桥梁工程变形监测方案文档格式.docx
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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、北汉大桥和南岸、八卦洲及北岸引线组成。
其中:
南汉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”;
北汉大桥为钢筋混凝土预应力连续箱梁桥,桥长2172米,主跨为3X165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;
设计荷载为汽一超20,挂一120;
路基宽33一5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,并设有南汉主桥景观照明,南、北汉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,并对南汉大桥、北汉大桥及八卦洲引线(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)曲测内容和方法
(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)。
对于南汉大桥,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;
对于北汉大桥,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13J和图13-2所示。
南、北汉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。
图13-1南汉大桥索塔变位监测点位置及观测示
图13~2北汉大桥桥墩变位监测点位置及观测
(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,南汉大桥和北汉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。
桥面铺装完毕后別测点全部遭埋没。
因此,必须重新建立桥面线型监观测点,并做周期性的监测。
由于南汉大桥和北汉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,可以认为南汉大桥和北汉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査,桥轴线监测点可不考虔恢复,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,利用防护拦的挪钉头作为观测标志,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呈方法,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。
B01
注?
间隔点毎溺一个农示监测点
C5?
!
区BCG04
图13~4北汉大桥桥面挠度监测点位置示意图
(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I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:
2
P-
於+偲dlWA+S为sin沖sinU+SMcoWWA
“2•2・°
"
S^MyCOS"
V5*47”
M]lp=M+M§
surV+「+—-一+M;
+M;
p14疋磁
式中符号及意义说明如下:
(l)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*=206265〃;
(2)Mxp,Myp和M„p分别为观测点p的三维坐标中误差;
(3)MooMyn和Mhn分别为测站三维坐标中误差的平面分量和高程分量,包摇控制点本身点位中谋差和架设仪器误差。
由于每次观测时都采用同一测站和后视方向,因此,控制点本身课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;
⑷皿为测距中误差,由仪器标称精度确定:
M5=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二Ma=Mp(M0为水平角观测中误差,叫=岳严为仪器标称精度)没;
⑹MK为大气折光系数代表性误差,一般取Mr=0.05;
(7)M为棱镜对点中误差M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,故皿二必二0。
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+1X10-—S)imn,测角标称精度为土I"
,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二土3.7Imm,MH=±
3.83mmo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土2"
,测距精度为土(2+2X1"
・S)mm,补偿器精度为土0.3"
视测一测回,代入上式计算,可以得出:
Mxy=±
7.41mm,M«
=±
€.82mm^观测二测回,贝!
J:
Mxr二土5.24mm,Mh二土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
假设和二分别为j点和k点在第i和i~l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:
(M爲)2=(M;
a)2+(m:
丿
于是j点和k点不均匀沉降量的中误差为:
(M%)2=(M;
Ii)2+(M仁)2+(M:
)2+(M工)2
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:
叭=叽=<
竄=M〃
则有:
(M桝)2=4研
叫如〃
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GOOm,精密水准测量每测站水准路线长一般不超过G0m,则由基准点到监测点的测站数为n=600/60=10历以:
M”=M站亦
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土0.3mm的精密水准仪进行观测,则:
M站二土0.30mmX0.06二土。
.018mm,
于是每一监测点沉降量的中误差为:
附別=2M〃=2-v'
Tox(±
0.01Smm)=±
0.1\mm
故釆用每公里观测高差中误差为土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土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)南汉大桥索塔变位
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+G8.0mm(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方向为一ILOnun(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1G°
根据误差理论分析可知,仅观测谋差就达±
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)南汉大桥桥面线形(挠度)
表13~2为南汉大桥的主桥段(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,南汉桥桥面未产生挠曲变化。
表13~1南汉桥索塔变位监测数据
/号
位
■
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
9)
第四期
12)
第五期(2002.
3)
第六期
(2002.
第七期(2002.
第八期(2002.
第九期
(2003・
南塔
X
7465.614
74G5.571
7465.571
7465.652
7465.549
7465.591
7465.622
7465.585
36.
S
南向
Y
2997.150
2997.130
2997.120
2997.112
2997.121
2997.116
4.3
3
7465.647
7465.546
7465.613
7465.630
7465.5SS
42.
3003.013
3003.004
3002.997
3003.001
3003.003
3003.000
3.0
1
7464.862
7464.865
7464.S60
7464.S61
7464.S62
7464.S56
7464.859
7464.S5S
2.4
4.
2986.842
2986.834
29S6.S3S
29S6.S34
2986.83i
2986.829
2986.831
29S6.S31
2986.830
1.1
■亍・•
H
13.9965
13.9901
13.9914
13.9905
14.0001
13.9937
13.9921
13.9961
・4.
0.
7464.869
7464.873
7464.S66
7464.868
7464.S67
7464.S64
7464.861
4.6
S.
3013.1S3
3013.179
3013.177
3013.164
3013.161
3013.162
0.1
下游
14.1336
14.1375
14.1344
14.1351
14.14S2
14.1556
14.1454
I4.15IS
-6.
-1
7473.120
7473.111
7473.140
7473.175
7473.15S
7473.130
7473.154
7473.156
7473.143
12.
•2
N
北向
2996.9曲
2996.994
2996.999
2996.9SS
2996.969
2996.964
2996.974
2996.97?
2996.96S
3.S
7473.112
7473.106
7473.169
7473.179
7473.157
7473.16S
7473.174
7473.166
S.2
•5
3002.S03
3002.S06
3002.S1S
3002.S10
3002.766
3002.756
3002.777
3002.772
3002.764
S.O
7474.436
7474.442
7474.441
7474.440
7474.443
-0.
-7
2986.932
2986.939
2986.929
2986.921
29S6.921
2986.924
29S6.923
2986.922
0.6
上游
13.9304
13.9215
13.92S1
13.9292
13.9306
13.9301
13.9305
・0
7474.429
7474.434
7474.439
・1
3013.1IS
3013.126
3013.112
3013.110
3013.111
0.2
7.
14.0561
14.0530
14.0469
14.0503
14.0492
14.0497
14.0500
•0.
6.
I
北塔
S094.140
S094.152
S094.169
S094.164
S094.144
8094.159
S094.161
S.9
2996.547
2996.530
2996.511
2996.49©
2996.494
2996.506
2996.498
2996.496
2.1
5
8094.098
S094.150
S094.153
S094.171
S094.139
8094.059
S094.123
8094.131
S094.095
3.
3003.277
3003.259
3003.241
3003.249
3003.225
3003.222
3003.232
3OO3.22S
3.2
・■'
•
SO92.S71
8092.862
S092.S64
8092.872
S092.S72
S092.S66
S092.S70
S092.S71
8092.S68
2.6
2.
29S6.7S1
29S6.776
2986.777
29S6.77S
29S6.7SI
2986.774
29S6.779
29S6.777
2.5
13.8503
13.8582
13.8553
13.S592
13.8573
13.S440
13.S535
13.S554
13.S497
5.7
—L
北塔南向
卜J
SO92.S93
S092.SS1
S092.S90
S092.S91
S092.900
S092.S94
S092.S97
3.3
-0
3013.213
3013.205
3013.207
3013.212
3013.211
3013.209
13.9992
14.0124
14.0000
14.0020
13.9996
13.9962
13.9993
13.9994
13.9978
1.6
1.
SI01.672
S101.6S4
S101.669
S101.613
S101.623
8101.720
S101.652
SI01.637
S101.679
-4
・7
2996.658
2996.639
2996.625
2996.623
2996.59S
2996.595
2996.605
2996.602
2996.590
3.5
6
SI01.671
S101.671
S101.GSS
S101.6SS
S101.620
S101.71S
S101.675
SI0I.647
S101.6S3
•3
-
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