桥梁工程变形监测方法Word文档下载推荐.docx

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　　观测成果的整理分析主要包括:

每期观测后计算基准点的坐标、高程及其变化量；

桥墩、桥面沉陷观测点、线形点的高程及变化量；

桥面水平位移观测点的Ｙ坐标及横向位移。

根据这些变形量绘制了相应的变形曲线。

六、南京长江二桥变形监测实例

1）工程概况

南京长江第二大桥是国家“九五”重点建设项目，位于现南京长江大桥下游11公里处，全长21.337公里，由南、北汊大桥和南岸、八卦洲及北岸引线组成。

其中：

南汊大桥为钢箱梁斜拉桥，桥长2938米，主跨为628米，该跨径在建时居同类桥型中“国内第一，世界第三”；

北汊大桥为钢筋混凝土预应力连续箱梁桥，桥长2172米，主跨为3×

165米，该跨径在国内亦居领先。

全线还设有4座互通立交、4座特大桥、6座大桥。

该桥设计标准为双向六车道高速公路；

设计速度为100公里/小时；

设计荷载为汽——超20，挂——120；

路基宽33.5米，桥面宽32米（不含斜拉索锚固区）。

全线设有监控、通讯、收费、照明、动静态称重等系统，并设有南汊主桥景观照明，南、北汊桥公园和八卦洲服务区。

为了建立南京长江二桥全线结构物的竣工线型和位置基准，并对南汊大桥、北汊大桥及八卦洲引线（软土地基）等重要路段、桥墩进行位移监测，为今后大桥维修、验收等工作留下起始数据，需要对南京长江二桥进行变形监测。

2）监测内容和方法

（1）索塔及基础

对索塔主要监测塔基础位移（三维）和塔顶水平变化（二维）。

对于南汊大桥，塔基础位移监测点布置在约9m高程面的塔柱上，塔顶水平变化监测点布置在塔顶柱体上，上、下游塔柱和塔柱南北侧各布置一测点，如图13-1所示。

南北塔共计布置17个监测点，其中北塔为9个点；

对于北汊大桥，基础位移监测点设在江中22#、23#、24#、25#四个桥墩的墩柱上，每个桥墩的上、下游墩柱各布一个点，共计8个点，点位也设在约9m高程面上，如图13-2所示。

索塔及基础变位情况为每三个月观测一期。

测量使用瑞士Leica高精度TC2003全站仪，以三维前方交会法进行角度观测四测回，观测方法如图13-1和图13-2所示。

南、北汊大桥皆以竣工时恢复的首级控制网为基准，经平差计算获得三维坐标，为便于塔柱变位方向分析，平差计算采用桥轴坐标系。

（2）桥面线形（挠度）

桥面线形包括桥面标高及桥中线，在南京长江二桥主桥施工期间，南汊大桥和北汊大桥的轴线和标高均控制在±

5mm范围内,桥面上按一定的间距设有监测点。

桥面铺装完毕后,观测点全部遭埋没。

因此，必须重新建立桥面线型监观测点，并做周期性的监测。

由于南汊大桥和北汊大桥桥轴线均是桥轴坐标系的X轴，且当时施工中的施工控制精度均较高，此外，南京长江二桥首级控制网已得到了全面恢复，因此，可以认为南汊大桥和北汊大桥的桥轴线仍是桥轴坐标的X轴。

今后维修等工作若需检测桥轴线，仅需通过首级控制网的控制点即可进行检查，桥轴线监测点可不考虑恢复，仅需重新建立标高（挠度）监测点。

新建的桥面标高监测点沿全桥布设，每隔40米设一个点，主桥（钢箱梁）段点位布在桥梁中央分隔带护拦上，利用防护拦的铆钉头作为观测标志，共设28个点；

引桥为上、下游幅结构，因此，每隔40米上、下游幅各设一个点，点位设在大桥防撞护拦一侧路边上，采用围棋子做测量标点，用强力胶将其粘贴在路面上，四周用红色油漆标注。

南引桥共布42个点，北引桥共布46个点。

测点布设位置示意图见图13-3和图13-4。

桥面标高为每三个月观测一期。

观测采用精密几何水准测量方法，以二等水准精度和要求进行。

水准基点设在两岸桥下墩台上。

（3）主梁及主塔应力

对桥梁施工时施工监控设置的应力观测断面的观测点继续进行应力观测,研究主梁及主塔的应力变化。

（4）斜拉索索力

对全桥244根斜拉索用频率法测量斜拉索索力变化情况。

以上观测项目在交工验收后第1年内每半年观测1次,以后每年观测1次。

若出现地震、风暴等特殊荷载或结构出现异常情况,需增加观测次数。

3）精度分析

（1）全站仪测量的精度分析

全站仪测量空间点三维坐标中误差为:

式中符号及意义说明如下:

（1）Ｖ代表竖直角观测值,Ａ为坐标方位角,Ｓ为斜距观测值,Ｒ为地球半径,ρ=206265″；

（2）MXP，MYP和MHP分别为观测点ｐ的三维坐标中误差；

（3）MXN，MYN和MHN分别为测站三维坐标中误差的平面分量和高程分量,包括控制点本身点位中误差和架设仪器误差。

由于每次观测时都采用同一测站和后视方向,因此,控制点本身误差不影响观测点精度,同时在固定观测墩上使用强制对中器,仪器对中误差可控制在0.1mm之内,故该项误差可忽略不计;

（4）MS为测距中误差,由仪器标称精度确定:

MS=a+b·

S（ａ为固定误差,ｂ为比例误差系数）；

（5）MV和MA分别为竖直角和坐标方位角中误差,因全站仪具有竖轴补偿器,故,）MV=MA=Mβ（Mβ为水平角观测中误差,

μ为仪器标称精度）没；

（6）ＭＫ为大气折光系数代表性误差,一般取MK=0.05；

（7）Mi为棱镜对点中误差,Mr为棱镜高量测中误差,因监测点棱镜用强制对中器固定在桥塔顶部,此两项误差可忽略不计,故Mi=Mr=0。

将上式中平面误差部分合并得:

当取距离最大为500ｍ,竖直角最大为20°

采用测距标称精度为±

（1+1×

10-6·

Ｓ）mm,测角标称精度为±

1″,补偿器精度为±

0.3″的全站仪观测一测回,代入上式计算,可以得出:

MXY=±

3.71mm,MH=±

3.83mm。

在实际工程中,全站仪实际观测精度一般要比标称精度低,若假定实际测角精度为±

2″,测距精度为±

（2+2×

Ｓ）mm,补偿器精度为±

0.3″,观测一测回,代入上式计算,可以得出:

7.41mm,MH=±

6.82mm,若观测二测回,则:

5.24mm,MH=±

5.03mm。

可见,增加观测测回数或缩短观测距离,可以提高精度。

2）沉降变形观测的精度分析

假设

和

分别为ｊ点和ｋ点在第ｉ和ｉ-1周期观测所得的高程中误差,则ｊ点和ｋ点的沉降量中误差分别为:

于是ｊ点和ｋ点不均匀沉降量的中误差为:

由于每周期观测时,均采用同一观测方案,由同一台仪器和同一组人员,在外界环境大致相同的条件下进行观测,故假设:

则有:

南京长江二桥塔基础承台上的监测点距最远基准点不超过600ｍ,精密水准测量每测站水准路线长一般不超过60ｍ,则由基准点到监测点的测站数为ｎ=600/60=10,所以:

式中Ｍ站为每一测站精密水准所测高差的中误差。

采用每公里观测高差中误差为±

0.3mm的精密水准仪进行观测,则:

Ｍ站=±

0.30ｍｍ×

0.06=±

0.018mm,

于是每一监测点沉降量的中误差为:

故采用每公里观测高差中误差为±

0.3ｍｍ的精密水准仪进行观测,符合《国家一、二等水准测量规范》上对仪器的要求,足以把大于±

1.0ｍｍ的不均匀沉降量反映出来。

4）部分观测结果及其分析

（1）南汊大桥索塔变位

观测结果列于表13-1，从9期的坐标变化量来看，塔顶变位较大，在2002年6月的测量中出现过最大变化量值：

X方向（南北向）为+68.0mm（向南），Y方向（东西向）为＋63.7mm（向下游）。

这是索塔柱受日照、风力作用所至，属正常现象。

对塔基础9期监测的坐标（X、Y、Z）变化量均在±

10.0mm以内变动，但也偶发出现较大的最大变化量，其量值X方向为－11.0mm（向北），Y方向（东西向）为＋21.2mm（向上游），H方向（垂直向）为＋18.0mm（向下），该变化量主要由测量误差带来，并非是塔基础发生了位移。

因为，在对桥墩所采用的前方交会测量方法虽是变形监测中常规和有效的方法，对塔柱观测所使用的仪器也是目前世界最高精度的测量仪器，但由于所监测的点均在江中，人无法直接到达，另外还存在许多不利因素，如交会角较小、交会距离长、大气折光和水汽蒸发等等，这些因素均大大降低了测量精度。

以“北塔南向下游梁下”点为例，监测点离岸上两控制点距离分别为1014m和1011m，交会角为16°

，根据误差理论分析可知，仅观测误差就达±

12.2mm，若考虑大气折光等其他因素，测量误差还将更大些。

因此，可以认为南北索塔基础未出现明显变位。

从对索塔下横梁上门洞内水准点（钢箱梁吊装前建立的）联测结果（见表2.4），其差值较小，也可以认为索塔基础未出现沉降位移。

（2）南汊大桥桥面线形（挠度）

表13-2为南汊大桥的主桥段（钢箱梁段）测点高程的各期观测值。

从8期结果比较可以看出，主桥段标高变化在-23.4~+15.2mm之间。

综合8期的观测结果可以看出，桥梁线形（标高）明显有季节性的变化规律，随着环境温度的变化而升降，这种变化量值在钢箱梁段尤为明显，最大处近3cm。

将各期观测结果用Excel图形显示桥面线形变化曲线可以看出，南汊桥桥面未产生挠曲变化。

表13-1南汊桥索塔变位监测数据

点号

位置

符号

坐标观测值（m）

本期

增量

（mm）

累计

第一期

（2001．3）

第二期

（2001．6）

第三期

（2001．9）

第四期

（2001．12）

第五期

（2002．3）

第六期

（2002．6）

第七期

（2002．9）

第八期

（2002．12）

第九期

（2003．3）

NS

上上

南塔南向

上游塔顶

X

7465.6144

7465.5710

7465.6529

7465.5495

7465.5911

7465.6220

7465.5858

36.3

28.6

Y

2997.1501

2997.1302

2997.1207

2997.1122

2997.1210

2997.1209

2997.1165

4.3

33.6

下上

下游塔顶

7465.6145

7465.6473

7465.5465

7465.6137

7465.6305

7465.5885

42.0

26.0

3003.0134

3003.0043

3002.9971

3003.0019

3003.0031

3003.0001

3.0

13.3

上下

上游梁下

7464.8628

7464.8659

7464.8600

7464.8614

7464.8620

7464.8562

7464.8599

7464.8609

7464.8586

2.4

4.2

2986.8426

2986.8348

2986.8380

2986.8345

2986.8316

2986.8295

2986.8319

2986.8317

2986.8306

1.1

12.0

H

13.9965

13.9901

13.9914

13.9905

14.0001

13.9937

13.9921

13.9961

-4.0

0.4

下下

下游梁下

7464.8697

7464.8731

7464.8660

7464.8688

7464.8673

7464.8566

7464.8642

7464.8658

7464.8612

4.6

8.5

3013.1833

3013.1790

3013.1770

3013.1645

3013.1616

3013.1620

3013.1627

3013.1622

3013.1621

0.1

21.2

14.1336

14.1375

14.1344

14.1351

14.1482

14.1556

14.1454

14.1518

-6.7

-18.2

NN

南塔北向

7473.1204

7473.1119

7473.1407

7473.1759

7473.1580

7473.1309

7473.1549

7473.1565

7473.1437

12.8

-23.3

2996.9879

2996.9948

2996.9999

2996.9889

2996.9695

2996.9643

2996.9742

2996.9719

2996.9681

3.8

19.8

7473.1128

7473.1064

7473.1438

7473.1690

7473.1798

7473.1579

7473.1689

7473.1744

7473.1661

8.2

-53.3

3002.8038

3002.8069

3002.8185

3002.8101

3002.7667

3002.7561

3002.7776

3002.7722

3002.7641

8.0

39.7

7474.4361

7474.4421

7474.4412

7474.4403

7474.4438

7474.4426

7474.4432

7474.4435

-0.3

-7.4

2986.9328

2986.9391

2986.9399

2986.9295

2986.9217

2986.9243

2986.9230

2986.9224

0.6

10.5

13.9304

13.9215

13.9281

13.9292

13.9306

13.9301

13.9305

-0.1

7474.4291

7474.4342

7474.4406

7474.4396

7474.4399

7474.4398

7474.4397

-10.6

3013.1180

3013.1260

3013.1126

3013.1103

3013.1111

3013.1107

3013.1105

0.2

7.5

14.0561

14.0530

14.0469

14.0503

14.0492

14.0497

14.0500

6.1

BS

北塔南向

8094.1408

8094.1524

8094.1693

8094.1643

8094.1440

8094.1592

8094.1618

8094.1529

8.9

-12.1

2996.5472

2996.5300

2996.5111

2996.4964

2996.4943

2996.5006

2996.4985

2.1

50.8

8094.0988

8094.1508

8094.1534

8094.1712

8094.1396

8094.0593

8094.1234

8094.1315

8094.0954

36.1

3.4

3003.2775

3003.2597

3003.2411

3003.2499

3003.2250

3003.2224

3003.2324

3003.2287

3003.2256

3.2

51.9

8092.8716

8092.8620

8092.8649

8092.8722

8092.8723

8092.8661

8092.8702

8092.8713

8092.8687

2.6

2.9

2986.7815

2986.7761

2986.7773

2986.7782

2986.7812

2986.7745

2986.7780

2986.7796

2986.7770

2.5

4.5

13.8503

13.8582

13.8553

13.8592

13.8573

13.8440

13.8535

13.8554

13.8497

5.7

8092.8934

8092.8819

8092.8902

8092.8914

8092.9004

8092.8907

8092.8942

8092.8973

8092.8940

3.3

-0.6

3013.2137

3013.2050

3013.2075

3013.2052

3013.2128

3013.2117

3013.2099

3013.2114

3013.2115

-0.2

2.2

13.9992

14.0124

14.0000

14.0020

13.9996

13.9962

13.9993

13.9994

13.9978

1.6

1.4

BN

北塔北向

8101.6720

8101.6848

8101.6690

8101.6135

8101.6230

8101.7206

8101.6524

8101.6377

8101.6791

-41.5

-7.1

2996.6587

2996.6391

2996.6252

2996.6232

2996.5985

2996.5950

2996.6056

2996.6020

3.5

60.2

8101.6710

8101.6882

8101.6200

8101.7183

8101.6755

8101.6478

8101.6830

-35.3

-12.0

3003.3131

3003.2996

3003.2873

3003.2914

3003.2894

3003.2883

1.0

24.8