高速公路大桥立柱变形的监测

2022-07-28韩欣妤

四川水泥 2022年7期

韩欣妤

（内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司巴彦淖尔分公司，内蒙古巴彦淖尔 015000）

0 引言

桥梁结构在设计、施工、运营、养护管理等各阶段都有不同的技术性和经济性要求，首先要保证结构设计的合理性和安全性，使用期间要保证安全性和耐久性，维护管理期间要重视经济性问题。在环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应和突变效应共同作用下，不可避免会导致使用性能下降，使用桥梁结构存在安全隐患，甚至发生严重的安全事故。因此，采用有效的技术手段对结构安全状况进行监测和评定，具有重要的意义。本文以某高速公路大桥立柱的变形监测为研究对象，对监测的方法及结果进行了分析。

1 工程概况

某高速公路大桥全长215.12m；桥面净宽：2×12.13m；汽车荷载：公路-I 级；全桥一联，两桥台处设D120型伸缩装置。桥面横坡由柱（墩）高调整。上部结构采用7×30m 装配式预应力混凝土连续箱梁；下部结构采用柱式墩、薄壁墩、空心墩，钻孔灌注桩基础；桥台为柱式台，钻孔灌注桩基础。

该段地形起伏较大，为黄土冲沟地形，冲沟两岸上部为第四系上更新统黄土，具大孔隙，直立性较好，垂直节理发育，岩性为粉质黏土夹粉土，坚硬至硬塑，表层5m以上黄土具轻微至中等湿陷性，为非自重湿陷性黄土。黄土下部局部夹卵石层，密实。河谷中斜坡及沟底表层为第四系坡积黄土状粉质黏土，具湿陷性，下部为冲洪积卵石层，中密至密实。下伏基岩为上第三系黏土岩，成岩较差，承载力较低。

管养部门巡查发现该桥1#墩立柱基础冲刷严重，土体松散，如图1所示，其中下行外侧立柱尤为严重，桩基裸露6m左右。内侧立柱与盖梁结合处表面出现多处裂缝现象。管养单位立即组织专家进行现场勘察、讨论：建议对1#墩立柱进行防护工程加固，同时对1#墩立柱变形进行监测。

图1 1#墩立柱处松散土体

2 监测目的及内容

在抢修过程中，通过对本桥1#墩立柱变形进行监测，为桥梁抢修施工提供及时准确的技术数据，以确保桥梁施工安全和结构安全。

该项目监测共分为两个阶段，第一阶段为桥墩处松散土体处理前及处理过程中的监测，第二阶段为处置后的监测，监测时间为1年。

根据专家论证要求，监测的主要内容拟包括：（1）1#桥墩立柱的沉降观测；（2）1#桥墩立柱的水平位移观测。

长期监测主要为掌握桥墩的沉降和水平位移发展规律，为桥梁安全的预测、预报提供科学依据，及时捕捉灾害的特征信息，确保公路运营的安全。为此，结合项目需求，测试频率为第一阶段每天自8:00～20:00，每1～2h 监测1 次，监测数据稳定后，可适当增大测量时间间隔；第二阶段除第3季度（雨季）外每季度1次，第3季度（雨季）每月4 次，遇强降雨及突发性暴雨在雨后增加1次观测。

3 变形监测方法

3.1 监测精度

立柱变形监测采用高精度全站仪进行监测，监测基准网采用独立坐标系统，并进行一次布网。测量仪器采用高精度的徕卡TS30全站仪。徕卡TS30全站仪的测角精度为0.5"，测距精度为0.6mm+1ppm，高精度仪器为精密测量提供了技术保障。该项目使用的徕卡TS50全站仪如图2所示。变形监测基准网采用导线测量，其主要技术要求应满足《工程测量规范》（GB 50026-2007）的技术要求。根据测点的分布情况，采用后方交会法进行变形监测。

图2 徕卡TS30全站仪

该项目桥梁为大型桥梁，桥梁抢修施工过程中结构周边环境不断发生变化，环境复杂，结构变形比较敏感。根据《工程测量规范》（GB 50026-2007），对于该项目变形测量按二等执行，其精度应符合表1的要求。

表1 变形监测的等级及精度

3.2 监测基准网

位移监测基准网采用独立坐标系统，并进行一次布网。位移监测采用多点后方交会进行测量，保证测量数据的精度。测量系统布设3个基准点（BM1、BM2、BM3）构成水平和垂直位移监测基准网，基准点均设置在远离桥梁的稳定地基上。BM1～BM2基准点为常用观测基准点，BM3为校核基准点，当测量发现监测基准网有异常时，采用基准点BM3进行校核。独立坐标系以BM1点为坐标原点，X轴以由小里程至大里程（顺桥向）为正，Y轴以沿路线由右至左方向（横桥向）为正。监测系统控制网平面布置图如图3所示。

图3 1#墩立柱监测控制网示意图

3.3 监测点布设

立柱偏位检查采用莱卡TM50精密全站仪对1#墩立柱进行偏位监测，每个立柱由上至下分别为1#～7#测点，测点间距为1.0m，其中1#测点距盖梁底部0.5m。1#墩4个立柱共设置28个测点，如图4所示。沿路线方向（由小里程至大里程）由右侧至左侧，立柱编号分别为1-1#立柱～1-4#立柱。

图4 1#墩立柱监测点布置图

3.4 监测报警与应急措施

该项目监测报警主要由变形变化速率控制，首要任务是监测现场施工过程中结构的变形情况，及时发现存在的危险情况，以保证现场相关人员的安全。该项目监测报警按黄色、橙色和红色三级警戒状态进行管理和应对，如表2所示。

表2 监测预警与应对措施

3.5 监测数据处理与分析

为减少随机误差，做到测量、采集数据专人专项负责，观测值和记事项目应在现场直接记录于观测记录表中。对于手工记录资料要保存好原始记录表，对于智能式记录器要及时将测量数据导入电脑，以防丢失。观测数据出现异常时，应分析原因，必要时应进行重测或补充观测。

4 变形监测结果

4.1 顺桥向位移监测

自8月16日～8月24日监测期间，该桥1#墩1-1#、1-2#、1-3#、1-4#立柱各测点的顺桥向（由小里程至大里程方向）变形观测曲线分别如图5～图8所示。测点水平变形以小里程至大里程为正，反之为负。

图5 1-1#立柱测点顺桥向累计位移曲线

图6 1-2#立柱测点顺桥向累计位移曲线

图7 1-3#立柱测点顺桥向累计位移曲线

图8 1-4#立柱测点顺桥向累计位移曲线

由图5～图8可知，监测期间1-1#立柱顺桥向变形最大观测值为2.9mm，方向为由小里程至大里程方向变化；1-2#立柱顺桥向变形最大观测值为1.8mm，方向为由小里程至大里程方向变化；1-3#立柱顺桥向变形最大观测值为2.7mm，方向为由小里程至大里程方向变化。1-4#立柱累计位移最大值为1.4mm，方向为由小里程至大里程方向变化。

4.2 横桥向位移监测

自8 月16 日～8 月24 日防护工程施工期间，1#墩立柱各测点的横桥向（由右侧至左方向正）变形观测曲线分别如图9～图12所示。

图9 1-1#立柱测点横桥向累计位移曲线

图10 1-2#立柱测点横桥向累计位移曲线

图11 1-3#立柱测点横桥向累计位移曲线

图12 1-4#立柱测点横桥向累计位移曲线

由图9～图12可知，监测期间1-1#立柱横桥向变形最大观测值为2.0mm，方向为由右至左方向变化；1-2#立柱横桥向变形最大观测值为1.8mm，方向为由右至左方向变化；1-3#立柱横桥向变形最大观测值为2.2mm，方向为由右至左方向变化。1-4#立柱横桥向变形最大观测值为1.8mm，方向为由右至左方向变化。

4.3 竖向沉降监测

自8 月16 日～8 月24 日防护工程施工期间，1#墩立柱各测点竖向变形观测曲线如图13～图16 所示。竖向变形以竖向向上为正，反之为负。

图13 1-1#立柱测点竖向累计沉降曲线

图14 1-2#立柱测点竖向变形观测曲线

图15 1-3#立柱测点竖向变形观测曲线

图16 1-4#立柱测点竖向变形观测曲线

由图13～图16可知，监测期间1-1#立柱竖向变形最大观测值为-1.6mm，方向为由上至下方向变化；1-2#立柱竖向变形最大观测值为-1.8mm，方向为由上至下方向变化；1-3#立柱竖向变形最大观测值为-1.5mm，方向为由上至下方向变化；1-4#立柱竖向变形最大观测值为-1.3mm，方向为由上至下变化。