试论导致桥梁变形的原因及其观测方法

马锐

摘要：桥梁在实际施工以及使用的过程当中不能实现对变形现象的完全避免，需要注意的是变形现象所出现的程度存在一定的差异，如果变形出现超过规定范围的现象就会导致正常的交通运输受到影响，甚至会对桥梁的安全以及使用寿命造成严重威胁。为在真正意义上实现对上述现象的改善，我们必须对导致桥梁变形的原因进行客观分析，然后针对其中存在的问题提出科学的措施与建议，从根本上实现对桥梁变形现象的有效改善。

关键词：桥梁；变形；观测；方法

静态变形以及动态变形是桥梁变形的两种主要形式，这是同这是从力学定义角度进行分析后所取得的结果。受到自身内部影响而产生的变形就是指静态变形，在外力作用下而产生的变形就是指动态变形，因此我们在实际对桥梁变形原因进行防治的过程当中可主要从这两个角度着手。并且将其作为主要依据实现对治理方法的有效寻找。这对桥梁变形原因的优化与改善有相当重要的作用，对我国桥梁建设的进一步发展有积极意义。

一、桥梁变形观测的几个概念

各桥墩台的沉降观测，这当中包含各墩台沿水流方向（或沿垂直于桥轴线方向）和沿桥轴线方向的倾斜观测，通称为垂直位移观测；各桥墩台在上下游方向上的水平位移观测，称之为横向位移观测；各桥墩台沿桥轴線方向的水平位移观测，称之为纵向位移观测；桥墩结构（如钢梁）在恒载或活载情况下的挠度观测，称之为挠度变形观测；水中桥墩基础周围河床演变情况的观测，即桥墩周围的水下地形测量。

二、导致桥梁变形的原因分析

对产生变形的原因进行了解是观测桥梁变形工作顺利开展的基础与前提，只有在明确变形原因的基础之上才能实现对解决办法的有效制定，导致桥梁出现变形的原因有很多种，我们主要将其总结为以下几点并进行仔细分析。

1.自然条件及其变化的原因

桥墩台地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质等都是导致桥梁出现变形的原因之一，需要注意的是大气温度、水位变化以及地震等都作为自然条件导致桥梁出现变形现象，如果桥墩台基础地质条件的存在不同则会导致桥墩台出现一种不均匀沉降的现象，进而导致桥跨结构出现倾斜。温度、水位、季节性周期变化以及水量水流方向变化等都会引起桥梁的规律变形。

2.与桥梁本身相联系的原因

是指作用在桥梁上部结构的恒载与作用墩台的恒载、墩台与梁的结构、型式以及活载的作用。如车辆通过时的震动、风力等。

3.人为设计、施工等不合理

是指由于勘测、设计时不合理，施工时不按规范施工，运营、管理工作不恰当等，都会使桥梁产生变形。

三、桥梁变形的观测方法

1.大地测量方法

大地测量法就是常规地面测量方法，作为一种主要的手段存在于变形工作测量过程当中。垂直位移观测采用的是精密水准测量以及精密跨河水准测量而进行的测量工作，这也是横向位移观测中遇到直线桥梁所使用的主要方法。基准线法观测也需要结合上述方法进行。

需要注意的是测小角法以及导线测量方法都在上述范围涵盖之内，如果桥跨距存在较短的现象，我们可利用特制的因瓦线尺或钢线尺实现对相邻桥墩之间跨距变化的科学测量。该种测量方法存在相当多的优势与特征，注意在使用过程当中我们必须充分结合实际情况与工程要求。

（1）可以提供桥墩如和桥跨结构的变形状态；

（2）灵活性好，适用于各种结构形式的桥梁以及不同的外界条件和精度要求。其缺点是外业工作量大，作业时间长，很难解决连续监测及测量过程的自动化问题。

2.特殊的测量方法

包括倾斜测量和激光准直测量。在垂直位移观测过程中，对于墩台本身的倾斜可使用短基线倾斜仪，如垂直摆锤式和水准气泡式倾斜仪来测定两点之间的高差变化；而对于相邻墩台的高差变化可使用长基线倾斜仪进行测定。长基线倾斜仪采用静力水准原理制成，其精度可达到10-6。在横向位移观测中，采用激光准直，如激光经纬仪准直和波带板激光准直来测量各桥墩上观测点与激光束的偏离值。在大气条件下，激光准直的精度为10-5～10-6。

特殊测量方法同大地测量方法相比，具有以下优点：

（1）使测量过程简单化；

（2）容易解决连续监测和自动化观测的问题；

（3）可以提供局部的变形信息。

3.摄影测量方法

主要是指地面摄影测量方法。这种方法日趋广泛地被用于大型工程建筑物的变形观测，原因是近十多年来摄影测量点位的测定精度显著提高，加之本身具有的特殊优点以及近年来硬件上的改进（包括高质量的摄影机和精密的量测仪器）、软件的发展和计算机的应用等等。

使人们有可能利用严密的数学处理方法对摄影测量过程中的系统误差进行模拟操作，其中包括摄影机镜头的畸变和底片的变形等，并利用数理统计的方法评定观测值的质量和剔除误差，使成果的可靠性得以保证。目前，摄影测量点位测定精度可达到2～4μm9像片坐标的精度）。取决于摄影机的焦距，地面摄影测量的精度可达到摄影距离的10-5。

地面摄影测量方法在桥梁变形观测的应用中，具有以下优点：

（1）能够同时测定桥墩台上任意点的变形；

（2）可以提供瞬时和完全的三维空间信息；

（3）大大减少了野外测量的工作量；

（4）可以不接触被摄物体。

四、注意事项

在桥梁变形测量中，确定合理的测量精度是至关重要的，精度要求过高会使测量工作变得复杂，经费大，时间长；精度太低又会增加变形分析的难度，所估计的变形参数误差变大，甚至得出不正确的结论。桥梁变形观测的精度取决于变形值的大小、变形速度、观测仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测的目的等。

一般情况，如果桥梁变形观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值，以确保桥梁的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；如果观测的目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比上面这个数值小得多，甚至应采用目前测量手段和测量仪器所能达到的最高精度。桥梁变形观测的频率取决于变形值的大小、变形速度和观测的目的。一般要求观测次数既能反映出变化的过程，又不遗漏变化的时刻。

结语：

在桥梁建成初期，变形的速度比较快，观测频率要大一些。经过一段时间后，桥梁趋于稳定，可以减少观测次数，但一定要坚持定期观测。通过对桥梁的变形观测，我们随时可以掌握桥梁的状态变化，当桥梁发生不正常情况时，可及时采取有效措施，以保证桥梁和行车安全。同时，通过对桥梁的变形观测，工程人员能随时掌握桥梁形态的变化，以制订出更科学、更合理的桥梁结构的设计方法与施工方案。

参考文献：

[1]吕克.浅析导致桥梁变形的原因及其观测方法[J].中国科技财富，2010（4）：84-84.

[2]张胜伟.基于GPS技术的桥梁变形监测研究[D].山东理工大学，2012.