一（yī）、概述
    大（dà）型橋（qiáo）梁，如斜拉橋、懸索橋自20世紀90年代初期以來在我國如雨後春筍般的發展。這種橋梁的結構特點是跨度大、塔柱高,主跨段具有柔性特性。在這類橋梁的施工測量中,人們已（yǐ）針對動態（tài）施工測量作了一些研（yán）究並（bìng）取得（dé）了一些經驗。在竣工（gōng）通車（chē）運營期間（jiān）,如何（hé）針對它們的柔性結構與動態特（tè）性進行監測也是人們十（shí）分關心的另一問（wèn）題。盡管目（mù）前有些橋梁已建立了了解結構內部物理量的變化的“橋梁健康係統（tǒng）”,它（tā）對於了解橋（qiáo）梁結構內力的（de）變化、分析變形原因無疑有著十分（fèn）重要的作用。然而,要（yào）真正達到橋梁安全監測之目的,了解橋梁的（de）變化情況,還必須（xū）及時測定它們幾何量的變化及（jí）大小。因此,在（zài）建立“橋梁健康係統”的同時（shí）,研究采用大地測量（liàng）原理和各種專用的工程測量儀器和方法（fǎ）建立大跨度橋（qiáo）梁安全監測係統也是十分必要的。
二、變（biàn）形監測內容
　　根據我國最新頒發（fā）的（de）“公路技術養護規範”中的有關規定和要求,以及（jí）大跨度（dù）橋梁塔（tǎ）柱高、跨度大和主跨梁段為柔性梁的特點,橋梁工程變形監觀測（cè）的主要內容包括:
　　1)橋梁墩台沉陷觀測、橋麵（miàn）線形與撓（náo）度觀測、主梁橫向水平位移觀測、高塔柱擺動觀測；
　　2)為了進行上述各項目的（de）測量,還必須建立相應（yīng）的水平（píng）位移基準網與沉陷基準網觀測。
三、係（xì）統（tǒng）布置
　　1）橋墩（dūn）沉陷（xiàn）與橋麵線形觀（guān）測點的（de）布置
　　橋墩(台)沉陷觀測點一般布（bù）置在與墩(台（tái）)頂麵對應的橋麵上；橋（qiáo）麵線形與（yǔ）撓度觀（guān）測（cè）點布置在主梁上。對於大跨度的斜拉（lā）段,線形觀測點還與斜拉索錨（máo）固著力（lì）點位置對應；橋麵水平位移觀測點與橋軸線一側的橋麵沉陷和線形觀測點共點。
2） 塔柱擺動（dòng）觀測點布置（zhì）
　　塔（tǎ）柱（zhù）擺動觀測點布置在主塔上塔柱的頂部、上橫梁頂麵以（yǐ）上約1.5ｍ的上塔柱側壁上,每柱設（shè）2點。
3）水平位移監測基準點布置（zhì）
　　水平位移觀測基準網應（yīng）結（jié）合橋梁兩岸地（dì）形（xíng）地質條件和其他建築物分布、水平位移觀測點的布置與（yǔ）觀測（cè）方法,以及基準網的（de）觀測方法等因素確定,一般分兩（liǎng）級（jí）布設,基（jī）準網布設在岸上穩定的地方並（bìng）埋設深埋鑽孔樁標誌（zhì）；在橋麵用橋墩水平位移觀測點作為工（gōng）作基點,用它們測定橋麵觀測點（diǎn）的水平位移。
4）垂直（zhí）位移監測基準網布置
　　為了便於觀測（cè）和使用方便,一般將岸上的平麵（miàn）基（jī）準網點納入（rù）垂直位（wèi）移基準網中,同（tóng）時（shí）還（hái）應在較穩定的地方增（zēng）加（jiā）深（shēn）埋（mái）水準點作為（wéi）水（shuǐ）準基點,它們是大橋垂直位移（yí）監測的基準；為統一兩岸的高程係統,在兩岸（àn）的基準點之間應布置了一（yī）條過江（jiāng）水準線路。
四、方（fāng）法與（yǔ）成果精（jīng）度
1）GPS定位係統測量平麵基（jī）準網
　　為（wéi）了滿足變形觀測的技術（shù）要（yào）求,考慮到基準網邊長相差懸殊,對基準網邊長相對精（jīng）度（dù）應達到不低於1/120000和邊長誤差（chà）小於±5mm的雙控精度指（zhǐ）標；由於工作基點多位於（yú）大橋橋麵（miàn）,它們與基準點之間難以全部通（tōng）視,可（kě）采用GPS定位係統施測。為了在觀測（cè）期間不中斷交通,且（qiě）避開車輛通行引起儀（yí）器的抖動和幹擾GPS接收機（jī）的（de）信（xìn）號接（jiē）收,對設置在橋麵工作基點的觀測時段應（yīng）安排在夜間作業,盡可能使其符合靜態作業條件以提高觀測精度。
2）精（jīng）密水準測量建立高程（chéng）基準網和沉陷觀（guān）測
　　高程基準網與橋麵沉陷觀測均按照“國家一（yī）、二等水（shuǐ）準測量規範”的二等技術規定要求實施。並將垂直位移基準網點、橋麵沉陷點、過江（jiāng）水準線路之間構組成多個環線。高程基準網的觀（guān）測采用精密水準儀；高程基準網中的過江水準測量,可采（cǎi）用三角高（gāo）程測量方法，用2台精密全站（zhàn）儀（yí）同時對向觀測（cè）。
3）全站儀坐標法觀測橫向水（shuǐ）平位移
　　眾所周知,直線型建築物的水平（píng）位移常采用基（jī）準線法觀測,它的實質（zhì）測定垂直於基準線方向的偏離值。為（wéi）充分發揮現代全站儀的優點,橋麵水平位移觀測可采用類（lèi）似基準線法原理的坐標法（fǎ）,以直接測定觀測點的橫（héng）坐標。武漢長江二橋（qiáo）采用該法觀測橫向水平位移，根據對全橋136個觀測（cè）點的結果進行了統（tǒng）計分析,在未顧及視線長度不等對Ｙ坐標的精度影響的條件下,求得Ｙ坐標的精度為±0.48mm,遠高於橋梁監測技術中的精度要求(±3mm)。
4) 智能型全站儀(測量機器人)測定高塔柱的擺動（dòng）
　　塔柱擺動可觀測采用當代最先進的（de）智能型全站儀（yí）TCA2003,其標稱精度為（wéi）0.5″,±(1mm 1×10-6D)。它可以實現自動尋找和精確照準目標,自動測定測站點至目標點的距（jù）離、水平方向值和天頂（dǐng）距,計算出3維坐標並記錄在內置模塊或計算機內。由於它不（bú）需要人工（gōng）照準、讀數、計算,有利於消除人差的影響、減少記錄計算出（chū）錯的幾率（lǜ）,特別是（shì）在夜（yè）間也不需要（yào）給（gěi）標誌照明（míng）。該儀器（qì）每次觀測記錄一個目標點不超過（guò）7ｓ,每（měi）點觀測4測回也僅（jǐn）30ｓ。一周（zhōu）期觀測10個點以內一般不會超過5 min，其觀測（cè）速度之快是人工無法比擬的。
　　武漢長江二橋采用該法測定高塔柱的擺動，為了（le）評定該法的精度,利用車流量很少的夜間觀測成果進行了統計分析。仿照橋麵水平位移觀測的統計分析方法,對視線長度為800ｍ的觀（guān）測點,根據夜間（jiān）6周期的觀測資（zī）料進行了統計分析計算,求得mx=0.034mm、my=0.61mm,它表（biǎo）明該（gāi）法具有（yǒu）較高的精度,可以滿足塔柱動態觀測的（de）精度要求。
五、成果（guǒ）整理分析
　　觀測成果的整理分析主要包括:每期觀測後計算基準點的坐標、高程及其變化量；橋墩、橋麵（miàn）沉陷觀（guān）測（cè）點、線形點的（de）高程及變化量；橋麵水平（píng）位移觀測點（diǎn）的（de）Ｙ坐標及橫向位移。根據這些變形量繪（huì）製（zhì）了（le）相應的變形曲線。
　　六、南京長江二橋變形監測實例
　　1）工程概況
　　南京長江第（dì）二（èr）大（dà）橋是（shì）國家“九五（wǔ）”重點建設項（xiàng）目，位於現南京長江大橋下遊11公裏處，全長21.337公裏，由南、北汊大橋和南岸、八卦洲（zhōu）及北岸引線組成。其中：南汊大橋（qiáo）為鋼箱梁斜拉（lā）橋，橋長2938米，主跨為628米，該跨（kuà）徑在建時居同類橋型中“國內第一，世界（jiè）第（dì）三”；北（běi）汊大橋為鋼（gāng）筋混凝土預應力連續箱梁橋，橋長2172米，主跨為3×165米，該跨徑在國內（nèi）亦居領先。全線還（hái）設有4座互通立交、4座特大（dà）橋、6座大橋。該橋設計標準為雙（shuāng）向六車（chē）道高速公（gōng）路（lù）；設計速度為100公裏/小（xiǎo）時；設計荷載為汽——超20，掛——120；路基寬33.5米，橋麵寬（kuān）32米（不含斜拉索錨固區）。全線設有監控、通訊、收費、照明、動靜態稱重等係統，並設（shè）有南汊主橋（qiáo）景觀照（zhào）明，南、北汊橋公園和八卦洲服務區。
　　為了（le）建立南京長江二橋全線結構物的（de）竣工線型和位置（zhì）基準，並對南汊大橋、北（běi）汊大橋及八卦洲引線（軟土地基）等重要路（lù）段、橋墩進行位移監測，為今後大橋維修、驗收等工作留下起始數據，需要對南京長江二橋進行變形監測。
　　2）監測內容和方法
　　(1)索塔及基礎
　　對索塔主要監測塔基礎（chǔ）位移（三維）和塔頂（dǐng）水平變化（二維）。對於南汊大橋，塔基礎位移監測點布置在約9m高程（chéng）麵的塔（tǎ）柱上，塔頂水平變化監測點布置在（zài）塔頂柱體上，上、下遊（yóu）塔柱和塔柱南北側各布置一測點，如圖13-1所示。南北塔共計布（bù）置17個監測點，其中（zhōng）北塔為9個點；對於北汊大橋，基礎位（wèi）移監（jiān）測（cè）點設在江中22#、23#、24#、25#四個橋墩的墩柱上，每個橋墩的上、下遊墩柱各布（bù）一個點，共計8個點 ，點位也設在約9m高程麵上，如圖13-2所示。
　　索（suǒ）塔及基礎變位情況（kuàng）為每三個（gè）月（yuè）觀測一期。測量使用瑞士Leica高精度TC2003全站儀，以三維前方交會法進行角度觀測四測回，觀測方法如圖13-1和圖13-2所示。南、北汊大橋皆以竣工時恢複的首級控製（zhì）網為基準，經平差計算獲得三維坐（zuò）標，為便於塔柱變位方向分析，平差計算采用橋軸坐標係。

　　(2)橋麵線形（撓度）
　　橋麵線形包括橋麵標高及橋中線（xiàn），在南京（jīng）長江二橋主橋（qiáo）施工期間，南汊大橋和北汊大橋的軸線和標高均控製在±5mm範圍內,橋麵上按一定的間距設有監測點。橋麵鋪裝完畢後,觀測點全部遭埋沒。因此，必須重新建立橋麵線（xiàn）型（xíng）監（jiān）觀測點，並做周期性的監測。
　　由於南汊大橋和北汊（chà）大橋橋軸線均是橋（qiáo）軸坐標係的（de）X軸，且當時施工（gōng）中的施工控製精度均較高，此外，南（nán）京長江二橋首級控製網已得到了全麵恢（huī）複，因此，可以認為南汊大橋（qiáo）和（hé）北汊大橋（qiáo）的（de）橋軸線仍是橋軸坐標的X軸（zhóu）。今後維修等工作若（ruò）需檢測橋軸線，僅需通過首級控製網的控製點即可進行檢查，橋軸線監測點可不（bú）考慮恢複，僅需重新建立（lì）標高（撓度）監測點。
　　新（xīn）建（jiàn）的橋麵標高（gāo）監（jiān）測點沿（yán）全橋布設，每隔40米設一個點，主橋（鋼（gāng）箱梁）段點位布在橋梁中央分隔帶護攔上，利用防護攔的鉚釘頭作為觀測標誌，共設（shè）28個點；引橋為上、下遊幅結（jié）構，因此，每隔40米上、下遊幅各設一個點，點（diǎn）位設在大橋防撞（zhuàng）護攔一側路邊上，采用圍棋子做測量標點，用強力膠將其粘貼在路麵上，四周用紅色油漆標（biāo）注。南引橋共布42個（gè）點，北引橋共布46個點。測點布設位（wèi）置示意圖見圖（tú）13-3和圖13-4。
　　橋麵標高為每三個月觀測一期。觀測采用精密幾何（hé）水準測（cè）量方（fāng）法，以（yǐ）二等水準精度和要求進行。水準基點（diǎn）設在兩（liǎng）岸橋下墩台上。