变形监测技术在桥梁监测中的应用

侯 娜

（ 辽宁省交通规划设计院有限责任公司公路养护技术研发中心，辽宁 沈阳110111）

1 概述

近年来我国经济实力显著增强，交通建设规模日益扩大，桥梁在交通工程建设中不可或缺也得到迅猛发展。 高铁和高速公路建设拉近了各地区之间的距离， 也使工作生活更加便利。 桥梁因自重相对较大、受到的受荷作用复杂，桥梁设计施工中有很多因素难以进行有效控制，导致桥梁在具体使用中有一些安全隐患亟待妥善处置。 桥梁监测新技术近年来的研究日渐深入， 桥梁并非采取单一受力形式， 而作为经济社会中特大型桥梁，如果在使用中出现重大事故，使人们生命财产安全受到较大程度的损失， 也对社会稳定造成不利影响。 对产生重大风险的防范，相关部门对现场数据的获取，对突发事件的处理方式及提出解决措施的有效性等都具有关键性作用。 在桥梁安全使用中，桥梁监测具有“ 体检医生”的作用，应定期监测桥梁基础沉降、 挠度及空间变位等各项控制性指标。 计算机与互联网技术对于桥梁检测技术的发展具有一定的促进推动作用，提高检测数据的实时性， 其技术优势比较明显。 对桥梁加强变形监测对于其安全使用提供重要保证， 但针对监测技术和方法而言，如监测传输速率、变形效率、数据处理能力等自动化监测技术还需不断完善。

2 桥梁变形监测的主要内容

2.1 桥梁基础沉降

在各类建筑物中基础都具有重要作用， 因此在整个工程建设施工中应提高基础变化的关注程度。 近年来我国高铁建设规模日益扩大，已基本遍布很多城市，下穿高架桥或高铁的情况在城市中较为常见，在与桥梁相交汇区域土层中的应力相对更为复杂一些，而对土层变形的控制还存在一定的难度，使桥梁基础出现竖向不均匀沉降等一些问题。墩台均匀沉降应控制在20 毫米之内，相邻两个墩台之间的沉降差应控制在5 毫米之内，但施工受一些因素影响而动态发生变化，各施工环节的逐步实施使结构构件自重增大，桥梁基础沉降应由相应技术人员进行动态监测。 与有关要求相结合， 对桥梁基础沉降聘请第三方机构进行定时观测，避免桥梁发生基础沉降而引发坍塌等严重问题。

2.2 桥梁挠度

桥梁挠度变形主要是指荷载作用对桥面结果造成不能承受的竖向变形，在桥梁建设质量指标中具有关键性作用，采用定时监测的仪器应具有较高精度才能充分发挥出桥梁的正常功能。 这种变形不是由于与桥梁承载力存在一定差距的原因，但扰度过大将造成桥梁产生裂缝，影响桥梁后续功能的充分发挥。此外，扰度变形过大对于重要控制性建筑物而言，也将导致社会心理恐慌而受到不利影响。

2.3 桥梁空间变位

桥梁受荷因一些因素影响而表现出复杂多变， 桥梁结构各部分荷载之间的耦合作用对其将产生一定程度的影响，使桥梁变形无法根据理论分析研究， 桥梁可利用新的监测定位装置监测以进一步提高实时性。 桥梁结构若发生变形， 空间变位也比较重要，可在承载力方面造成桥梁结构构件的变化也各有区别，产生主受力构件若受到其它因素影响而发生异位将对桥梁稳定性造成十分不利的影响。 还应检测桥台水平产生的位移，测量水平位移观测点。

3 监测桥梁变形的常用方法

3.1 大地测量法

该方法目前是应用范围最为广泛的监测方法， 对桥梁变形进行监测的原理主要是在确定基准点之间监测其距离和角度而获得比较准确的基准点坐标， 对监测点产生的位移分别在垂直和水平两个方向上进行确定，并提高其准确性，对产生变形的有关指标确定其与安全指标范围是否相符。 该监测方法表现出的优势较为突出， 可在桥梁监测中加强推广应用的力度。 与测量基准点间进行测量的相关数据一般都难以避免较多的误差，桥梁产生的变形常规测量法进行监测达到的效果较好。

3.2 物探法及GPS 技术

物探法近年来是应用比较广泛的一种监测方法。 实际监测桥梁结果中采用一些物理传感器，还需要加强对压力、温度、湿度等传感器导致的变形进行考虑。 相对于普通的大地测量法，可达到准确监测桥梁中部分结构产生变形的程度。 可在待测桥梁中接好传感器的相关线路并将其妥善固定好， 直到时机适宜时对其检测， 因传感器设备的灵活性和适应能力的优势较为明显，在室外环境对有关数据实时准确地监测，但对桥梁局部结构监测其可能出现的变形及相对与其它结构的变形， 不能对桥梁整体变形进行监测。通常在监测中该方法与物理传感器相配合，对两种监测方法优势的有利利用可实现对桥梁变形进行实时准确的监测。

GPS 技术日益成熟的一种较为常用的监测技术， 在监测桥梁变形中的作用比较重要。 在桥梁定期监测中GPS 技术比较常用，根据监测对象特征采取适宜方法，GPS 监测技术最高能够达到亚毫米级的精度。 GPS 监测系统的反应与其它监测技术相比具有更高的灵敏度， 保持10 分钟可获得实时监测5-10 个监测点的相关数据。 此外，GPS 技术操作可在室内，应用该技术使人力室外作业明显减小风险， 并对变形数据迅速获得。 在桥梁监测技术中，GPS 监测不断发展并应用的愈加广泛。

3.3 近景摄影测量技术

在桥梁监测中， 近景摄影测量技术近年来的应用也比较广泛。 采用非量测或可量测摄影机，在近距离拍摄桥梁监测点，获得的图像采取有效处理措施， 得到的立体影像与要求相符，根据共线方程，经修正误差后可得到监测坐标，计算出各监测点位在随机时间和不同时间段的坐标位置变化，基于此数据用于监测分析桥梁变形的主要原因。 监测桥梁变形精度相对较高，可应用近景摄影测量法对桥梁进行变形监测，应将对精度有影响的外部因素尽可能剔除，以免达不到相关要求，所以应校正摄影设备：一是对主点与主距等相关数据进行准确测定；二是对光学畸变系数进行准确确定；三是对相框坐标系采取科学的设置方法； 四是对摄影机畸变差所引起的一系列变化准确测定；五是对摄影机有关指标进行准确确定。

3.4 INSAR 技术及雷达干涉测量技术

该技术因全天候、全天时、高精度的明显优势，广泛应用于大型建筑物变形监测中。 监测地表产生变形的效率相对更高一些，该技术能够对桥梁上部结构中存在的差异进行监测，对雷达信号的散射特性存在一定程度的不同，对结构变形监测结果的影响存在不同不同程度的差异。 雷达干涉测量技术如结合侧视天线，可采取干涉法记载相位和图像在相同区域产生的回波信号，利用相应的措施进行妥善处置后表现出表面特征。 在差分干涉方面具有更高的精度，可在监测桥梁微小变形中应用。

4 结论

综上所述，在桥梁使用过程中，桥梁基础沉降、扰度、空间变位等都可采用现有变形监测技术进行实时准确的监测，桥梁安全健康可通过桥梁监测指标反映出来，桥梁变形监测是非常重要的一个环节。 本研究较深入地分析了桥梁变形的常用监测技术及其原理和优缺点，对于促进桥梁监测技术的发展具有十分积极地作用。 以此为基础对监测技术和装备开展相关研究工作，使桥梁监测结果能够进一步提高实时性，减少不必要的误差，使桥梁工程达到较高的安全性。 也要关注到，虽然现有监测技术逐渐成熟，但还存在一些不足之处，在常规监测中其未来发展趋势将更加便捷方便、使资源得到节约。