全站仪+反射片在高架桥墩柱变形监测中的应用

黄杰

【摘要】使用高精度全站仪+反射片对高架桥墩柱进行变形监测，计算出高架桥墩柱倾斜度，位移方向等，此测量方法操作简单，观测精度可靠，并列举了应用示例。

【关键词】高精度全站仪、高架桥墩柱变形监测、倾斜度、反射片

1.问题

为了确保高架桥的运营安全及确定相关活动对其造成的影响，这就需要对高架桥的墩柱进行变形监测。在现实工作中有投点法、测水平角法、前方交会法[1]等，这些都是规范中提到常规的监测方法。但是无论上述的哪种测量方法，都需要设置在与测点互成约90度的两个方向进行测量，然后进行由两个位移分量来计算出位移矢量。但是有时工作环境条件不允许这样设置工作站，该怎么办呢？

但是随着新技术新工艺新产品的发展，本文就采用全站仪+反射片进行直接的边角法测量，可以长期有效的对高架桥墩柱变形监测。

2.具体监测方法论述

2.1墩柱倾斜度计算公式

2.2反射片的安装与测量

如图一，在墩柱上顶部（A0）和底部（B0）分别贴反射片，贴时先贴顶部反射片，用全站仪指挥贴底部反射片，使两个反射片中心基本保持在一条竖直线上（作为连续监测墩柱的倾斜度时，无需让两个反射片中心保持竖直线上）。

全站仪设置在强制对中的工作站，经过定向检查基准网后，测量在以顶部与底部的初始夹角α，按照小角法可以计算出两反射片中心水平偏移值a=S2*α/206265，以及测站至A0、B0的水平距离S1、S2，其差值即b=S1-S2，根据直角三角形c2=a2+b2可以算出c，再由全站仪测量出AB点高差h，即可以计算出倾斜度的初始值α=arctg（c/h）。

后续周期性监测时，采用同样的测量方法测量出新的距离值S1、S2，以及两中心水平角的新值α，即可计算出周期内墩柱的倾斜度的变化情况。

3.工程实例

3.1工程背景

沿海地区某高速公路横跨拟建的市政道路，该段高速路上部结构为预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用桩柱式或独柱配承台双桩式，柱径为100cm、120cm，桩径为120cm，原桩基均按摩擦桩设计。该区域段地下淤泥层较厚，地质条件不好，拟建道路经过方案比选最后确定路基处理最终采用旱桥的方案。软基处理管桩与该段高速桩基最小距离约为3.8m。因此通过及时准确的观测数据，指导施工，确保施工顺利开展，保证上跨桥梁的安全。

3.2现场条件、监测点和工作站布置

为了能够准确反映墩柱的变形情况，首先需要设置合适的工作站和基准站。如下图二显示，南北方向為高架桥走向，东西向为目前施工道路区域，东西两方向均无法布置工作站，现场需要监测的墩柱又较多，无法满足规范中提到两个工作站互成90度，故在高架桥下施工道路南北两侧，受施工影响区域外的30-35米处分别设置工作站，并且可以通视独立测量完成所有监测墩柱。横向设置基准点构成三角形，以相互检核。

反射片贴合在墩柱底端0.5米高处和顶部最最高位置，每个监测墩柱对应设置两组反射片，分别由工作站1和工作站2进行监测。

3.3具体观测与数据处理

分别在工作站1和工作站2设置全站仪，以基准站定向后，观测各个监测点上下反射片中心的水平角及水平距离，由距离和角度就较为容易计算出新的倾斜率以及墩柱的位移情况。

3.4计算数据与精度分析

本次观测在 “工作站 1 ” 和 “工作站2 ” 两个测站各测一组数据 ， 两站测量倾斜率较差为 0.3 。把倾斜率取用平均数后，与观测值比较改数为0.1， 对应倾斜度为102″ 和0′59″， 说明测量精度良好 ， 不存在粗差。在不以互为90度进行设站观测的情况下，采用反射片直接测量各个监测点的方位角和距离，不断能计算墩柱的倾斜变化，同时更加直观反映出墩柱的水平位移的大小。

4.结束语

随着测量设备的不断进步，测量手段也不断进步。像瑞士徕卡 （LEICA） 公司生产的 TCA2003 全站仪 ， 采用 CCD 技术、 马达驱动技术实现了棱镜目标的自动识别与照准 ， 且目标无需灯光照明 ， 改变了传统测量仪器需人工找准的缺陷 [2] ， 实现了测量的全自动化、 智能化。反射片以其价格低廉、安装方便、一次安装长期使用并且对墩柱不产生任何破坏作用而为我们采用，再结合自动化全站仪进行高架桥墩柱变形观测，我们作了初步尝试，这监测工作变得更加轻松、高效、精准。

参考文献

[1]《建筑变形测量规范》 JGJ8-2007，中华人民共和国建设部，2007年09月.

[2] 翟新峰 ， 等 . 昌吉市三屯河水库大坝外部变形监测及资料分析 [J ]. 水利与建筑工程学报 ，2008 ，6（2） ：2 2 6