影响桥梁沉降观测准确度和精确度的因素分析

张 信 安

(华东冶金地质勘查局测绘总队，安徽 马鞍山 243000)

影响桥梁沉降观测准确度和精确度的因素分析

张 信 安

(华东冶金地质勘查局测绘总队，安徽 马鞍山 243000)

基于桥梁沉降观测的基本要求和变形特征，从测量仪器选择、观测点布置、测量措施三个方面入手，对保证桥梁沉降观测准确度及精确度的方法进行了总结，以推动我国桥梁沉降观测精准水平的进一步提升。

桥梁工程，沉降观测，变形特征，影响因素

目前，针对建筑物的沉降测量已经相当普遍，桥梁沉降测量的重要性也已达成共识，但是与建筑物相比，桥梁沉降观测的重视程度及规范性还存在很大的差距，为保证桥梁工程的质量，有必要对影响沉降观测的准确度和精确度的因素进行分析。作为预测和控制工后沉降的重要环节，沉降观测能够监测桥梁在施工和运营期间的变形情况，并在此基础上预测未来变形和预防工程事故，直接影响到桥梁工程安全状态结论的真实性，在保证桥梁运行安全的同时，还能够为相关病害的处理留出充足的时间，这对桥梁的测量和管理都是十分重要的。

1 桥梁工程沉降观测的基本要求及变形特征

1.1 沉降测量要求

桥梁沉降观测要考虑到精度要求、变形监测网技术要求以及测量点布置技术要求等，测量工作具体要求如下：水准网观测应严格按照国家二等水准的要求进行测量，沉降观测必须采用闭合或附合水准路线；选用DS05级以上精度的数字水准仪，保证观测过程中仪器各设置的正确性；在外业观测时，需明确前后视距差、累积视距差、视线长度、视线高度以及两次读数差和观测高差之差；在高程差过大或出现反弹时，应对水准基点稳定性进行重测，必要时应进行联测等[1]。提高沉降变形观测精度是获取真实可靠观测数据的重要途径，通常测量误差的产生都是由观测误差、仪器误差以及外界条件影响造成的，尤其是在外业沉降观测过程中，必须要合理选择和检测水准仪器、合理选择水准观测路线、保护监测元件、确保初始观测条件的统一以及记录异常情况等。

1.2 沉降变形特征

不同桥梁工程的沉降变形特征也各不相同，相关分析工作要结合各标段的地形地质状况，现对某线下工程桥梁累积沉降量进行统计分析，一、二标段桥梁墩台观测标累积沉降情况分别如图1和图2所示。

由桥墩最大沉降曲线图可知，累积沉降量以0 mm～3 mm之间为主，墩台隆起主要集中在-3 mm～0 mm之间，高程中误差应控制在1 mm左右，累积沉降量在-2 mm以内则基本上是由观测误差引起的，再有零周期观测方法及数据处理过程未能达到要求，出现高程异常，也会影响到累积沉降量，累积沉降值较大多由此类情况引起，而墩台沉降变形观测数据为负，则多是由个别地段水准基点下沉引起[2]。

2 桥梁沉降观测准确度及精确度的影响因素分析

2.1 测量仪器选择

水准测量所用的仪器包括水准仪、全站仪和GPS，由于这三种测量仪器各具优势，为确保最终测量精度，应对其进行配合使用。从测量精度来看，从高到低依次排列为水准仪、全站仪和GPS，其中水准仪应用最为普遍，但是在长距离测量时，不仅速度缓慢、测量效率低，还容易引起不可预料的人为误差，因此在长距离测量时多借助GPS来完成测量，尤其是在平原地区，其可测范围可达10 km，而且能够克服水准仪在长距离测量中存在的速度慢、人为误差高的缺点；全站仪的精度介于水准仪和GPS之间，也是常采用的一种测量手段，其优势在于根据角度能够换算成高差，但是在倒站时，因受到的影响因素较多，很难有效对误差进行控制，因此该方法并不适合用于倒站测量。结合以往经验，短距离高程测量在5 km以内，建议采用水准仪，超出这一距离，采用GPS静态测量更为可靠，而在高程相差较大时，则应选择全站仪进行测量[3]。

2.2 观测点布置要求

桥梁沉降观测应设置墩柱沉降观测点和桥面线型观测点，通常在墩柱不均匀情况下，还应在墩柱的四角位置各设置一个沉降观测点。墩柱沉降测点多设置在墩柱长边的中心位置上，应距离地面40 cm上下，露出混凝土面2.5 cm左右，如果难以到达墩柱位置，则应在2.5 cm高度附近粘贴反光片，然后选用免棱镜全站仪进行测量；桥面测点多设置在防撞墙上，略露出混凝土面，约1 cm，以免在维修照面时将观测点撞落，通常情况下会在墩柱顶端左右两侧各设置一个观测点，这样做的目的是为了应对伸缩缝位置出现错台情况，如果桥体跨度较大，已经超过30 m，应在中距离位置增设一个观测点，对于结构较为特殊的桥梁，则应根据线型观测的需要来设置观测点[4]。为保证沉降观测点能够长期使用，应确保其牢固和耐久性，并做好防腐处理，避免损坏。

2.3 观测措施及数据处理

桥梁沉降观测要想保证准确度和精确度，首先要确保基准点的可靠性，应严格按照《工程测量规范》中有关沉降测量的相关要求来设置基准点标石；为达到长期保存和联测的要求，应将其布置在变形影响范围之外，与观测目标相近的位置；应与水坑、河岸、深基坑保持50 m以上的距离，尽量避开地下管线、交通干道以及施工场所；在观测之前要先对基准点的稳定性进行检测。对高程变异情况进行及时处理；沉降观测点应在土层较稳定且距离建筑物较近的位置设置多个永久性基准点；初始观测的测量次数要在3次以上，并对基准点进行联测。其次要控制观测频率，通常竣工一年以上的桥梁，每年进行一次观测即可，但是对于受到施工影响较大的桥梁，其观测频率应结合施工速度确定，保证两次观测的变形速度不超过1 mm[5]。再次是对环境误差的控制，应对时间、日照方向等观测环境进行固定，在成像清晰、稳定时再进行观测，在风力过大、雨雪天气以及影响跳动的情况下，不应进行观测。最后是人为误差的控制，这也是确保准确度和精确度最为关键的环节，应采用“四固定”方法，对仪器设备、观测人员、观测路线及相关方法进行固定，尽量消除系统误差对观测可能造成的影响；在实际操作中，尤其是软土位置，调整和固定三根架腿，整平时只需调整角度即可，并将圆水准气泡居中，误差控制在0.5 mm左右；铟钢尺上下气泡均居中，误差控制在0.4 mm左右，采用尺撑而非手扶尺；在临界点处使用尺垫并踩实，传递高程的点的上端也要放置尺垫；采用水准仪时应确保视距接近相等，以达到规定的测量精度，此外还应注意光线和桥梁结构振动对观测造成的影响。

对于测量数据的处理，应采用测绘平差软件，在输入获取的高程前，先对所使用的基准点进行确认，保证其变化在有效限差内，此外还要注意检查观测环闭合差、观测中误差以及最弱点高程误差，将最大高程误差控制在0.5 mm以内，使观测点位的高程精度能够更为准确地反映桥梁的变形。由于桥梁工程的沉降变形观测与一般的水准测量存在一定的差异，其对精度的要求更高，要想能够准确反映桥梁沉降规律，在观测时必须要采用符合相关规范和达到相关要求的水准仪，并经过有鉴定资质的单位检验，检验合格方可在外业沉降观测中使用。在对桥梁工程沉降进行评估时，应对各种观测方法的适用性进行评估，即对双曲线法、指数曲线法、灰色系统法、星野法和Asaoka法进行对比分析，在所获数据基础上对桥梁沉降进行准确预测。

3 结语

桥梁在自重、地面沉降、活载荷等综合作用下，可能会出现沉降，桥梁沉降观测直接关系到桥梁的安全性和使用寿命，因其准确度和精确度容易受到多种因素的影响，在实际应用中，应结合桥梁工程的沉降观测的基本要求及变形特征，采取适宜的方法和措施，确保外业观测达到规定的精度，为预测和控制工后沉降提供准确的参考依据。

[1] 徐 猛，宋 杰，韩天培，等.悬挂式水准尺在高铁桥梁沉降观测中的应用[J].地理空间信息，2014，12(4):130-132.

[2] 李白露.改进的“三点法”预测模型在高速铁路桥梁沉降观测中的应用研究[J].高速铁路技术，2014，11(4):54-56.

[3] 高 博.高速公路改扩建工程沉降观测及评估技术研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2014.

[4] 马六锋.高速铁路线下工程沉降变形观测与评估若干技术问题研究[D].成都：西南交通大学，2012.

[5] 王益东.高速铁路桥梁沉降观测技术的应用[J].科技资讯，2011(2):107-108.

On analysis of factors affecting accuracy and precision of bridge settlement monitoring

Zhang Xin’an

(MappingandSurveyingUnit,EastChinaMetallurgicalGeologicalSurveyBureau,Ma’anshan243000,China)

Based on the basic requirements and deformation features of the bridge settlement monitoring, the paper sums up the methods to ensure the accuracy and precision of the bridge settlement monitoring from the selection of monitoring meters, allocation of monitoring spots, and measurement, so as to promote the accuracy of the bridge settlement monitoring in China.

bridge project, settlement monitoring, deformation feature, influential factor

1009-6825(2015)16-0197-02

2015-03-26

张信安(1981- ),男,工程师

U446

A