影响桥梁沉降观测准确度和精确度因素的研究

2014-08-15□文/赵刚

天津建设科技 2014年1期

□文/赵刚

目前建筑物沉降测量的重要性已经达成共识，沉降测量已经非常普遍。新建设的建筑物和古建筑都设立沉降观测点进行观测。桥梁沉降观测规范性和重视程度，与建筑物相比，有一定差距。因此笔者根据调查和测量经验，对桥梁沉降观测的准确度和精确性的影响因素进行一些探讨。

已经建成的桥梁，在自重、活载荷、地面沉降、地铁盾构过桥、排水管线过桥等作用下，会产生或多或少的沉降。根据DB29-62—2004《天津市城市桥梁养护技术规程》第4.3.5的要求，特大桥、大桥和特殊结构桥梁应设立永久性监测点。通过对桥梁的位移观测，掌握桥梁各构件的位移大小，提前发现不正常的变形，不仅保证桥梁的运行安全，而且为决策者及时采取措施，确保桥梁不出现倾覆、坍塌，留出充足的病害处理时间。

1 测量仪器的选择

水准测量的主要的测量仪器可选择水准仪、全站仪、GPS。这3种仪器，各有特长，应配合使用，才能保证最终测量精度。水准仪的精度最高，GPS的精度最低。但是水准仪在长距离测量中，速度缓慢且可能会产生不可预料的人为误差；GPS在平原地区可测量范围10km且速度快，人为误差低。全站仪精度居中，但是全站仪不适合倒站进行测量（倒站误差影响因素较多，不容易控制误差），全站仪的优势在于根据角度换算成高差，因此适用于不倒站时两个点的高差＞1.5m时的测量。

综合以上分析可以得出：短距离高程测量5km以内，最好用精密水准仪；长距离测量＞5km，GPS静态测量可靠性更高；当几十米范围内，高程相差太大时，应用全站仪进行测量。

2 观测点布置要求

桥梁沉降观测，一般应设置墩柱沉降测点和桥面线型测点。

墩柱不均匀沉降观测应在墩柱的4个角位置设4个沉降观测点；墩柱沉降测点应在墩柱长边的中心位置设置1个观测点，观测点的位置应距离地面30～50 cm，观测点应露出混凝土面2～3cm。对于不容易到达的墩柱位置，应在2.5m高度附近粘贴反光片，采用免棱镜全站仪进行测量。

桥面测点应布置在防撞墙上，观测点应露出混凝土面1cm，以防桥面进行罩面维修时把观测点撞落。桥面测点除有特殊要求外，一般应在墩柱顶端左右两侧各布置一个；因为伸缩缝位置有可能产生错台，因此伸缩缝两侧应分别布置观测点；对于跨度超过30m的梁体，应在跨中位置增设观测点；对特殊结构桥梁，应根据线型观测的需要，制定专门的观测点建立方案。

为保证观测点牢固，植入深度至少4cm以上，植筋胶凝固后要坚硬；沉降观测一般时间较长，因此植筋胶耐久性要好；观测点应做防腐处理，最好镀锌；观测点位置应容易测量，并不容易损坏。

3 测量中保证精确度和准确度的措施

3.1 后视基准点

后视基准点是沉降测量的基础，因此基准点的建立及位置选择极其重要。要保证基准点的可靠性，应遵守以下要求：

1）基准点标石的设置，应符合GB50026—2007《工程测量规范》附录D的要求；

2）基准点应布设在变形影响范围以外，靠近观测目标，便于长期保存和联测的稳定位置；

3）避开交通干道、地下管线、施工材料堆场、施工材料运输线路及施工机械等，距离水坑、河岸、深基坑应至少50m以上；

4）在每次观测前均应检核基准点的稳定性，发现高程变异超过允许精度立即采取处理措施；

5）基准点的布设是根据现场踏勘的情况，考虑基准点的稳定性和观测精度要求布设的。布置沉降观测点需在建筑物附近较隐蔽且土层较稳定的地方设置不少于3个永久性的基准点；

6）初始观测应对基准点进行联测且测量次数不少于3次，取读数稳定的2组的平均值作为初始值。

3.2 观测频率

为保证观测数据的可靠性，应保证一定的观测频率。对竣工1a以上的桥梁，观测频率1a/次即可，但是对于有盾构、深基坑等施工影响的桥梁，应根据施工的速度，确定施工时的观测频率及施工完毕后的观测频率，相邻两次观测，应保证沉降、变形速度不超过1mm。

3.3 环境误差

为减小误差，应固定观测环境 (时间、日照方向等)。水准观测应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行。在设计路线时,使环中最弱点与水准基点间的测站数尽量小。在以下情况，不应进行观测：

1）标尺分划线的影像跳动而难于照准时；

2）雨雪天气及气温突变时；

3）风力过大而使标尺与仪器不能稳定时。

3.4 人为误差

首先应保证测量使用的仪器经过鉴定并且合格。观测程序及观测方法也会影响测量的准确性，测量过程中应遵循以下原则。

1）为尽可能消除系统误差的影响，宜采用“四固定”的观测方法，即固定仪器设备，固定观测人员，固定观测路线和方法。

2）在操作中，最好将3根架腿调整至等长，脚螺旋旋至最低并用脚踩实（尤其是软土位置）。整平时不要再伸缩架腿，只调整它们之间的角度，将圆水准气泡完全居中。测试气泡居中与在圆边上时的测量结果，距离11.993m，误差在0.5mm左右。

3）铟钢尺上下两气泡都要居中。尺的气泡居中与在圆边上，距离11.993m，误差在0.4mm左右。作业中水准尺不垂直，需使水准尺上圆气泡尽可能居中且采用尺撑，避免采用手扶尺的做法。

4）转点位置必须使用尺垫。所谓转点就是临时点，用于传递高程的点，其上应放置尺垫。放置尺垫后应踩实，防止在转动尺的过程中，尺垫滑动或下沉。尺垫的作用：测量时用于支承标尺。水准点上不能使用尺垫。

5）保证视距接近相等。数字水准仪具有将测定的i角存入机内，并对所测数据按该i角进行自动修正的功能，但仪器i角受外界温度、湿度、振动的影响而瞬时变化仍然存在。在观测中保持前后视距相等，是保证测量精度的非常有力的措施。在进行第一次测量时用皮尺丈量并在放置仪器位置喷上油漆以做标记用。这样就能保证每次测量路线最大限度地保持一致。

6）光线影响。以下几种情况不容易读取数据：光线太暗；尺面的背景光线太强；尺面的反射太强。可以将水准尺旋转一定角度，使之朝向光线强的方向或用高亮度的手电照亮尺面。仪器向阳观测时难以读取数据，可用障碍物遮挡一下即可测量。

7）桥梁结构振动。在桥上测量，有时车辆经过时，桥面颤动厉害，无法读取数据，应选在车辆较少的清晨或傍晚进行测量。

4 测量的数据处理措施

采用测绘平差软件对采集的数据进行处理。输入已知高程前，应先确认所使用的基准点变化在限差之内。除检查观测环闭合差、观测中误差外，还应注意最弱点高程误差≯0.5mm。实践证明，在观测时采取相应措施，得出的闭合差一般会远＜Δ(n为测站数)，最大的高程误差也会＜0.5mm。这样提高了观测点位的高程精度，更加准确地反映出桥梁的变形，确保桥梁安全地为社会服务。