸則以橫著橋梁的方向?yàn)檎?，以此獲取平面控制網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。經(jīng)測(cè)量，官洲河特大橋梁平面基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，可正常使用。
3.2 墩柱沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果
該次墩柱沉降監(jiān)測(cè)采用三角高程測(cè)量法，觀測(cè)前，需安裝單棱鏡，并調(diào)整好高度，視線高度及離開障礙物的間距需大于1.3 m。通過角度和距離計(jì)算出工作基點(diǎn)與墩柱沉降測(cè)點(diǎn)之間的高差，當(dāng)2 次測(cè)量所計(jì)算的高差的較差符合《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8—2016）精度要求規(guī)范時(shí)，可取其平均值作為最終高差值。該次結(jié)合墩柱各時(shí)期觀測(cè)結(jié)果，繪制出墩柱的沉降曲線圖（見圖1），該次沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。
圖1 官洲河特大橋累計(jì)沉降曲線圖
從監(jiān)測(cè)結(jié)果得知，橋梁墩柱2022 年沉降量介于-3.9～5.7 mm 之間，最大沉降變形點(diǎn)發(fā)生在SR17#~2 點(diǎn)和SL18#~1 點(diǎn)[2]?？梢姡摯味罩两当O(jiān)測(cè)累計(jì)值范圍在-5.0～4.4 mm，最大沉降在SL17#~2 點(diǎn)，最大上升在SL18#~1 點(diǎn)，均屬于正常范圍內(nèi)，無明顯突變。
3.3 墩柱水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果
為了能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)墩柱水平方向上的移位，避免位移過大，降低橋梁的穩(wěn)定性，該次監(jiān)測(cè)使用全站儀，按照平面精度要求采用極坐標(biāo)法進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)[3]。通過順?biāo)鞣较蜻M(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，并對(duì)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，結(jié)合各時(shí)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制墩柱水平位移曲線圖（見圖2），監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。
表2 官洲河特大橋墩柱水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果
圖2 官洲河特大橋累計(jì)水平移位曲線圖
從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該次監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)墩柱存在橫向、縱向位移現(xiàn)象，橫向位移監(jiān)測(cè)累計(jì)值范圍在-7.1～4.7，縱向位移監(jiān)測(cè)累計(jì)值范圍在-7.1～8.8 mm 之間，最大位移在SL17#~2 點(diǎn)，位移數(shù)值屬于正常范圍內(nèi)，無明顯突變情況。
3.4 墩柱傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果
該次墩柱傾斜變形觀測(cè)儀采用全站儀配徠卡小棱鏡，按照相關(guān)規(guī)范要求采用極坐標(biāo)法對(duì)墩柱頂部及底部?jī)牲c(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，通過坐標(biāo)反算，計(jì)算出墩柱上標(biāo)志中心位置投影到下標(biāo)中心位置之間的傾斜方向，并將測(cè)出的坐標(biāo)及高程數(shù)值換算成傾斜率，通過利用公式α=arctg(s÷h) 便可計(jì)算出墩柱的傾斜度。根據(jù)各時(shí)期傾斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制出墩柱傾斜監(jiān)測(cè)曲線圖（見圖3），監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3。
表3 官洲河特大橋墩柱傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果
圖3 官洲河特大橋累計(jì)傾斜曲線圖
從墩柱傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該次墩柱傾斜范圍在-0.33‰～0.35‰之間，最大傾斜點(diǎn)在QL21#點(diǎn)，傾斜數(shù)值均屬于正常范圍內(nèi)，并無明顯突變情況。
4 結(jié)論
通過對(duì)官洲河特大橋的墩柱進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，當(dāng)前橋梁墩柱并無明顯突變情況，墩柱各方面處于正常工作狀態(tài)。為了橋梁的安全運(yùn)行，建議定期對(duì)官洲河特大橋平面、高程控制網(wǎng)點(diǎn)、墩柱沉降、水平位移及傾斜觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)；同時(shí)，橋梁還需按照現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG5120—2021)中相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，嚴(yán)禁超載超限車輛通行，以確保橋梁運(yùn)營(yíng)安全及穩(wěn)定性。
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