浅析大跨度桥梁位移沉降观测及其观测方法

1、浅析大跨度桥梁位移沉降观测及其观测方法摘 要: 东水门大桥设计为双塔桥，桥塔是重庆桥梁首次采用的天梭形，两头小，中间大，流线型，像一把织布的梭子，线条柔美。两座桥塔塔高不一样，东水门靠长滨路桥塔高约162米，靠南滨路一侧桥塔则高约172米，形成高低错落之美。结合东水门大桥正桥桥跨长、观测条件限制多的特点, 在测量中采用全站仪测微倾角法, 使问题得到很好地解决, 为大桥的安全建设提供了翔实的数据保障。关键词:大跨度桥梁墩台；沉降观测；观测方法；全站仪 1 概述东水门大桥是一个庞大的公轨两用、桥隧一体的城市道路交通系统。建设前期工程中，墩台沉降测量则是此项内容的重中之重。东水门大桥墩台沉降测量应严

2、格按照国家二级水准测量规范进行。南北引桥可在墩身上预埋测点, 采用精密水准仪在地面进行定期观测;而正桥则受到多种条件限制, 如桥梁跨度大( 其主跨为430 m) 、视距长、桥下无法安置仪器等诸多因素的影响, 随着视线的增长, 照准误差、折光、角及其变化等对高程的传递的影响也随之增大, 采用普通的测量方法无法保证精度的要求。根据方案比选, 结合现有仪器设备( TOPCON601AF 全站仪、DS3 水准仪) , 决定采用全站仪用经纬仪倾角法对大桥墩顶的高程进行跨河水准观测。2 观测方法现以主跨430m 的A号墩B号墩为例, 将具体观测方法介绍如下。( 1) 首先, 在墩顶布设观测点, 将铜质标记

3、点埋入墩台顶面, 并用混凝土封死。每墩布设4 个测点, 上、下游各2 个, 如A号墩上游侧的2个点号分别为A -1、A- 2; B 号墩上游侧的2 个点号分别为B-1 、B-2。观测时上、下游侧单独进行且方法相同, 并由既有两岸引桥水准测点构成附合导线。( 2) 利用水准仪将测点A-1 与A-2、B-1 与B-2 之间高差测得。将全站仪架设于A-2 号点, 并在B-2 号点上架设棱镜, 利用全站仪激光测距求得平距D1( 将仪器定置为N次测量模式, 取N = 3, 则最后显示即为连续3 次测量的平均值) , 将仪器搬至B-2 号点, 置棱镜于A-2 号点, 测水平距得D2, 当D1、D2 差值不

4、大于4 mm 时, 求得D = ( D1 + D2) / 2。( 3) 在水准尺上固定照准特制觇板标志( 图1) , 上下标志线间距为d2(d2 = 200 mm 用于主跨, d1 = 150mm 用于正桥其他跨度测量) 。立水准尺前沿于B-2号点, 架设全站仪于A-2 号点, 后视近标尺A-1, 将垂直角调至90°0000, 读得数值a。旋转望远镜, 照准B-2 号远标尺觇板上的上、下标志线各2 次, 依次读得4个夹角、 ( 即各竖直角减去90°0000; 其中为俯角, 为仰角) , 且同一个倾角的读数不得大于3, 以上为1 组( 如图2 所示: A- 2、B-1 为置镜

5、点; A-1、B-2 为立尺观测点) ; 倒转望远镜后按照同样的方法和误差限值读得另一组4 个有效倾角值, 两组夹角之间的互差不大于4d 时取中求得A和B角值, 以上为半个测回。图1 特制觇板图2 现场观测示意观测点A-1与B-2 之间的高差可用如下公式分别求得以上两公式是利用三角函数求得, 其中d 值为觇板上、下标志线间距, 为200 mm, 通过在水准尺上不停滑动, 使得上、下边缘照准线在仪器中反映的竖直角分别为一仰角、一俯角, 且与水平夹角均在0°01左右, 且上、下边缘刚好与水准尺上的基本刻度分划相重合时的高度即可。下面公式为经纬仪测微倾角法原理公式, 利用三角形角度与对边的

6、正比例关系求得以上3 公式所求值的互差最大值不得大于3 mm为有效, 并取其平均值。以上3 式中均为球气差改正值, 由于视距较大,地球曲率影响也随之增加; 加之前后两点视距差的影响, 大气折光也是一个重要因素, 如图3 所示。图3 地球曲率及大气折光分析根据有关资料分析计算其改正值为式中 R -地球半径, 取6371 km;D-置镜点到测点的水平距离。以上3 组数据之间以不大于3 mm 时为有效, 并取其平均值。同时, 已知置镜点A-2 的高程, 量得仪器高度以后, 即可求出全站仪视线的高程, 从而达到校核的目的。( 4) 在保证观测点A-1 及B-2 号点的水准尺不动的情况下, 将全站仪搬至

7、B 号墩B-1 号点置镜, 按照同样的方法测得平距D、两组夹角值A、B,在符合互差值之内进行分中求得, 再分别利用3 个公式求得值。当、的差值在3 mm 以内时可求得两点最后高差H = (+) / 2。有条件时可再增加1 倍的测回数, 以达到减少误差的目的。3 注意事项(1) 尽量选择在无风( 或微风) 、可视条件好、温度适宜的天气进行, 桥上来车桥下过船( 大型)时禁止观测;( 2) 测量前全面校验仪器和2 根水准尺及其差值,尽量减少由于仪器及附件的不完善而引起的误差;( 3) 由于全站仪带有自动补偿系统, 当仪器未出现“ TILT OVER”信息时, 则无需检校仪器的系统误差, 反之则应重新调整倾斜传感器及脚螺旋;( 4) 测量过程中保证觇板固定后无滑动, 水准尺在前后、左右方向上均应保证垂直;(5) 同一测回不得更换观测者, 必要时增加测回数, 并宜在不同的时间、温度等条件下进行, 以均衡这