無合作目標(biāo)橋梁變形應(yīng)急處置及監(jiān)測的研究
2015-05-21
1 概述
自20世紀(jì)90年代初期以來，交通建設(shè)在我國如雨后春筍般的發(fā)展，高等級道路越來越多，橋梁比例也越來越高，橋梁基數(shù)越來越大。如何及時準(zhǔn)確處置在建及運(yùn)營中的橋梁變形，尤其是橋梁的在突發(fā)狀況下的變形，變形監(jiān)測便是首先要取得的基礎(chǔ)資料。在突發(fā)狀況發(fā)生時，如何在第一時間快速準(zhǔn)確的取得初期資料顯得至關(guān)重要。
1.1 應(yīng)急處置變形監(jiān)測的需求
應(yīng)急處置監(jiān)測需要弄清楚兩方面的問題：
首先是橋梁目前的狀況，橋梁的平面、高程的變形量，橋段的傾斜度等橋梁變形情況，結(jié)合地質(zhì)等其他專業(yè)數(shù)據(jù)確定橋梁受損狀態(tài)，從而確定橋梁應(yīng)急處置方式及后續(xù)監(jiān)控設(shè)計實施工作；
其次應(yīng)測定橋梁的穩(wěn)定狀態(tài)，確定橋梁的相對變形量，用以對橋梁應(yīng)急方案實施效果進(jìn)行評估，為進(jìn)一步工作和橋梁運(yùn)營提供依據(jù)。
1.2應(yīng)急處置面對的困難
橋梁變形監(jiān)測點(diǎn)的安置困難：許多橋梁上不基本沒有檢修等可供攀爬的通道，安裝設(shè)備危險性大，非專業(yè)人員很難進(jìn)行設(shè)備的安裝；
時間要求緊：應(yīng)急處置分秒必爭，越早對橋梁受損狀態(tài)定性，越早進(jìn)行處置越好；
精度要求高：較小的變形對橋梁安全來說影響都比較大，而且相對橋梁變形量一般來說量不是很大，需要較高的精度才能反映出來；
人員與設(shè)備良莠不齊：由于是突發(fā)狀況，加之時間要求緊，人員與設(shè)備準(zhǔn)備時間不足，難以保證調(diào)配到位。
1.3 橋梁變形監(jiān)測的現(xiàn)狀
橋梁變形監(jiān)測現(xiàn)有一般方式為以下幾種：
在橋梁上安置測量標(biāo)志，采用全站儀進(jìn)行觀測，這種方式可以達(dá)到較高的精度，但是設(shè)備安裝比較困難。
采用無棱鏡測距全站儀進(jìn)行測量，通過測量橋墩的多點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行橋墩的線性回歸，這種方式可以快速的測定先期數(shù)據(jù)，但其無棱鏡測距受物體表面入射角等因素影響，入射角較大時精度明顯下降，同時數(shù)據(jù)計算比較復(fù)雜。無棱鏡測距全站儀擁有單位不是太多，應(yīng)用受到一定的限制。
2橋梁變形應(yīng)急處置的模式
結(jié)合多個項目橋梁應(yīng)急處置，我們基本形成如下的測量模式
第一步，先行測定橋梁的現(xiàn)有情況，由于對于大橋的變形現(xiàn)狀了解不夠深入，同時建立監(jiān)測系統(tǒng)需要一段時間，先行建立臨時控制點(diǎn)，測量橋梁的偏移、傾斜、沉降。由此確定
第二步，控制系統(tǒng)的完善
在進(jìn)行第一步工作的同時，進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)，包括平面及高程控制點(diǎn)的建立；進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)的完善。同時對臨時建立的控制點(diǎn)進(jìn)行精確測定。
第三步，變形監(jiān)測的進(jìn)行，以及對先期測定橋梁的首期數(shù)據(jù)根據(jù)臨時控制點(diǎn)重新測定的精確坐標(biāo)進(jìn)行重新計算，并與后期變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。
3橋梁應(yīng)急處置的測量方法
3.1控制的建立過程
先期根據(jù)監(jiān)測范圍選定工作基點(diǎn)，并進(jìn)行初步控制測量。確保監(jiān)測橋墩都有2-3個工作基點(diǎn)可以測定。根據(jù)橋梁變形敏感度進(jìn)行工作基點(diǎn)布設(shè)，比如滑坡導(dǎo)致的橋梁變形就必須保證滑動方向有足夠的精度。同時為確保測量的精度，工作基點(diǎn)離監(jiān)測點(diǎn)距離不宜太遠(yuǎn)，宜控制在150米范圍內(nèi)。如果受地形限制邊長較長，則需要選用精度較高的儀器進(jìn)行觀測。
在工作基點(diǎn)建立同時，進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的建立，在基準(zhǔn)沒有建立使用前，使用校準(zhǔn)點(diǎn)對工作基點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，基準(zhǔn)點(diǎn)建立并穩(wěn)定后，進(jìn)行精密系統(tǒng)控制測量。使用基準(zhǔn)點(diǎn)對工作基點(diǎn)進(jìn)行校正，并校正監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)。同時建立獨(dú)立的監(jiān)測坐標(biāo)系（如橋軸坐標(biāo)系），方便測量誤差的分析。
3.2橋墩平面位移的測定
墩柱一般是圓柱體，或者正方體，沒有辦法直接測定其中心，只能間接獲得，通過兩個工作基點(diǎn)分別對墩柱頂部和底部左右兩側(cè)進(jìn)行水平角觀測，左右兩側(cè)水平角測量后，取平均數(shù)就得到了墩柱觀測點(diǎn)中心的水平角。
利用兩個工作基點(diǎn)的坐標(biāo)及墩柱觀測點(diǎn)中心的水平角，我們可以通過前方交會公式計算出橋墩中心坐標(biāo)（如下）。
在測量中，由于每一個觀測點(diǎn)中心的水平角均由兩處測量值而來，其就可以減少施工誤差對于成果的影響，在實際工作中，為提高成果的可靠性、精度及減少施工誤差影響，通常采用三方或者多方交會方式進(jìn)行。測量成果采用通用的控制測量平差程序均可進(jìn)行平差處理。在測量平面角度的同時，測定豎直角，可計算得出上下測點(diǎn)的高程。
通過與施工放樣坐標(biāo)對比，可以得出橋墩的平面偏移量；
墩柱頂部和底部中心的坐標(biāo)和高程，采用反正切函數(shù)就得到了“墩柱”的傾斜度。
一般來說交會角應(yīng)大于30度，小于150度，根據(jù)測量角度，計算測點(diǎn)的誤差橢圓，進(jìn)行誤差分析。在150米距離時，2”的測角誤差所造成的偏差為0.7mm, 在距離小于150m的情況下，只要交會角滿足要求，其精度是能滿足規(guī)范規(guī)定變形監(jiān)測點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于3mm的要求。采用J2級的全站儀即可滿足變形監(jiān)測的需求。
3.3橋墩沉降的測定
橋墩的沉降測定將絕對沉降與相對沉降分開來做
橋墩的沉降測定將絕對沉降通過測定特定結(jié)構(gòu)點(diǎn)的方式來測定，由于施工誤差的存在，取多個結(jié)構(gòu)點(diǎn)的沉降量均值作為橋墩沉降量。
測量采用前方交會三角高程測定結(jié)構(gòu)點(diǎn)，通過平面交會確定其坐標(biāo)，通過豎直角及反算距離可測定結(jié)構(gòu)點(diǎn)的高程。
相對沉降量宜按照“國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范”的二等技術(shù)規(guī)定要求實施。并將垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)、沉降點(diǎn)水準(zhǔn)線路之間構(gòu)組成多個環(huán)線。高程基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測采用精密水準(zhǔn)儀。個別水準(zhǔn)無法到達(dá)處可采用前方交會三角高程方法測定結(jié)構(gòu)點(diǎn)的方式實施。
4 案例分析
在貴州某工地，由于滑坡導(dǎo)致橋面開裂，橋位所在位置坡度及其陡峭，設(shè)備安裝及其困難我們在此處使用無合作目標(biāo)橋梁應(yīng)急處置測量，受地形限制，交會角不是十分理想，為確保成果質(zhì)量，我們進(jìn)行了連續(xù)兩次觀測，以驗證測量精度，其對比成果如下：
可以看出兩次測量其成果最大偏差為1.6mm，滿足規(guī)范小于3mm的要求，其方法是可靠地。
5 結(jié)束語
隨著橋梁基數(shù)不斷擴(kuò)大，橋梁應(yīng)急處置的數(shù)量也不斷增大，如何充分的已有人力物力，第一時間進(jìn)行快速準(zhǔn)確的應(yīng)急測量，第一時間為橋梁的維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保障橋梁的健康安全。在此把我們的工作思路和操作方法介紹給工程測量的同行，希望能起到拋磚引玉的作用，把橋梁變形監(jiān)測工作搞得更好。
