1、市政交通福建建设科技 道路提升改造工程中桥梁监测方案探讨傅木森(福州市城乡建总集团有限公司 福建福州)摘 要 在道路改造工程中既有大桥的承载状态会相应发生变化新建桥梁受某些偶然荷载的影响结构稳定性也会发生改变为保证工程施工时的安全需要对新旧桥梁进行监测 本文结合工程实例以福州市某道路提升改造工程为依托对既有桥梁的监测项目、监测频率、监测方法以及新建桥梁的首次测量进行介绍 采用全站仪三维位移监测结合精密水准测量方法对新旧桥梁的桥墩沉降以及墩顶水平位移进行监测 结果表明桥墩沉降及墩顶水平位移值始终处在安全范围之内该方案在保证施工安全以及精度要求的前提下通过监测项目相结合可以减少监测点的布设以此降低
2、成本并且监测数据能够相互校核以此迅速发现误差希望为类似工程提供参考关键词 三维观测桥墩沉降观测既有桥梁新建桥梁 :.:基金项目:福建省自然科学基金(面上)项目(项目编号:)作者简介:傅木森()男福建仙游高级工程师从事建筑施工技术管理方面的研究 随着我国基础建设的不断加强桥梁建设规模也得到了空前发展然而当前现役的部分桥梁不能满足需求因此需要对桥梁进行改造 在改造工程中既有桥梁的受力情况会发生改变例如新增匝道的桩基会对既有桥梁的桩基进行挤压等 除此之外新建桥梁的工作状态、结构性能也会由于荷载作用而改变 在符合项目的规范条件和工程质量的基础上对不安全原因和危险源进行合理的研究与控制从而能够保证施工的
3、顺利进行 在监测工程中需要对桥梁应力状态及变形进行实时控制监控人员需要利用大量监测数据对桥梁的安全性进行评估使桥梁在受力情况下处于理论计算的容许范围内 本文介绍了部分桥梁在提升改造工程中所使用的监测方案为后续类似工程提供参考 工程概况该道路提升改造工程位于福州市桥梁总长度 桥梁总面积 本工程桥墩承台埋深约 需进行承台基坑开挖单个承台的基坑周长约 面积约 场地现状地面标高约 邻近既有大桥位置 匝道桥承台基坑开挖深度约 其中 匝道桥墩与既有大桥位置关系图如图 图 匝道桥墩与既有大桥位置关系图 桥梁监测方法随着高新技术的不断发展监测技术也越来越自动化、电子化当前较为普遍的监测方法包括:大地测量法、技
4、术、测量机器人及物探法等 技术建立 实时定位桥梁安全监测系统可全天候长期在线实时监测桥梁整体的三维位移直接监测大桥主跨梁及索塔轴线的位移变化 其优点是不受通视、气象等条件限制能 福建建设科技 市政交通够实时获得三维数据进行综合分析与测点的振动和频率无关外业工作量大幅度减少自动化程度高 缺点是测点选择条件较高成本费用高昂测点细部微小变化敏感度不够 用来获取桥梁局部变形的物理传感器主要包括应变计、位移计、倾斜仪、电子水平仪及振动传感器等 测量机器人测量机器人是在全站仪的基础上由步进马达、影响传感器及应用软件集成的可自动搜索、识别、追踪以及精准照准目标具有操作简单准确高效等优点 随着技术的不断进步测
5、量机器人的精度也越来越高但是若测量距离过长其测量精度就会大大降低且造价也较高 物探法大地测量法适用于监测桥梁的整体变形但是对于桥梁的局部变形监测物探法比起大地测量法更加有效 大地测量法在布设大地控制测量基础上采用如经纬仪、测距仪、水准仪、全站仪或智能机器人等仪器进行变形监测也是变形监测中主要的应用手段根据本次大桥的工作要求结合几种测量方法的优劣情况可以采用全站仪三维位移监测结合精密水准测量方法对新旧大桥进行变形监测 测量设备 精密水准仪采用 电子水准仪(标称精度为:每公里往返测高误差为 )及其配套铟钢条码尺 全站仪采用(徕卡)全站仪其测角误差为:测距误差为:()既有桥梁监测方案 监测内容既有桥
6、梁的检测项目主要有:建立水平位移监测基准网和垂直位移基准网布设桥梁观测站 此次桥梁变形观测主要包括桥墩沉降和墩顶三维位移两个方面 工程具体监测内容如下:()桥墩沉降观测 进行桥墩(台)沉降监测了解墩(台)在荷载长期作用下是否会产生明显的沉降或出现倾斜不平衡的情况()墩顶三维位移监测 通过对桥墩上部的三维移动数据进行检测可以准确获得桥墩与桥轴线的移动数据并同时对重点部位桥墩进行加密检测能够得到适当部位处桥墩的倾斜移动数据 变形监测点布设()桥墩沉降观测 在距离设计地面标高 处的桥墩底部设置当地面至梁体间高度无法满足观测仪器放置时可视具体情况布设 标志形式为螺栓式标志材质采用 不锈钢螺栓埋入桥墩混
7、凝土深度不得小于且露出墩、台面约 桥墩的沉降监测使用几何水准测量方式通过水准仪进行观察 同时利用相对水准高程系统建设水准测量监测网按二等下沉检测标准采用水准仪引测 每一沉降变形观测是利用高程基准点来联测一个封闭的附合水平线按照该线的工作点来计算各监控点的高度 各监测点的高程初始值必须在桥墩完工之后测定对 匝道边上的老旧桥墩进行监测在每个柱墩上布设一个测点共五个测点 测点位置详见图分别为 桥墩沉降观测点布设位置见图()墩顶三维位移观测 在垂直于桥梁轴线方向的外侧距离桥墩约 处固定安置正对测站点(基准点或工作基点)的精密微型棱镜且在棱镜顶端按要求安装了直线形的保护钢板测点埋设方法:采用冲击钻在桥墩
8、顶部侧面位置钻孔后用膨胀螺丝将小棱镜固定使用全站仪在已选好的监测网上进行观测首先对全站仪进行精确地整平以及对中后通过后视其它的三维移动监测控制点得到数据所要观测的数据有两点间的高差和间距可以通过所测数据得出监测点的具体位置将测得的数据与最初值进行比较计算出桥墩顶部的位移变形墩顶三维位移测点也设置在 匝道的旧桥墩上每个桥墩设置 个测点计 个测点分别为 测点在桥墩的布设位置详见图 图 桥墩沉降观测点布设位置图 监测频率及报警指标()监测频率 桥梁基础施工时需要对墩台底端沉降和墩顶三维位移进行每周一次的监测而在桥梁上部施工时需要对墩台底端沉降和墩顶三维位移进行每月一次的监测且桥梁上部施工完成 个月后
9、才可停止监测()报警指标 墩台底端沉降和墩顶三维位移的监测控制值为 变化速率预警值为/本项目依据类似条件下的工程实例和相关规范对现场变形监测成果按黄色、橙色、红色三级预警进行控制三级警戒状态如表 表 三级警戒状态判定表预警级别预警状态黄色预警变化量、变化速率均未超过监测控制值的 或双控指标之一超过监测控制量的 橙色预警变化量、变化速率均未超过监测控制值的 或双控指标之一超过监测控制量红色预警双控指标超过监测控制量且变化速率急剧增长市政交通福建建设科技 新建桥梁监测方案 监测内容本文仅观测既有大桥邻近的新建桥梁新建桥梁的监测工作包含:建立水平位移监测基准网和垂直位移监测基准网布设大桥永久观测站首
10、次测量 其中桥梁变形检测主要涉及如下三个方面:墩台底端沉降观测、墩顶三维观测和箱梁三维观测 变形监测点布设()桥墩沉降观测 在距离设计地面标高 处的桥墩底部设置当地面至梁体间高度无法满足观测仪器放置时可视具体情况布设 桥墩均为钢墩柱埋设形式为采用 型沉降监测点(详见图)采用焊接形式焊接在钢柱外表面且露出墩、台面约 图 型沉降监测点构件桥墩的下沉检测主要采用几何水准测量技术利用水准尺开展检测 同时利用相对水准高程系统建设水准测量监测网按二等下沉检测标准采用水准仪引测 每一沉降变形观测是利用高程基准点来联测一个封闭的附合水平线按照该线的工作点来计算各监控点的高度 各监控点高度计算公式在高架桥墩柱浇
11、筑完毕时计算新建桥梁的墩台底端沉降点在 墩柱处各设一个测点在 台柱处设置两个测点共计 个测点测点编号为、墩位置见图 桥梁观测点示意图详见图 图 桥梁观测点示意图()墩顶三维位移监测 在垂直于桥梁轴线方向的外侧距离桥墩约 处固定安置正对测站点(基准点或工作基点)的精密微型棱镜且棱镜顶部根据需要加装直线形防护钢板测点埋设方法:采用焊接方式将棱镜连接杆固定在钢墩柱顶部在选定的三维位移监视的轴线上放置全站仪测量并精确地整平并对中再后视其它物体三维移动检测控制点计算监测点与检测标准点之间的夹角、间距再计算各监测点位置将测得的数据与最初值进行比较计算出桥墩顶部的位移变形墩顶三维位移测点在 墩柱处各设一个测
12、点在 台柱处设置两个测点共计 个测点测点编号分别为、其中墩顶三维位移测点在桥梁的具体布设位置详见图()箱梁三维位移观测 沿桥轴线方向单位侧、梁体两端距离伸缩缝 处牢固地安装了正对测站点(基准点或工作基点)的精密微型棱镜钢箱梁采用焊接方式将棱镜连接杆固定在梁体侧面且在棱镜顶端根据要求安装了直线形的保护钢板在已确定的三维位移检测控制轴上放置全站仪测量并精确地整平比对后再后视其它三个移动检测控制轴计算监测点与检测标准点之间的夹角、间距再计算各监测点位置最后根据各个阶段与计算公式比较计算出箱梁的位移变形箱梁三维观测点的布设位置为 跨/及/处钢箱梁(位置详见图)测点设在桥梁伸缩缝两侧的位置处两侧各设 个
13、共设 个测点测点编号分别为 、桥跨结构部位三维位移布设详见图 图 桥跨结构部位三维位移布设详图在通车前至少一个月业主单位通知监测单位待布设的点达到稳定后监测单位积极组织完成了桥梁的首期观测首期观测应连续进行两次独立观测并按相关规范取值在通车日一周前完成 桥梁建设项目完成验收后进行项目移交时建设单位将桥梁监测点布设及首期观测成果作为必备材料之一移交给桥梁运营维护单位墩顶底端沉降、墩顶三维位移以及箱梁三维位移的监测控制值为 变化速率预警值为/其预警指标参见表 监测数据分析 初始值确定变形监测是将各次所测得的监测值与初始值进行比较以此来分析变形是否还在发生 因此初始值的大小及误差尤其重要由建筑规范确
14、定:建筑变形的首次观测应进行连续两次独立观测并取两次结果的中位数作为初始值 福建建设科技 市政交通表 变形最大值统计监测对象测点编号阶段变形最大值/变形最大值/变化速率(/)监测结论旧桥桥墩沉降位移 正常 正常 正常 正常 正常新桥桥墩位移 正常 正常 正常 正常 正常旧桥墩顶水平位移 正常 正常 正常 正常 正常新桥墩顶水平位移 正常 正常 正常 正常 正常新桥箱梁水平位移 正常 正常 正常 正常 注:表中水平位移变形值为正代表向东为负代表向西沉降位移变形值为正代表向上为负代表向下 桥墩沉降监测数据分析图、图 分别为旧桥、新桥的沉降时间图其中横坐标为观测累积日数纵坐标为积累沉降值由图可得两者
15、的曲线近乎相似在桥上墩台结构浇筑实现的初期沉降速率较快而在墩台结构浇筑完成后曲线开始变缓在 之后墩台沉降趋于稳定 结果表明旧桥的最大沉降值为 新桥的最大沉降值为 两者沉降值均在 之间均未超过黄色预警值 由表 可见旧桥最大沉降变形速率出现在 处为 /新桥最大沉降变形速率出现在 处为/均小于黄色预警值 /桥墩、箱梁水平位移监测数据分析图、图 分别为旧桥、新桥的墩顶水平位移图其中横坐标为观测累积日数纵坐标为监测水平合成绝对值 图 为箱梁水平位移图纵坐标为水平位移值图 旧桥桥墩沉降时间曲线图图 新桥桥墩沉降时间曲线图图 旧桥墩顶水平位移图市政交通福建建设科技 图 新桥墩顶水平位移图图 新桥箱梁水平位移
16、图由图可得旧桥桥墩水平位移在 之间新桥桥墩水平位移在 之间箱梁最大水平位移出现在 为 均未超过黄色预警值 测点水平位移整体呈现波动状态并无单调变化规律由表 可见水平位移最大变化速率出现在 、以及 分别为 /、/以及 /也没有超过黄色预警值 /综上变形监测数据分析施工对桥梁的变形影响并未随着基础距离的减少而增加说明施工振动对桥梁的影响与距离并非成正比关系可能还与地质条件、结构的工作性能等有关 结语()新桥测量的墩台沉降、墩顶水平位移以及箱梁水平位移均未达到预警值验证了新建桥梁的各项技术指标符合要求和规范标准确保桥梁的安全运营并为后续的监测提供基础数据()施工振动对桥梁变形的影响与距离并非成正比关系可能还与地质条件、结构的工作性能等其它因素有关参考文献柯芳 浅谈公路桥梁的维护与管理 价值工程():王盼王莹 桥梁加固改造设计技术研究 中国市政工程():牛洪刚 城市公路桥梁抗倾覆验算与加固改造的设计方案研究 公路工程():张欣艳易菁邢康宁 桥梁改造加固机理分析及桥梁改造加固的内容与方法探究 公路工程():潘永杰蔡德钩冯仲伟等 桥梁结构健康监测技术标准现状分析与思考 铁道建筑():李文云田龙飞
