公路桥梁墩柱变形监测分析——以官洲河特大桥为例.pdf

110交通科技与管理工程技术0引言近年来，随着公路桥梁安全事故的频发，桥梁质量安全成为人们当前关注的重点。为了确保人们出行安全，对桥梁进行定期监测十分必要。墩柱作为桥梁的重要组成结构，承担着来自上部结构的荷载，其工作状态关系到整个桥梁安全运行，因此，该文对官洲河特大桥墩柱变形监测展开深入分析，以期为同行提供参考建议。1工程概况官洲河特大桥位于广东省广州市南部，是南部地区快速路的一座重点桥梁。该桥梁为分离式双幅桥，双向六车道，全长 1 785.25 m，桥面全宽 34 m，净宽 31 m。跨越官洲河水道主桥长 378 m，上部结构采用预应力混凝土连续刚构，跨径组合为（99+180+99）m，主桥两侧采用预应力 T 形梁过渡，其余孔跨采用预应力箱梁；主桥下部结构采用双薄壁墩，钻孔灌注桩基础，桥墩高21.5 m，墩厚 1.8 m，墩宽 8.5 m。考虑官洲河特大桥是 2017 建成投入使用，为了能够及时了解、掌握桥梁运营期间在外力荷载作用下桥梁的结构性能与工作状态，对墩柱沉降、水平位移及倾斜进行变形监测，该次以 2022 年 9 月第 3 期墩柱监测为例展开分析。2桥梁变形监测实施2.1基准控制网点布置根据桥墩现状情况，在选择基准点位置时，应选在桥梁承压区外，且不能离工作点太远，以免测量误差大。因此，该次墩柱基准点选在桥下区域外，共布设 1 个基准控制网（3 个控制点），BM1 和 BM3 设在右侧底座基础上，分别距 22#墩柱 80 m 处和 30 m 处；BM2 设在右侧水泥基础上，距 22#墩柱 65 m 处；控制网点均采用不锈钢测钉，在钻孔后植入植筋胶，并使用红油漆标识。2.2墩柱沉降测点布设桥梁墩柱作为整个桥梁的支撑结构，考虑外部荷载作用下，基础土体会出现扰动变形透过墩柱传递到上部结构，从而引起桥梁的整体变形。为此，通过对桥梁的墩柱进行沉降监测，能够及时掌握桥梁的变形情况，其监测结果可以作为评判桥梁安全状态的重要依据。该次结合桥墩现状情况，将墩柱顶部和底部选为沉降测点，沿着桥墩的纵、横轴线布设在外边缘，该次共设置 24 个测点。2.3墩柱水平位移测点布设由于墩柱所处位置存在一定的淤泥层，随着河床积淀势必会对墩柱的水平位移产生一定影响，为了能够掌握墩柱在不同条件下的水平位移情况及其发展规律，该次监测点选在墩柱顶部和底部，共布设 24 个水平位移测点，并在水平位移监测点埋设监测标志。2.4墩柱倾斜监测点布设墩柱作为桥梁下部结构的重要组成部分，其工作状态关系到整个桥梁的运行安全。为此，墩柱需要具备足够的强度和稳定性。但随着交通量的与日俱增，超运输量和超载现象频发，地基土层在外力荷载下出现松动、墩柱出现变形、倾斜现象。在此背景下，对桥梁墩柱进行倾斜监测已刻不容缓。考虑官洲河特大桥墩柱出水面较长，该次将测点布设在墩柱上，共 12 个测点，且每个观测点均采用膨胀螺丝钢钉打入结构，然后再用植筋胶加固粘贴。3监测结果分析3.1平面基准网测量结果分析该工程基准控制网采用三角网方式建立，按二等收稿日期：2023-09-04作者简介：陈裕权（1991）,男,本科,工程师,研究方向：道路桥梁检测。公路桥梁墩柱变形监测分析 以官洲河特大桥为例陈裕权（广州诚安路桥检测有限公司,广东 广州 511400）摘要桥梁变形监测是诊断桥梁健康与安全最直接的手段，为了及时掌握桥梁运营期间在各种荷载作用下的结构性能及运行状况，需定期对桥梁结构进行监测，以确保桥梁的安全运行。文章以官州河特大桥为研究对象，通过对桥梁墩柱进行监测，并对观测到的数据进行分析，以获取桥梁墩柱工作状态，为官洲河特大桥后续的养护、维修提供参考依据。关键词官洲河特大桥；变形监测；位移；倾斜；沉降中图分类号U446文献标识码A文章编号2096-8949（2023）20-0110-032023 年第 4 卷第 20 期111交通科技与管理工程技术平面控制网技术要求，采用导线测量方式进行施测，观测仪器使用全站仪。为了能够提升施测质量，确保观测精度，该次将 BM1和 BM2 作为常用基准点，BM3 作校核基准点，观测采用测回法，每个测站观测数不少于 4 个测回。在观测过程中，一旦发现基准点存在异常立马采用 BM3 进行校核1，以便可以精确地测定桥梁的平面位置。在观测结束后，需马上对观测的数据进行平差，当测量成果达到控制网等级精度后即可进行独立网的布控，并以 BM1 点为坐标原点，X轴顺着桥梁的方向为正，Y 轴则以横着桥梁的方向为正，以此获取平面控制网的监测数图 2官洲河特大桥累计水平移位曲线图图 1官洲河特大桥累计沉降曲线图表 1墩柱沉降监测结果点位点号该期观测值/m 该期变化量/mm 累计变化量/mm16#墩柱左幅顶部SL16#148.274 62.62.616#墩柱左幅底部SL16#219.560 82.82.816#墩柱右幅顶部SR16#1 48.559 63.43.416#墩柱右幅底部SR16#2 19.385 70.33.717#主桥墩柱左幅顶部 SL17#148.130 22.82.817#主桥墩柱左幅底部 SL17#219.560 03.05.017#主桥墩柱右幅顶部 SR17#1 47.894 20.80.817#主桥墩柱右幅底部 SR17#2 19.714 13.94.118#主桥墩柱左幅顶部 SL18#145.531 44.44.418#主桥墩柱左幅底部 SL18#219.593 13.92.918#主桥墩柱右幅顶部 SR18#1 45.512 91.11.118#主桥墩柱右幅底部 SR18#2 19.338 35.32.319#墩柱左幅顶部SL19#148.447 92.93.119#墩柱左幅底部SL19#219.374 05.03.019#墩柱右幅顶部SR19#1 48.549 03.03.019#墩柱右幅底部SR19#2 19.263 75.71.320#墩柱左幅顶部SL20#147.702 25.20.820#墩柱左幅底部SL20#220.887 62.62.620#墩柱右幅顶部SR20#1 47.624 93.93.920#墩柱右幅底部SR20#2 20.809 44.44.421#墩柱左幅顶部SL21#146.452 93.94.121#墩柱左幅底部SL21#219.561 62.62.621#墩柱右幅顶部SR21#1 46.603 43.43.421#墩柱右幅底部SR21#2 18.903 60.64.4据。经测量，官洲河特大桥梁平面基准网测量结果稳定，可正常使用。3.2墩柱沉降监测结果该次墩柱沉降监测采用三角高程测量法，观测前，需安装单棱镜，并调整好高度，视线高度及离开障碍物的间距需大于 1.3 m。通过角度和距离计算出工作基点与墩柱沉降测点之间的高差，当 2 次测量所计算的高差的较差符合建筑变形测量规范（JGJ82016）精度要求规范时，可取其平均值作为最终高差值。该次结合墩柱各时期观测结果，绘制出墩柱的沉降曲线图（见图 1），该次沉降监测结果见表 1。从监测结果得知，桥梁墩柱 2022 年沉降量介于3.95.7 mm 之间，最大沉降变形点发生在 SR17#2 点和 SL18#1 点2。可见，该次墩柱沉降监测累计值范围在 5.04.4 mm，最大沉降在 SL17#2 点，最大上升在SL18#1 点，均属于正常范围内，无明显突变。3.3墩柱水平位移监测结果为了能够及时监测墩柱水平方向上的移位，避免位移过大，降低桥梁的稳定性，该次监测使用全站仪，按照平面精度要求采用极坐标法进行水平位移监测3。通过顺水流方向进行水平位移监测，并对所监测的数据进行记录，结合各时期监测数据绘制墩柱水平位移曲线图（见图 2），监测结果见表 2。从监测结果可以看出，该次监测发现墩柱存在横向、纵向位移现象，横向位移监测累计值范围在7.14.7，纵向位移监测累计值范围在 7.18.8 mm 之间，最大位移在SL17#2 点，位移数值属于正常范围内，无明显突变情况。3.4墩柱倾斜监测结果该次墩柱倾斜变形观测仪采用全站仪配徕卡小棱镜，按照相关规范要求采用极坐标法对墩柱顶部及底部两点坐标进行测量，通过坐标112交通科技与管理工程技术表 2官洲河特大桥墩柱水平位移监测结果点位点号该期观测值/m该期变化量/mm累计变化量/mmX Y X Y XY16#墩柱左幅顶部SL16#1499.633 41 147.746 71.64.71.64.716#墩柱左幅底部SL16#2499.595 11 147.728 11.92.11.92.116#墩柱右幅顶部SR16#1530.790 31 169.850 35.34.35.34.316#墩柱右幅底部SR16#2530.805 21 169.851 22.22.86.86.817#主桥墩柱左幅顶部SL17#1615.774 61 110.929 24.61.24.61.217#主桥墩柱左幅底部SL17#2615.762 61 110.946 04.62.06.47.017#主桥墩柱右幅顶部SR17#1622.303 31 123.727 34.72.34.72.317#主桥墩柱右幅底部SR17#2622.303 71 123.734 62.71.66.30.418#主桥墩柱左幅顶部SL18#1755.502 11 028.030 05.14.05.14.018#主桥墩柱左幅底部SL18#2755.518 91 027.995 40.92.47.16.618#主桥墩柱右幅顶部SR18#1781.998 91 040.737 33.95.73.95.718#主桥墩柱右幅底部SR18#2782.019 61 040.713 11.42.95.43.919#墩柱左幅顶部SL19#1860.667 8984.656 16.83.11.22.919#墩柱左幅底部SL19#2860.672 9984.686 63.92.60.96.419#墩柱右幅顶部SR19#1867.129 2977.465 76.21.76.21.719#墩柱右幅底部SR19#2867.215 2977.450 73.24.72.84.320#墩柱左幅顶部SL20#1904.943 9961.962 37.15.36.12.720#墩柱左幅底部SL20#2904.838 4961.946 23.61.23.61.220#墩柱右幅顶部SR20#1911.708 2975.332 91.87.11.87.120#墩柱右幅底部SR20#2911.710 7975.344 43.73.43.73.421#墩柱左幅顶部SL21#1949.461 8939.202 05.82.08.83.021#墩柱左幅底部SL21#2949.385 3939.240 33.73.33.73.321#墩柱右幅顶部SR21#1955.810 4951.650 06.42.06.42.021#墩柱右幅底部SR21#2955.825 0951.625 12.04.16.02.1图 3官洲河特大桥累计倾斜曲线图 表 3官洲河特大桥墩柱倾斜监测结果点位点号该期倾斜度/该期变化量/累计变化量/16#墩柱左幅QL16#1.480.040.0416#墩柱右幅QR16#0.520.160.1617#主桥墩柱左幅QL17#0.730.030.0317#主桥墩柱右幅QR17#0.290.090.0918#主桥墩柱左幅QL18#1.500.280.2818#主桥墩柱右幅QR18#1.100.330.3319#墩柱左幅QL19#1.080.020.0919#墩柱右幅QR19#2.980.120.1220#墩柱左幅QL20#4.000.090.0920#墩柱右幅QR20#0.430.310.3121#墩柱左幅QL21#3.190.350.3521#墩柱右幅QR21#1.250.260.26反算，计算出墩柱上标志中心位置投影到下标中心位置之间的倾斜方向，并将测出的坐标及高程数值换算成倾斜率，通过利用公式=arc tg(sh)便可计算出墩柱的倾斜度。根据各时期倾斜监测数据，绘制出墩柱倾斜监测曲线图（见图3），监测结果见表3。从墩柱倾斜监测结果可以看出，该次墩柱倾斜范围在 0.330.35 之间，最大倾斜点在 QL21#点，倾斜数值均属于正常范围内，并无明显突变情况。4结论通过对官洲河特大桥的墩柱进行变形监测，从监测结果可以看出，当前桥梁墩柱并无明显突变情况，墩柱各方面处于正常工作状态。为了桥梁的安全运行，建议定期对官洲河特大桥平面、高程控制网点、墩柱沉降、水平位移及倾斜观测点进行维护；同时，桥梁还需按照现行公路桥涵养护规范（JTG51202021)中相关规范要求，对桥梁进行养护维修，严禁超载超限车辆通行，以确保桥梁运营安全及稳定性。参考文献1 韩欣妤.高速公路大桥立柱变形的监测 J.四川水泥,2022(7):218-220.2 王珲.大跨径连续梁桥变形监测研究 J.测绘与空间地理信息,2019(11):82-85+88.3 肖火云.TCA2003 在高边坡变形监测中的应用 J.福建建筑,2018(10):118-120.