变形监测技术在桥梁监测中的应用

随着我国桥梁建设事业的迅猛发展，桥梁结构和形势日趋复杂，规模也越来越大，桥梁的施工正朝着超大化的方向发展，对其进行变形监测也就显得尤为重要。本文进一步分析了变形监测技术在桥梁监测中的应用，以供同仁参考借鉴。

引文：桥梁的变形监测是对桥梁整体性能的监测，其基于工程测量的原理、技术和精密测量仪器，对桥梁在垂直方向和水平方向的位移变形进行定期或实时监测，并通过绘制相应的位移变形影响线或影响面来监测桥梁各部位位移的变形状态，预测其变形规律，为桥梁的维修、养护和管理决策提供依据和指导。

一、 桥梁变形监测的主要内容及其原理

根据桥梁的变形性质，将桥梁变形监测分为：

(1)桥梁墩台基础监测。墩台在地基环境和水流冲刷的影响下会发生沉降变形及水平位移，以沉降监测为主。

(2)桥梁主体结构监测。包括桥面垂直位移监测、桥面水平位移监测、桥面挠度监测及斜拉桥塔柱的水平位移监测、整体倾斜监测、挠度监测、伸缩量监测等。桥面变形主要由桥墩的位移、倾斜及外界荷载等引起，直接影响过桥行车的安全，对桥梁的安全营运十分重要;塔柱主要通过斜拉索支撑主体的荷载，变形主要由外界荷载产生，及时、准确地掌握塔柱的变形状况对评判斜拉桥的安全状态十分重要。

(3)为完成上述监测，需建立相应的基础控制网，保证桥梁变形监测的精度。

根据不同的测量要求和规范，桥梁变形测量的等级及精度要求也各不相同。在实际的工程监测中，需要根据不同的规范要求实施监测。

(1)桥面沉降监测主要是监测桥梁在垂直方向上的变形。在沉降观测中，需要始终遵循“五定原则”，即基准点、工作基点、观测点点位要稳定;所用仪器、设备要稳定;观测人员要稳定;观测环境条件要一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。桥面沉降监测的主要内容包括：沉降观测点布设及网的测量、沉降监测、跨河桥沉降观测等。沉降观测网一般采用闭合水准路线或附合水准路线，用高精度数字水准以进行观测。而对于跨河桥沉降

观测，由于桥墩在河中时，观测采用闭合水准测量。在桥台上架设仪器，观测前后相邻桥台测点，返测时测量往测时未测量的测点，对于中间联测部分，通过往测已测点来进行观测。

(2)桥梁的水平监测主要是通过监测桥梁承台的水平位移来对其进行监测，其监测的主要内容包括水平位移基准网观测及水平位移观测点测量两个主要内容。在实施承台水平位移监测的过程中，首先需要对控制网进行布设和校核，对只布设一条基准线的大桥，只需进行基准点距离测量，但需要建立校核点，作为检核基准线稳定性的条件。对于多条基线的大桥，除上述检核之外，还需进行相邻基准点之间的距离及角度测量。在具体的水平位移观测点观测中，其观测精度主要受测角误差和测距误差的影响。

二、桥梁变形监测方法及技术分析

传统桥梁变形监测方法：与其他工程建筑物相比，桥梁构造较复杂且细微的变形可能造成较大的应力变化，因此对桥梁监测精度要求较高。桥梁变形监测方法有多种，常规大地测量法和物理传感器法是获取变形数据的主要手段，因其具有简单、易行、成本低等优点，较适合大众化监测。

(1)常规大地测量方法：常规大地测量法是20世纪80年代前最主要的桥梁变形测量方法，通常采用电子或光学测量仪器(包括水准仪、经纬仪、电磁测距仪、全站仪等)，根据桥梁监测需求，周期性、重复性地测量角度和距离等来获取桥梁监测点的三维坐标，进而确定桥梁结构的垂直位移和水平位移。该方法具有较高的灵活性，测量精度高，随着各种精密仪器的出现，大地测量方法在桥梁监测中得到广泛应用，能适用于多种不同结构形式的桥梁变形监测精度要求。但在实际工作中该方法监测速度慢，自动化程度较低，且需要投入大量的人力、物力，易受现场地形条件、天气和通视等条件的影响。

(2)物理传感器方法：常规大地测量法只能获取桥梁整体变形信息，而桥梁局部变形的监测不容忽视，于是将物理传感器引入局部桥梁监测中。目前用来测定桥梁局部变形的物理传感器主要包括测力计、应变计、位移计、倾斜仪、重量动态测量仪、锈蚀检测仪、电子水平仪及振动、温度、风力、压力、湿度、雨量等传感器。物理传感器法的特点是能获取观测桥梁内部的应力、压力、倾斜角度、温度变化及高精度的局部变形信息，且能长期连续地自动观测。胡现辉等通过将徕卡 NIVEL200电子水平仪的串口与计算机连接，实现了计算机控制和获取电子水平仪倾斜数据，并绘制了桥梁变形示意图;唐山高等利用倾斜传感器成功对塞浦路斯高速公路高架桥桥墩进行了位移测量。物理传感器固定安装在桥梁中，使用灵活，能在恶劣环境中实现自动观测。但该方法只能监测桥梁的局部变形和相对变形状况，无法掌握桥梁变形的整体情况，存在一定的局限性。

近年来，随着3S技术尤其是遥感技术和导航系统的不断发展，计算机技术和空间技术等的迅猛兴起，变形测量技术发生了革命性的变化，推动桥梁变形监测技术从地面扩展到空间、从静态到动态，逐渐实现全天候、自动化监测。目前桥梁变形监测中应用较广的3S技术包括摄影测量技术、GPS技术及雷达干涉测量技术。

(1)摄影测量技术：利用摄影测量技术进行桥梁变形监测可行，适合于大范围地面变形监测，但与全站仪监测相比，该方法精度不是很高，且测量设备成本高，在桥梁的适用研究中还需进一步探索。

(2)GPS测量技术：GPS技术应用于桥梁变形监测能达到毫米级的精度，大大减少了外业工作量，降低了人为因素的影响。然而对于部分桥梁，监测点的天顶通视差，监

测精度受到影响，当监测点较多时其成本较高;且与全站仪相比，其垂直位移监测精度较低，还有待提高。

(3)雷达干涉测量技术：采用INSAR技术提取高程的精度可达数米，而运用差分干涉手段(D-INSAR)可达到厘米级甚至毫米级，对桥梁微小形变的监测应用潜力巨大。由意大利IDS公司与弗洛伦萨大学联合研制的遥感干涉测量系统IBIS-S已应用于大型桥梁及建筑物的变形监测，钱塘江大桥、金沙江大桥、石崆山大桥的静态监测、动态监测及自振频率监测结果表明IBIS-S可以在较短时间内获取桥梁静态、动态挠度变化，拥有最高200Hz的自振频率，静态精度0.1mm，动态精度0.01mm;利用IBIS-S和角反射器配合，可提取桥墩任意位置的微变形;在斜拉桥的应用中，IBIS-S一次可对多根索同时进行测量，无需阻断交通。作为一种全新的变形测量技术，其价格较昂贵，且无法直接获取目标物的三维信息，需通过投影获得，若与三维激光扫描等技术结合，更能发挥其优势。

结束语

桥梁变形监测涉及到桥梁的运行、管理和维护，因而在保证公共出行交通等方面具有重要的意义。因而，需要根据不同的实地观测情况，做出具体的布设方案来解决实际工程应用。