黎成
(中交建筑集團第四工程有限公司,湖南長沙 410199)
近年來,北斗定位技術(shù)有了長足進步,采用此項技術(shù)開發(fā)出了高精度、自動化的監(jiān)測系統(tǒng),為橋梁建設(shè)智能化跨越發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。我國山地廣布,山區(qū)橋梁占比高,各類山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生。北斗定位技術(shù)作為一項新型監(jiān)測技術(shù),可應(yīng)用于山區(qū)橋梁監(jiān)測,以顯著提高橋梁工程質(zhì)量,并能夠為橋梁實現(xiàn)安全運營提供充分保障?;诖?,以某山區(qū)橋梁工程為案例,探究北斗定位技術(shù)在糾偏定位中的具體應(yīng)用。
某山區(qū)橋梁屬于高速公路的主線橋,建成于2016年年底,其中心樁號為K830+975。該橋梁長度為1392m,寬度為25.5m,橋面縱度最大為3.74%、最小為2.45%。上部結(jié)構(gòu)為T 梁,為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),其支座為盆式結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),墩柱為雙柱式,屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于山區(qū)的溫差較大,受此影響,橋梁會出現(xiàn)較為明顯的伸縮變形,這一問題積累到一定程度后,橋梁會出現(xiàn)墩頂位移超限病害[1]。該病害較為常見,因此監(jiān)測橋梁健康狀況時,主要監(jiān)測橋梁的高墩位移。監(jiān)測橋梁位移時可采用多種方法,其中GPS 位移監(jiān)測法應(yīng)用較廣泛,但該監(jiān)測技術(shù)在山區(qū)橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用沒有得到推廣。而人工監(jiān)測耗時耗力,監(jiān)測結(jié)果準確度低,且可能發(fā)生意外事故。因此在綜合比較后,確定使用北斗定位技術(shù)進行該山區(qū)橋梁高墩監(jiān)測、糾偏[2]。
在該橋梁養(yǎng)護項目的部分結(jié)構(gòu)交界墩處,發(fā)現(xiàn)存在墩頂位移超限病害,影響因素如下:首先是支座被腐蝕,導(dǎo)致接觸面凹凸不平,影響到摩擦系數(shù);其次是主梁受溫差影響出現(xiàn)收縮與擴張,導(dǎo)致橋梁墩身持續(xù)出現(xiàn)同向前移,隨著位移量不斷增大,橋梁墩底彎矩也隨之變大,最終使混凝土受到壓迫而斷裂。墩頂位移超限病害會導(dǎo)致橋墩無法承載較大壓力,并使橋梁線形出現(xiàn)明顯變化,降低橋梁的耐用性,不利于安全運營[3]。
對該橋墩實施糾偏復(fù)位,應(yīng)依照橋梁維修加固實施方案,并結(jié)合公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測規(guī)范文件的相關(guān)要求,使用千斤頂進行反向頂推。在此過程中,可將北斗監(jiān)測站及相關(guān)測量設(shè)備安裝到大橋上,以全面監(jiān)測橋墩的偏移量及傾斜值[4]。安裝過程中,在橋墩頂蓋梁一側(cè)及護欄上鉆孔安裝膨脹螺絲,由此固定三腳架;安裝北斗監(jiān)測站,墩頂蓋梁上安裝傾角儀。由于山區(qū)位置偏遠,很難具備市政供電條件,因此所用的各種監(jiān)測設(shè)備,其所需電能都來自太陽能光伏板,同時現(xiàn)場應(yīng)備齊鋰電池用于緊急臨時供電。具體糾偏過程如圖1 所示。
圖1 糾偏過程示意圖
北斗監(jiān)測系統(tǒng)作為一個綜合性的監(jiān)測預(yù)警云平臺,其主要功能是向各基礎(chǔ)設(shè)施提供智能化在線監(jiān)測服務(wù)。北斗監(jiān)測系統(tǒng)融合北斗定位、精密傳感、數(shù)字通訊以及云物聯(lián)等各項技術(shù),在應(yīng)用中,可進行不斷升級,滿足實際需求。同時,各類常規(guī)傳感設(shè)備都可匹配應(yīng)用于此系統(tǒng)。運用此監(jiān)測系統(tǒng),可收集各項監(jiān)測數(shù)據(jù),并進行數(shù)據(jù)存儲、分析以及必要的后續(xù)開發(fā)。通過該系統(tǒng),監(jiān)測及預(yù)警數(shù)據(jù)可經(jīng)傳輸設(shè)備傳遞至用戶,出具完整的監(jiān)測報告,并提出具體的解決措施,從而為用戶順利高效地開展保養(yǎng)工作奠定基礎(chǔ)。
北斗監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容繁多、規(guī)模龐大,系統(tǒng)內(nèi)部含有不同的結(jié)構(gòu)物,并有相應(yīng)的監(jiān)測子系統(tǒng),主要用于收集監(jiān)測信息,匯總后傳輸至中央數(shù)據(jù)庫,從而實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)評估[5]。工程試驗過程中,通過北斗監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)控,主要目的如下:
第一,針對橋梁高墩復(fù)位異常情況,通過運用北斗監(jiān)測系統(tǒng)進行全面監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)工程建設(shè)中的各類潛在問題,并發(fā)出預(yù)警信息,從而實現(xiàn)糾偏。
第二,對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)實施監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)方面存在的問題,并快速發(fā)出預(yù)警信息。
第三,針對橋梁墩柱復(fù)位情況實施監(jiān)測,判斷其質(zhì)量,通過糾偏監(jiān)測,使橋梁高墩線形符合設(shè)計標準。
運用全站儀收集監(jiān)測數(shù)據(jù),鎖定存在病害問題的橋墩,在橋墩頂部與底部的中心部位粘貼應(yīng)變片,以提高監(jiān)測效果。監(jiān)測過程中,需準確布置設(shè)備,將其與橋墩中心線保持水平狀態(tài)。一個橋墩監(jiān)測完畢后,應(yīng)立即移動全站儀,設(shè)置新的監(jiān)測點[6]。再采用人工方式記錄全站儀的位移信息,并做好位移量統(tǒng)計。
可綜合運用北斗監(jiān)測站與基準站,收集監(jiān)測站位移信息,并通過衛(wèi)星定位技術(shù)向基準站傳遞,經(jīng)過加工處理,繼續(xù)傳輸至北斗云平臺,最終在用戶端顯示。北斗智能監(jiān)測云平臺如圖2 所示。
圖2 北斗智能監(jiān)測云平臺
采用北斗監(jiān)測技術(shù)進行預(yù)警及評估,可對比實測值與條件值,分析異動情況及以往監(jiān)測數(shù)據(jù)?;诖耍治鲱A(yù)測后續(xù)發(fā)展趨勢,分析各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的相關(guān)性,從而對橋梁結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定性做出準確評估[7]。所得評估結(jié)果若未超出標準值,則表明橋梁不存在安全問題;若超出標準值,表明橋梁存在病害問題,此時系統(tǒng)會發(fā)出預(yù)警信息[8]。
橋梁高墩糾偏過程中,主要依據(jù)位移量來控制水平頂推,測量千斤頂?shù)捻斖莆灰屏繒r,需用到鋼尺[9],每平移2cm 監(jiān)測一次。由于10 號、22 號糾偏墩出現(xiàn)明顯的位移,因此將其選定為對象,對比人工監(jiān)測及北斗監(jiān)測數(shù)據(jù),兩者對比情況如表1 所示。通過分析對比數(shù)據(jù)可知,兩項監(jiān)測結(jié)果的偏差均值都小于3mm,誤差的相對標準差都未超過1,表明數(shù)據(jù)不存在明顯的離散。此外,兩者具有良好的擬合匹配度,相比較而言,北斗監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性更高,兩者數(shù)據(jù)對比如圖3 所示。
表1 北斗數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)對比(單位:mm)
圖3 人工測量與北斗一測量數(shù)據(jù)曲線
經(jīng)分析可知,利用傾角儀收集到的數(shù)據(jù)明顯超過標準值。由此可判斷,糾偏高墩橋梁位移時,其上下節(jié)段的墩柱位移變動為非線性,傾斜帶有一定的弧度,測量角度變化值遠大于實際值,表明利用傾角儀無法準確測量高墩位移。
綜上所述,隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國的山區(qū)橋梁建造數(shù)量越來越多,因山地崎嶇不平,所建橋梁需設(shè)計高墩,但由于其抗推剛度較小,受橋梁上部結(jié)構(gòu)傳遞的水平推力的影響,會出現(xiàn)明顯的墩頂位移[10]?;诖?,文章對北斗智能監(jiān)測技術(shù)及云平臺系統(tǒng)在橋梁糾偏監(jiān)控中的具體應(yīng)用方式,并通過與人工測量對比,總結(jié)出北斗定位技術(shù)的精確度更高,更具可行性。通過運行試驗可知,該系統(tǒng)可長期保持穩(wěn)定運行,并能夠快速、準確地傳輸糾偏山區(qū)橋梁的監(jiān)測數(shù)據(jù),從而使相關(guān)人員能夠掌握橋梁的運營情況,并降低監(jiān)測成本。此外,為提升監(jiān)測智能化程度,可在北斗云平臺中配置各類傳感器,完整收集監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行全方位評估。相信隨著技術(shù)水平的不斷提升,北斗定位技術(shù)也將在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中得到更加充分的應(yīng)用。