公路高墩桥梁垂直度无接触检测研究

宋书昌

摘要 为提升桥梁的无接触检测精准度，降低检测误差，对公路高墩桥梁垂直度无接触检测研究。进行桥墩垂直度目标监测，确定高墩桥梁立柱圆心检测坐标，估算垂直度无接触检测精度，采用吊线锤法实现公路高墩桥梁垂直度无接触检测。实例分析结果表明：通过1号桥与2号桥的测试，得出的检测差异值较为均等，均保持在0.3以下，表明检测的效果相对较好，具有可靠性、一致性和实际的应用意义。

关键词 公路桥墩;垂直无接触结构;桥梁建设;高速公路

中图分类号 U443 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0138-03

0 引言

当前，我国高速公路建设趋于成熟，相关工程的修建与施工不再受到较多的限制。原本在特殊位置无法进行建设的工程现如今也已成常态，出现了深埋、吊桥以及高架等公路工程[1]。为推动部分地区的发展，迎合新形势下运输的需求，开展公路高墩桥的建设，横跨距离较长[2]。桥梁墩柱的垂直度是检验桥梁施工质量的重要指标之一，研究高墩桥梁垂直度的精准监测方法对保障桥梁工程测量工作的顺利进行具有重要的现实意义。

公路工程的快速发展下，桥梁中的高墩柱应用广泛，高墩桥梁的施工阶段，对于桥体承压断面的设计需要十分注意，桥梁垂直度的把控影响到桥梁的受力情况，需要对桥梁墩柱的垂直度进行检测。传统的桥梁墩柱垂直度检测方法主要是通过坐标法、垂线法、孤长公式法、全站仪+直尺法等实现的，但这些常规方法仅能实现特征点部位的偏移特征检测，难以展示桥梁整体中心轴线的空间线性，对于当前高墩柱的垂直度测量已不再适用。

为避免对桥体造成损害，采用无接触的形式确保最终检测结果的稳定与可靠。对公路高墩桥梁垂直度无接触检测进行分析与研究，在较为真实的环境之下，获取公路高墩桥梁的施工情况，结合所设计的检测模式，采用无接触的方式，通过垂直度的计算来获取最终的检测结果，提升整体检测结果的科学性与可靠性，进而扩大检测的实际范围，确保施工顺利完成。通过公路高墩桥梁无接触检测方法的应用，对于垂直度的检测工期能够大大缩减，测量人员的投入量也大大减少，大幅度降低了测量成本，且对于桥梁高墩柱的倾斜属性等数据可以实现清晰、详细地展示。

1 公路高墩桥梁垂直度检测的难点

在研究公路高墩桥梁垂直度无接触检测方法之前，需要明确公路高墩桥梁垂直度检测的重难点，以便于在检测方法设计中重点解决这些问题，实现高精度垂直度无接触检测。无接触垂直度检测的主要难点主要从两个方面分析，一方面是选取控制点。桥梁高墩检测时需要重视控制点的重要性，由于控制点通常受到施工的影响，在测量过程中不仅容易使测量结果产生偏差，还易影响正常的施工进度。因此在选取控制点时需要考虑各个施工项目的差异性，避免受到施工的影响。另一方面是检测点的选取和布设。在进行公路桥梁高墩柱施工时，需要在桥墩不同高度上的同一截面部位进行检测点的设置。为了使无接触桥梁墩柱检测更为快捷，可以考虑在桥墩施工中就选定一根竖向的钢筋进行布设，在一段施工段完成施工后，在相应的位置直接布设好下一段施工段的检测点。这种方式不仅可以保证各个施工段时桥梁墩柱的垂直度，且便于检测点的设置，避免重复规划，大大降低了检测的繁琐程度，加快了施工的进度。

2 公路高墩桥梁垂直度无接触检测分析

2.1 桥墩垂直度目标检测

公路高墩桥梁在修建时候，对于垂直度的把控是存在一定难度的，需要将误差控制在合理的范围之内，才能确保桥梁的正常应用[3]。在施工中，将桩基设定的位置偏移至承台侧方，同时按照方案设计的位置与范围，先控制基底的垂直度偏差。

通常情况下，高墩桥墩柱的高度大约在56 m，在施工时，模板和浇筑的混凝土无法均匀布置在墩柱之中，在两根墩柱之间留存施工缝，结合施工的架设模板将桥梁的预留位置覆盖，施工缝的主要作用是对垂直度进行调整，避免出现墩柱承压过大倒塌的问题。在施工缝的侧上方安装小型的监控装置，设定垂直度的执行标准，一旦施工缝在高压的作用下产生位移，施工人员可以及时捕捉到，并对其维护调整，避免桥梁墩柱发生断裂问题，可以更加合理地控制建设检测成本。

2.2 高墩桥梁立柱圆心检测坐标确定

在完成对桥墩垂直度目标的监测之后，确定高墩桥梁立柱圆心检测坐标。一般公路桥梁的高墩均是圆柱形的，且上下的宽度相同[4]。在墩柱上方立柱的中截面设定n个作用点，用来确定墩柱的周长以及截面面积，得到一个平面的核心点坐标以及高程距离，将得出的高程值与预估的高程值相对比，得出存在的无接触差值，在核心点坐标处划归得出的差异值，同时，利用最小二乘法计算出实际的高程平均值，具体如公式（1）所示：

（1）

公式（1）中：表示实际的高程平均值，表示测定损失值，表示垂直范围。通过上述计算，得出实际的高程平均值，平均值为柱圆心的直径，得到其半徑，便可以确定出相应的检测坐标，为后续工程的施工奠定基础。

2.3 垂直度无接触检测精度估算

在完成对高墩桥梁立柱圆心检测坐标的确定后，估算垂直度无接触检测精度。测定公路高墩桥梁的测角、测距精度。利用上述的柱点以及检测坐标，可以推算出无接触检测的测定站点距离，结合距离偏差以及上述的高程差值，进一步确定垂直无接触的检测范围[5-6]。结合实际的检测环境，设立具体的检测目标，在同一个立柱点上，对不同倾斜角、相位角、斜距角得出的检测数值与标准数值进行对比与验证，得出误差最小的一角，设定为核心预估精度角，根据误差传播定律，可以将垂直度无接触检测精度的估算差值缩小在合理的范围之内。对于桥梁的无接触检测结果具备一定的科学性以及可靠性，确定实际的测角、测距精度，在检测目标的引导之下，结合所确定的目标检测范围，进行可视均等计算，最终完成对垂直度无接触检测精度的核验与估算。

2.4 吊线锤法实现公路高墩桥梁垂直度无接触检测

在完成对垂直度无接触检测精度的估算后，采用吊线锤法实现公路高墩桥梁垂直度无接触检测[7]。在桥梁墩柱侧方的模板四周分别悬挂一定重量的锤球使其与风绳的作用方向保持一致，结合墩柱底部的网格数板设备，获取水平的位移距离，并形成垂直度的作用结构，具体如图1所示。

根据图1，可以了解到对应的垂直度作用结构。在合理的误差范围之内，计算出实际的墩柱承压差值，并在计算的过程中，排除掉不合格的公路桥梁墩柱，得出的检测数值便是最为可靠的公路高墩桥梁垂直度无接触检测结果值。

3 实例分析

3.1 P高速公路高墩桥梁施工检测现状简述

P高速公路位于我国四川省，全长68 km，公路在修建的过程中，存在较多的分支路口，在转弯处也多为丘陵地形，桥梁架设量大，目前为止，修建的小桥梁数量大致为21座左右，同时，桥梁的里程数值也达到12.8 km。在这些桥梁中，高墩桥梁占约12座，支撑墩柱的数量已经达到3 200余根。P高速公路高墩桥梁的日常检测效果相对较差，造成这一现状的主要原因为在修建的过程中，对于桥梁的垂直度无法更好地控制。公路高墩桥梁垂直度的控制通常都具有固定的范围，在不同的修建范围之内，得出的检测结果也存在较大的差异。而P高速公路高墩桥梁的检测现状也存在上述的问题。在施工时，未遵循无接触的规则，对于高墩桥梁的本体造成损坏，这在一定程度上也拉低了工程的进度，相关的施工人员需要对桥体进行修补，再完成相应的检测工作。所以，存在较多的外部因素以及内部结构的影响，使得P高速公路高墩桥梁的施工检测处于十分不稳定的状况之下，给后续的发展造成不同程度的消极影响。

3.2 P高速公路高墩桥梁检测实证

经过对P高速公路高墩桥梁检测现状的分析与研究，进行具体的测定。利用专业的设备与装置，获取工程相关的数据信息，汇总整合后，结合设计施工的需求，对高墩桥梁的迁移量进行测算，具体如公式（2）所示：

（2）

公式（2）中：表示高墩桥梁的迁移量，表示变化测定距离，表示平移距离值，表示滑动距离值，通过上述计算，最终可以得出实际的高墩桥梁迁移量。根据迁移量，划定具体的检测迁移范围，结合所设定的高差，获取具体的倾斜方位角。核查倾斜方位角是否与桥梁的侧向倾斜角保持2∶1的关系，如果存在差异，则需要重新设定推算。

在上述基础上，在高墩桥梁的后方增加对应的数量的支撑立柱，利用混凝土以及钢筋固定，依据上述的比例，调整倾斜角和方位角，经过测定，结合得出的数据计算垂直度与竖直度之间的检测差异值，具体如公式（3）所示：

（3）

公式（3）中：F表示检测差异值，表示桥墩总距离，表示调整距离，表示允许偏差。通过上述计算，最终可以得出实际的检测差异值，对不同的墩柱进行测定与分析，根据最终得出的检测差异值，进行具体分析，如表1所示。

根据表1中的数据信息，完成对P高速公路高墩桥梁檢测结果的分析与研究。通过1号桥与2号桥的测试，最终得出的检测差异值较为均等，均保持在0.3以下，表明检测的效果相对较好，具有可靠性和一致性，具有实际的应用价值。

4 结束语

综上所述，经过分析得知，公路高墩桥梁的检测需要在垂直的条件下进行，并采用无接触的形式来完善结果，这样可以确保检测工作控制在合理范围之内，也可以降低对桥梁本体的损坏程度，最大限度上降低检测工作中出现的误差与异常，提升检测结果的可靠性，对于施工的执行也具有一定的积极影响，为后续的相关公路高墩桥的垂直度检测提供理论借鉴。

参考文献

[1]朱亚飞，徐泽平.公路桥梁高墩偏位检测与加固方案研究[J].交通世界，2021（Z2）：165-166.

[2]方华坤，庞旗旗.高墩施工技术在高速公路桥梁施工中的运用分析[J].绿色环保建材，2021（2）：97-98.

[3]祁朝相.公路桥梁高墩偏位检测与加固方案[J].北方交通，2020（5）：32-35.

[4]田春员.高速公路桥梁高墩施工技术的应用[J].工程技术研究，2020（4）：84-87+177.

[5]舒乐，李冲.高速公路高墩桥梁垂直度无接触快速检测技术研究[J].交通世界，2019（36）：78-79.

[6]华开成，龙毅.基于泊松构网的高速公路高墩桥轴线偏位检测方法研究[J].公路交通科技（应用技术版），2019（7）：160-162.

[7]丁克良，刘明亮，刘亚杰，等.高速公路高墩桥梁垂直度无接触快速检测方法与精度分析[J].测绘通报，2019（6）：121-125.