一、概述

大型橋（qiáo）梁，如斜拉（lā）橋、懸索橋（qiáo）自20世紀（jì）90年代初期以（yǐ）來在我國如雨（yǔ）後（hòu）春（chūn）筍般的發展。這種橋梁的結構特點是跨度大、塔柱高,主（zhǔ）跨段具有柔性特性。在這類橋梁的施工測量中,人們已針對動態（tài）施工測（cè）量作了一些研究並（bìng）取得了一些經驗（yàn）。在竣工通車運營期間,如何針對它們的柔性結構與動態特（tè）性進行監測也是人們十分關心的另一問題。盡（jìn）管目前有些橋梁已建立了了（le）解結構內部物理（lǐ）量的變化的“橋梁健康係統”,它對於了解橋梁結構內力的變化、分析變形原因無疑有著（zhe）十分重要的作用（yòng）。然而,要真（zhēn）正達到橋梁安全監測之目的,了解橋梁的變化情況,還必須及時測定它（tā）們幾何量的變化及大小。因此（cǐ）,在建立“橋梁（liáng）健康係（xì）統（tǒng）”的同時,研究采用（yòng）大地測量原理（lǐ）和各種專用的工程測量儀（yí）器和方法（fǎ）建立大跨度（dù）橋梁的監測係統也是十分必要的。

二、變形監測內容

　　根（gēn）據（jù）我國最新頒發的“公路技術（shù）養護規範”中的有關規定和要求,以及大跨度橋（qiáo）梁塔柱高、跨度大和主跨梁段為柔性梁的特點,橋梁工程變形監觀測的主要內容包括:

　　1)橋梁墩台（tái）沉陷觀測、橋（qiáo）麵線形與撓度（dù）觀（guān）測、主梁橫向水平位移觀測、高塔柱擺動觀測；

　　2)為了（le）進行（háng）上（shàng）述各項（xiàng）目的測（cè）量,還必須建立相應的水平位（wèi）移基準網與沉陷基準網觀測。

三、係統布置

　　1）橋墩沉陷與橋麵（miàn）線形觀測點的（de）布置

　　橋墩(台)沉陷觀測點一般布置在與（yǔ）墩(台)頂麵對應的橋麵上；橋麵線形與撓度觀測點布置在主梁上。對於（yú）大跨度的斜拉段,線形觀（guān）測點還與斜拉索錨固著力點位置對（duì）應；橋麵水平位移觀測點與橋軸線（xiàn）一側的橋麵沉陷和線形觀測點共點。

2） 塔柱擺動觀測點布置

　　塔柱擺動觀測點布置在主塔上（shàng）塔（tǎ）柱的頂部、上橫梁頂麵（miàn）以上約1.5ｍ的上塔柱側壁上,每柱設2點。

3）水平位移監（jiān）測（cè）基（jī）準點布（bù）置

　　水平位移（yí）觀測基準網應結合橋梁兩岸地形地質條件和其（qí）他建築物分布、水平位移觀（guān）測點的布置與觀測方法,以及基準網的觀測方法等因（yīn）素確定,一般分兩級布設,基準（zhǔn）網布設（shè）在岸上穩定的地方並埋設（shè）深埋鑽孔樁標誌；在（zài）橋麵用（yòng）橋墩水平位移觀測點作為工作基點,用它們測定橋麵觀測點的水平位移。

4）垂直位移監測基準網布置

　　為了便於觀測和使用方便（biàn）,一般將岸（àn）上的平麵基準網點納入垂直位移基準網中,同時還應在較穩定的地（dì）方增加深埋水準點作為（wéi）水準基點,它們是大橋垂直位移監測的基準（zhǔn）；為統一（yī）兩岸的高程係統,在兩岸的基準點之間應布置了一條過（guò）江水準線路。

四、方法與成果精度

1）GPS定位係統測量平麵基準網

　　為了滿足變形觀測的技術要求,考慮到基準（zhǔn）網邊長相差懸殊（shū）,對基準網邊長相對精度應達到不低於1/120000和邊長誤差小於±5mm的雙控精（jīng）度指標；由於工作基點多位於大橋橋麵,它們與基準點之間難以全部通視,可采用GPS定位係統施（shī）測。為了在觀測期間不（bú）中斷交通,且避開車輛通行引起儀器（qì）的抖動和幹（gàn）擾GPS接收（shōu）機的信（xìn）號（hào）接收,對設置在橋麵（miàn）工作（zuò）基（jī）點的觀測時段應安排在夜間作業,盡可能使其符合靜態作業條件以提高觀測精（jīng）度。

2）精密水準測量建立（lì）高程基準網和沉陷觀測（cè）

　　高程基（jī）準網與橋麵沉陷觀測均按照“國家一、二（èr）等水準測量規範”的二等技術（shù）規定要求實施。並將垂直（zhí）位移基準網點、橋麵沉陷點（diǎn）、過江水準線路之間構（gòu）組成多個環線。高程基（jī）準（zhǔn）網的觀測采用（yòng）精密水準儀；高程基準（zhǔn）網中的過江水準測量（liàng）,可采用三角高程測量方法，用2台精密全站儀同時對向觀測。

3）全站儀坐標法（fǎ）觀測橫向水平位移

　　眾所周知,直線型建築物的水平位移常采（cǎi）用基準（zhǔn）線法觀（guān）測,它的實質測定垂直於基準線方向的偏離值。為（wéi）充分發揮（huī）現代全站儀的優點,橋麵水平位移觀測可采用類似基準線法原理的坐標法,以直接測定觀（guān）測點的橫坐標。武漢長江二橋采用該法（fǎ）觀測橫向（xiàng）水平位移，根據對全（quán）橋136個觀測點的結果進行了統計分（fèn）析,在未顧及視線長（zhǎng）度不（bú）等對Ｙ坐標（biāo）的精度影響的條件下,求得（dé）Ｙ坐標的精度為±0.48mm,遠高於橋（qiáo）梁監測技術中的精度要（yào）求(±3mm)。

4) 智能（néng）型全站儀(測量機（jī）器人)測定高（gāo）塔柱的擺動

　　塔柱擺動可觀測采用當代最先進的智能型全站儀TCA2003,其標稱精度為0.5″,±(1mm 1×10-6D)。它（tā）可（kě）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、水平方向值和天頂距（jù）,計算出3維坐（zuò）標（biāo）並記錄在內置模塊（kuài）或計算機內。由於它不需要人（rén）工照準、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,特別是在夜間也不需要給標誌照明。該儀器每次觀測（cè）記錄一個目（mù）標點不超（chāo）過7ｓ,每點觀測4測回也（yě）僅（jǐn）30ｓ。一周期觀測10個點以內（nèi）一般不會超過5 min，其觀測速度之快是人工無（wú）法（fǎ）比擬的。

　　武漢長江二橋采用該法測定高塔柱的擺動，為了評定該法的精度,利用車流量（liàng）很（hěn）少的夜間（jiān）觀測成果進行了統計分析。仿照橋麵水平位移（yí）觀測的統計（jì）分析方法,對視線長（zhǎng）度為800ｍ的觀測點,根據夜間6周期的觀測資料（liào）進（jìn）行了統計分析（xī）計算,求得mx=0.034mm、my=0.61mm,它表明該法具有較高的精（jīng）度,可（kě）以滿足塔柱動（dòng）態觀測的精度要求。

五、成果整理分析

　　觀（guān）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、橋麵沉陷觀測點、線形點的高程及變化量（liàng）；橋麵水平位移觀（guān）測點的Ｙ坐標及橫向位移。根據（jù）這些變形量（liàng）繪製了相應的變形曲線。

六、南京長江二橋變形監測實例（lì）

1）工程概況

南京長江第二大橋是國家“九五”重點建設項（xiàng）目，位於現南京（jīng）長江大橋下遊11公裏處，全長（zhǎng）21.337公裏，由南、北汊大橋和南岸、八（bā）卦洲及北岸引線組成。其中（zhōng）：南汊大橋為鋼箱梁斜拉橋，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（dì）一，世界第三”；北汊大橋為鋼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（jìng）在國內亦居領（lǐng）先。全線還設有（yǒu）4座互通立交、4座特大橋、6座大橋。該橋設計標準為雙向六車道高速公路；設計速（sù）度為100公裏/小時；設計荷載為汽——超20，掛——120；路基寬33.5米，橋麵寬32米（不含斜拉索錨固（gù）區）。全線設有監控、通訊、收費、照（zhào）明、動靜態（tài）稱重等係統，並（bìng）設有南（nán）汊主橋景觀（guān）照（zhào）明（míng），南、北汊橋公園和八卦洲服務（wù）區（qū）。

為了建立（lì）南京長江二橋全線結構物的竣工線型和（hé）位置（zhì）基（jī）準，並對南汊大（dà）橋、北汊（chà）大橋及八卦洲引線（軟（ruǎn）土（tǔ）地基）等重要路段、橋墩進行位移監（jiān）測，為今後大橋維修、驗收等工作（zuò）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（fǎ）

(1)索塔及基（jī）礎（chǔ）

對索塔（tǎ）主（zhǔ）要監測塔基礎位移（三維）和塔頂水平變化（二維（wéi））。對於南汊大橋，塔基礎位移監測點布（bù）置（zhì）在約（yuē）9m高程麵的塔柱上，塔頂水平變化監測點布置在塔頂柱體上，上、下遊塔柱和塔柱南北側各布置一測（cè）點，如（rú）圖13-1所示。南北塔共計布置17個監測點，其中北塔為9個點；對於北（běi）汊大橋，基礎位移監測點設在江中22#、23#、24#、25#四個橋墩的墩（dūn）柱上，每個（gè）橋墩的（de）上、下（xià）遊墩柱各布一個點，共計8個（gè）點 ，點位也設在（zài）約9m高程麵上，如圖13-2所示（shì）。

索塔及（jí）基礎變位情況為（wéi）每三個月觀測一期。測量（liàng）使（shǐ）用瑞士Leica高精度TC2003全站儀，以三維前方（fāng）交會法進行角度觀測四測回，觀測方法如圖13-1和圖（tú）13-2所示。南、北汊大橋皆以竣工時恢複的首級控製網為基準，經平差計算（suàn）獲（huò）得三維坐標，為便於塔柱變位（wèi）方向分析，平差計（jì）算采用橋軸坐標係。

(2)橋麵線形（撓（náo）度（dù））

橋麵線（xiàn）形包括橋麵標高及橋中線，在南京長江二橋主橋施工期間，南汊大橋和北汊（chà）大橋的（de）軸線和標高均控製在±5mm範圍內,橋（qiáo）麵上按（àn）一定（dìng）的間距設有監測點（diǎn）。橋麵鋪裝完畢（bì）後（hòu）,觀測點（diǎn）全部遭埋沒。因此，必須重新建立橋麵線型（xíng）監（jiān）觀測點，並做周期性的監測。

由於南汊（chà）大橋和北汊大橋（qiáo）橋軸線均是橋軸坐標係的X軸，且當時施工中的施工控製精（jīng）度均較高（gāo），此外，南京長江二橋首級控製網已得到了全麵恢複，因此，可以認為（wéi）南汊大橋和北（běi）汊大（dà）橋的橋軸線仍是橋軸坐標的X軸。今後維修等工（gōng）作若（ruò）需檢測橋軸（zhóu）線，僅需通過首級控製網的控製點即可進行檢查，橋軸（zhóu）線（xiàn）監測點可不考慮恢（huī）複，僅需（xū）重新建立標高（撓度）監測（cè）點。

新建的橋麵標高監（jiān）測點沿全橋布設，每（měi）隔40米設一個點，主橋（鋼箱（xiāng）梁）段點位布在（zài）橋梁中央分隔帶護攔上，利用防護（hù）攔的鉚釘頭作為觀測標誌，共（gòng）設（shè）28個點；引橋為上、下遊（yóu）幅結構，因此，每隔（gé）40米上、下遊幅各設一個點，點位設在大（dà）橋防撞護攔一側路邊上，采用圍棋子（zǐ）做（zuò）測量標點，用強力膠將其粘貼在路麵上，四周用紅色（sè）油漆標（biāo）注。南引橋共布（bù）42個點，北引橋共布46個點。測點布設位置示意圖見圖13-3和圖（tú）13-4。

橋麵（miàn）標高為每三個月觀測一期。觀測采用精（jīng）密幾（jǐ）何水準測量方法，以二等水準精度和要求（qiú）進行。水準基點設（shè）在兩岸橋（qiáo）下（xià）墩台上。