變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

侯 娜

（ 遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司公路養(yǎng)護技術(shù)研發(fā)中心，遼寧 沈陽110111）

1 概述

近年來我國經(jīng)濟實力顯著增強，交通建設(shè)規(guī)模日益擴大，橋梁在交通工程建設(shè)中不可或缺也得到迅猛發(fā)展。 高鐵和高速公路建設(shè)拉近了各地區(qū)之間的距離， 也使工作生活更加便利。 橋梁因自重相對較大、受到的受荷作用復(fù)雜，橋梁設(shè)計施工中有很多因素難以進行有效控制，導(dǎo)致橋梁在具體使用中有一些安全隱患亟待妥善處置。 橋梁監(jiān)測新技術(shù)近年來的研究日漸深入， 橋梁并非采取單一受力形式， 而作為經(jīng)濟社會中特大型橋梁，如果在使用中出現(xiàn)重大事故，使人們生命財產(chǎn)安全受到較大程度的損失， 也對社會穩(wěn)定造成不利影響。 對產(chǎn)生重大風(fēng)險的防范，相關(guān)部門對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的獲取，對突發(fā)事件的處理方式及提出解決措施的有效性等都具有關(guān)鍵性作用。 在橋梁安全使用中，橋梁監(jiān)測具有“ 體檢醫(yī)生”的作用，應(yīng)定期監(jiān)測橋梁基礎(chǔ)沉降、 撓度及空間變位等各項控制性指標(biāo)。 計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對于橋梁檢測技術(shù)的發(fā)展具有一定的促進推動作用，提高檢測數(shù)據(jù)的實時性， 其技術(shù)優(yōu)勢比較明顯。 對橋梁加強變形監(jiān)測對于其安全使用提供重要保證， 但針對監(jiān)測技術(shù)和方法而言，如監(jiān)測傳輸速率、變形效率、數(shù)據(jù)處理能力等自動化監(jiān)測技術(shù)還需不斷完善。

2 橋梁變形監(jiān)測的主要內(nèi)容

2.1 橋梁基礎(chǔ)沉降

在各類建筑物中基礎(chǔ)都具有重要作用， 因此在整個工程建設(shè)施工中應(yīng)提高基礎(chǔ)變化的關(guān)注程度。 近年來我國高鐵建設(shè)規(guī)模日益擴大，已基本遍布很多城市，下穿高架橋或高鐵的情況在城市中較為常見，在與橋梁相交匯區(qū)域土層中的應(yīng)力相對更為復(fù)雜一些，而對土層變形的控制還存在一定的難度，使橋梁基礎(chǔ)出現(xiàn)豎向不均勻沉降等一些問題。墩臺均勻沉降應(yīng)控制在20 毫米之內(nèi)，相鄰兩個墩臺之間的沉降差應(yīng)控制在5 毫米之內(nèi)，但施工受一些因素影響而動態(tài)發(fā)生變化，各施工環(huán)節(jié)的逐步實施使結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重增大，橋梁基礎(chǔ)沉降應(yīng)由相應(yīng)技術(shù)人員進行動態(tài)監(jiān)測。 與有關(guān)要求相結(jié)合， 對橋梁基礎(chǔ)沉降聘請第三方機構(gòu)進行定時觀測，避免橋梁發(fā)生基礎(chǔ)沉降而引發(fā)坍塌等嚴(yán)重問題。

2.2 橋梁撓度

橋梁撓度變形主要是指荷載作用對橋面結(jié)果造成不能承受的豎向變形，在橋梁建設(shè)質(zhì)量指標(biāo)中具有關(guān)鍵性作用，采用定時監(jiān)測的儀器應(yīng)具有較高精度才能充分發(fā)揮出橋梁的正常功能。 這種變形不是由于與橋梁承載力存在一定差距的原因，但擾度過大將造成橋梁產(chǎn)生裂縫，影響橋梁后續(xù)功能的充分發(fā)揮。此外，擾度變形過大對于重要控制性建筑物而言，也將導(dǎo)致社會心理恐慌而受到不利影響。

2.3 橋梁空間變位

橋梁受荷因一些因素影響而表現(xiàn)出復(fù)雜多變， 橋梁結(jié)構(gòu)各部分荷載之間的耦合作用對其將產(chǎn)生一定程度的影響，使橋梁變形無法根據(jù)理論分析研究， 橋梁可利用新的監(jiān)測定位裝置監(jiān)測以進一步提高實時性。 橋梁結(jié)構(gòu)若發(fā)生變形， 空間變位也比較重要，可在承載力方面造成橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變化也各有區(qū)別，產(chǎn)生主受力構(gòu)件若受到其它因素影響而發(fā)生異位將對橋梁穩(wěn)定性造成十分不利的影響。 還應(yīng)檢測橋臺水平產(chǎn)生的位移，測量水平位移觀測點。

3 監(jiān)測橋梁變形的常用方法

3.1 大地測量法

該方法目前是應(yīng)用范圍最為廣泛的監(jiān)測方法， 對橋梁變形進行監(jiān)測的原理主要是在確定基準(zhǔn)點之間監(jiān)測其距離和角度而獲得比較準(zhǔn)確的基準(zhǔn)點坐標(biāo)， 對監(jiān)測點產(chǎn)生的位移分別在垂直和水平兩個方向上進行確定，并提高其準(zhǔn)確性，對產(chǎn)生變形的有關(guān)指標(biāo)確定其與安全指標(biāo)范圍是否相符。 該監(jiān)測方法表現(xiàn)出的優(yōu)勢較為突出， 可在橋梁監(jiān)測中加強推廣應(yīng)用的力度。 與測量基準(zhǔn)點間進行測量的相關(guān)數(shù)據(jù)一般都難以避免較多的誤差，橋梁產(chǎn)生的變形常規(guī)測量法進行監(jiān)測達(dá)到的效果較好。

3.2 物探法及GPS 技術(shù)

物探法近年來是應(yīng)用比較廣泛的一種監(jiān)測方法。 實際監(jiān)測橋梁結(jié)果中采用一些物理傳感器，還需要加強對壓力、溫度、濕度等傳感器導(dǎo)致的變形進行考慮。 相對于普通的大地測量法，可達(dá)到準(zhǔn)確監(jiān)測橋梁中部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形的程度。 可在待測橋梁中接好傳感器的相關(guān)線路并將其妥善固定好， 直到時機適宜時對其檢測， 因傳感器設(shè)備的靈活性和適應(yīng)能力的優(yōu)勢較為明顯，在室外環(huán)境對有關(guān)數(shù)據(jù)實時準(zhǔn)確地監(jiān)測，但對橋梁局部結(jié)構(gòu)監(jiān)測其可能出現(xiàn)的變形及相對與其它結(jié)構(gòu)的變形， 不能對橋梁整體變形進行監(jiān)測。通常在監(jiān)測中該方法與物理傳感器相配合，對兩種監(jiān)測方法優(yōu)勢的有利利用可實現(xiàn)對橋梁變形進行實時準(zhǔn)確的監(jiān)測。

GPS 技術(shù)日益成熟的一種較為常用的監(jiān)測技術(shù)， 在監(jiān)測橋梁變形中的作用比較重要。 在橋梁定期監(jiān)測中GPS 技術(shù)比較常用，根據(jù)監(jiān)測對象特征采取適宜方法，GPS 監(jiān)測技術(shù)最高能夠達(dá)到亞毫米級的精度。 GPS 監(jiān)測系統(tǒng)的反應(yīng)與其它監(jiān)測技術(shù)相比具有更高的靈敏度， 保持10 分鐘可獲得實時監(jiān)測5-10 個監(jiān)測點的相關(guān)數(shù)據(jù)。 此外，GPS 技術(shù)操作可在室內(nèi)，應(yīng)用該技術(shù)使人力室外作業(yè)明顯減小風(fēng)險， 并對變形數(shù)據(jù)迅速獲得。 在橋梁監(jiān)測技術(shù)中，GPS 監(jiān)測不斷發(fā)展并應(yīng)用的愈加廣泛。

3.3 近景攝影測量技術(shù)

在橋梁監(jiān)測中， 近景攝影測量技術(shù)近年來的應(yīng)用也比較廣泛。 采用非量測或可量測攝影機，在近距離拍攝橋梁監(jiān)測點，獲得的圖像采取有效處理措施， 得到的立體影像與要求相符，根據(jù)共線方程，經(jīng)修正誤差后可得到監(jiān)測坐標(biāo)，計算出各監(jiān)測點位在隨機時間和不同時間段的坐標(biāo)位置變化，基于此數(shù)據(jù)用于監(jiān)測分析橋梁變形的主要原因。 監(jiān)測橋梁變形精度相對較高，可應(yīng)用近景攝影測量法對橋梁進行變形監(jiān)測，應(yīng)將對精度有影響的外部因素盡可能剔除，以免達(dá)不到相關(guān)要求，所以應(yīng)校正攝影設(shè)備：一是對主點與主距等相關(guān)數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確測定；二是對光學(xué)畸變系數(shù)進行準(zhǔn)確確定；三是對相框坐標(biāo)系采取科學(xué)的設(shè)置方法； 四是對攝影機畸變差所引起的一系列變化準(zhǔn)確測定；五是對攝影機有關(guān)指標(biāo)進行準(zhǔn)確確定。

3.4 INSAR 技術(shù)及雷達(dá)干涉測量技術(shù)

該技術(shù)因全天候、全天時、高精度的明顯優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于大型建筑物變形監(jiān)測中。 監(jiān)測地表產(chǎn)生變形的效率相對更高一些，該技術(shù)能夠?qū)蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)中存在的差異進行監(jiān)測，對雷達(dá)信號的散射特性存在一定程度的不同，對結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測結(jié)果的影響存在不同不同程度的差異。 雷達(dá)干涉測量技術(shù)如結(jié)合側(cè)視天線，可采取干涉法記載相位和圖像在相同區(qū)域產(chǎn)生的回波信號，利用相應(yīng)的措施進行妥善處置后表現(xiàn)出表面特征。 在差分干涉方面具有更高的精度，可在監(jiān)測橋梁微小變形中應(yīng)用。

4 結(jié)論

綜上所述，在橋梁使用過程中，橋梁基礎(chǔ)沉降、擾度、空間變位等都可采用現(xiàn)有變形監(jiān)測技術(shù)進行實時準(zhǔn)確的監(jiān)測，橋梁安全健康可通過橋梁監(jiān)測指標(biāo)反映出來，橋梁變形監(jiān)測是非常重要的一個環(huán)節(jié)。 本研究較深入地分析了橋梁變形的常用監(jiān)測技術(shù)及其原理和優(yōu)缺點，對于促進橋梁監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展具有十分積極地作用。 以此為基礎(chǔ)對監(jiān)測技術(shù)和裝備開展相關(guān)研究工作，使橋梁監(jiān)測結(jié)果能夠進一步提高實時性，減少不必要的誤差，使橋梁工程達(dá)到較高的安全性。 也要關(guān)注到，雖然現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)逐漸成熟，但還存在一些不足之處，在常規(guī)監(jiān)測中其未來發(fā)展趨勢將更加便捷方便、使資源得到節(jié)約。