变形监测技术在桥梁监测中的应用

陈 泉

(湖南城市学院土木工程检测中心，湖南 益阳 413000)



变形监测技术在桥梁监测中的应用

陈 泉

(湖南城市学院土木工程检测中心，湖南 益阳 413000)

主要分析了桥梁变形测量的主要内容、应用原理与技术方法，旨在为今后桥梁建设事业的完善提供参考。

变形监测技术；桥梁监测；技术应用

1 桥梁变形监测的内容及应用原理

1.1 桥面沉降监测

桥面沉降监测就是对桥梁垂直方向上位移变形的测量。在实际操作中，桥梁沉降监测主要依据的原则分别为：点位基准点、工作基点和观测点的稳定；仪器和设备的放置必须平稳固定；测量人员在同一测量过程中尽量保证稳定，以防止更大误差的出现；保证前后一致的观测与环境条件；以及在对工程中各组成部分进行观测时，保证镜位的固定同一、观测路线选择与运用程序方法的相同这五条。而在内容方面，桥面沉降监测则包括了布设沉降观测点，测量网，对跨河桥的沉降进行监测等多个方面。在现场实际施工中，桥梁沉降监测一般采用闭合水准路线或附合水准路线的方法对位移变形进行测量，并通过高精度水准仪的运用，确定沉降观测网。而闭合水准测量法则适用于桥墩在河中央的跨河桥，在测量时先将仪器架设在桥台上，再选择两个前后相邻的桥台作为测点进行观测，待测量结束后还需进行返测来测量往测时遗漏测量的点，最后对于中间联测的部分则通过往测已测点来进行观测。

1.2 桥梁的水平监测

主要是通过监测桥梁承台的水平位移来对桥梁进行的监测称之为桥梁的水平监测，在桥梁的水平监测中水平位移基准网观测及水平位移观测点测量为主要的两个监测内容。实施承台水平位移监测，首先需注意控制网的布设和校核，当基准线的大桥只需布设一条时，只需对其基准点的距离进行测量，但校核点仍需建立，以此检验核对基准线是否稳定。而对于布设了多条基线的大桥，除基准线距离的测量与检核之外，还需对相邻基准点之间的距离及角度进行测量。在具体的水平位移观测点观测中，测角误差和测距误差是主要影响其观测精度的两大因素。

2 桥梁变形监测的方法分析

2.1 常规大地测量法

作为二十世纪八十年代前最主要的桥梁变形测量方法，常规大地测量法通常需要在电子或光学测量仪器(包括水准仪、经纬仪、电磁测距仪、全站仪等)的辅助下，基于桥梁监测的需求，对角度和距离等进行反复地周期性测量，以保证桥梁监测点三维坐标的获取，进而对桥梁结构的垂直位移和水平位移进行确定。随着各种精密仪器的出现与使用，常规大地测量法因其较高的灵活性和高精度测量倍受欢迎，在桥梁监测中应用广泛，在多种不同结构形式的桥梁变形监测精度要求中都可适用。然而，该方法在实际工作中也有着致命的缺陷，缓慢的监测速度，较低的自动化程度，大量的人力、物力需求，且易受现场地形、天气和通视等条件的影响等都或多或少地限制了该方法在实际工程中的应用。

2.2 物理传感器法

由于常规大地测量法的种种缺陷以及只能用于获取桥梁整体变形信息的局限，物理传感器法应运而生。将物理传感器引入局部桥梁监测中，可用于监测桥梁的局部变形，很好地弥补了常规大地测量法的不足。现今用以测定桥梁局部变形的物理传感器主要有测力计、应变计、位移计、倾斜仪、重量动态测量仪、锈蚀检测仪、电子水平仪及针对振动、温度、风力、压力、湿度、雨量的传感器等。物理传感器法能保持对桥梁内部进行长期连续地自动观测，以保证及时全面的获取观测桥梁内部的压力、应力、倾斜角度、温度变化及高精度的局部变形数据。我国的物理传感器法目前已有了较大的发展，胡现辉等通过连接徕卡 NIVEL200电子水平仪的串口与计算机，实现了计算机控制和获取电子水平仪倾斜数据，并绘制了桥梁变形示意图；唐山高等利用倾斜传感器，成功地对塞浦路斯高速公路高架桥桥墩进行了位移测量，种种这些都证明了物理传感器法在实际工作中应用的成功。固定安装在桥梁中的物理传感器使用灵活，在在恶劣环境中也能实现自动观测。但这种方法亦不是万能的，物理传感法也存在着一定局限，该方法只能监测到桥梁的局部变形和相对变形状况，桥梁变形情况无法进行整体的掌握。

3 桥梁变形监测的应用技术

随着计算机技术和空间科技等的迅速发展，近年来3S技术尤其是遥感技术和导航系统不断革新进步，并逐渐推广使用，变形测量技术也因之发生了巨大变革。桥梁变形监测技术开始从地面扩展到空间、从静态到动态，逐渐实现了全天候、自动化的监测，其所应用的技术也日趋与时俱进，其中摄影测量技术、GPS技术及雷达干涉测量技术等新兴的3S技术在桥梁变形监测中应用最为广泛。

对桥梁变形进行监测的摄影测量技术一般适合于大范围的地面变形监测，与全站仪监测相比，该方法精度较低，且测量设备的成本高，在实际应用方面还需进一步研究探索。在桥梁变形监测能达到毫米级精度的GPS技术，极大地减轻了外业工作量，并在一定程度上降低了人为因素的影响。然而此技术也同样存在着局限，对于部分监测点天顶通视差的桥梁，会影响其监测精度，而当监测点较多时其所需的成本较高。与全站仪相比，GPS技术监测垂直位移的精度还有待提高。

最后采用INSAR技术提取高程的精度可达数米，而运用差分干涉手段(D-INSAR)可达到厘米级甚至毫米级的雷达干涉测量技术，在桥梁微小形变监测中应用潜力巨大。已应用于大型桥梁及建筑物变形监测的遥感干涉测量系统 IBIS - S，由意大利IDS 公司与弗洛伦萨大学联合研制，现已应用于钱塘江大桥、金沙江大桥、石崆山大桥的静态监测、动态监测及自振频率监测中。其监测结果显示拥有最高200 Hz的自振频率，静态精度0.1 mm，动态精度0.01 mm的IBIS - S 可以在较短时间内获取桥梁静态、动态挠度变化；将 IBIS-S和角反射器进行配合使用，可将桥墩任意位置的微变形提取出来；而在斜拉桥的应用中，IBIS-S一次可对多根索同时进行测量，无需阻断交通，极为便捷。然而，作为一种全新的变形测量技术，IBIS-S价格相对昂贵，且对目标物的三维信息无法进行直接获取，只能通过投影的方式获得，若与三维激光扫描等技术结合，其优势更易于发挥。

4 结束语

关乎桥梁运行管理与维护养修的桥梁变形监测在公共出行交通安全等方面意义重大。因此，需通过不同的观测条件，对桥梁变形进行精确监测，根据实地观测的不同情况，再对其做出具体的布设方案，以确保实际工作应用能得以解决。

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[2] 彭家真.关于变形监测技术在桥梁监测中应用的探讨[J].环球人文地理,2014,(24):34-35.

[3] 杨锐.当今变形监测在桥梁结构中的应用研究[J].建筑工程技术与设计,2014,(16):1351.

2016-05-18

陈泉(1984-)，男，湖南益阳人，工程师，研究方向：公路桥梁检测方面。

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1008-3383(2016)07-0084-02