桥梁变形监测

1、桥梁变形监测1精品课件资料一、 概述一、桥梁简介桥梁的基本类型：简支梁桥、拱桥、钢构桥、悬索桥、斜拉桥及其组合体系桥。2精品课件资料一、 概述一、桥梁简介3精品课件资料一、 概述二、桥梁变形的原因自然条件及其变化，即桥墩台地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度、水位变化以及地震等。与桥梁本身相联系的原因，即作用在桥梁上部结构的恒载与作用在墩台的垣载、墩台与梁的结构、型式以及活载(车辆通过时的震动，风力等)的作用。由于勘测、设计、施工以及运营管理工作不合理，也会使桥梁产生额外的变形。4精品课件资料一、概述三、桥梁变形的分类静态变形，通常指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值。动态

2、变形，指在外力影响下而产生的变形，它是以外力为函数来表示的对于时间的变化，其观测结果是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形。 桥梁墩台的变形一般来说是静态变形，而桥梁结构的挠度变形则是动态变形。5精品课件资料一、 概述四、桥梁变形的内容 桥梁变形观测的任务： 对各桥桥梁墩台在空间的位置(即对各桥梁墩台上的观测点的三维坐标)和对桥跨结构的挠度，进行周期性的重复观测，求得其在两个观测周期间的变化值和瞬时变形值。为了正确反映桥梁的变化情况，达到监视其安全运营和了解其变形规律的目的。6精品课件资料一、 概述四、桥梁变形的内容 1）桥梁墩台变形 各桥墩台的沉降观测，其中包括各墩台沿水流方向(或沿垂直于桥轴线方向

3、)和沿桥轴线方向的倾斜观测，通称为垂直位移观测。如目前的要求是在无碴轨道施工完成后，墩台均匀沉降量不超过20mm，相邻墩台的沉降差不超过5mm。 各桥墩台在上下游方向上的水平位移观测，称之横向位移观测； 各桥域台沿桥轴线方向的水平位移观测，称为纵向位移观测；7精品课件资料一、概述四、桥梁变形的内容 2）桥面挠度观测、水平位移 桥墩结构(例如，钢梁)在恒载与活载情况下的挠度观测 3）塔柱变形观测（斜拉桥、悬索桥） 塔柱顶部水平位移监测 塔柱整体倾斜观测 塔柱周日变形观测 塔柱体挠度观测 塔柱体伸缩量观测8精品课件资料桥梁沉降产生的原因 按照桥梁沉降主要来源及特征可分为桥梁内部因素与外部因素引起的

4、变形。 1）内部因素引起的变形合理变形：荷载分布不均衡 ，施工误差变形 ，混凝土结构自身的收缩徐变等。 2）外部因素引起的变形：基础形变，基础下地质构造不均匀，季节性和周期性的温度和地下水的变化引起以及受风力引起的摆动等 二、垂直位移观测方案9精品课件资料桥梁沉降产生的原因 大跨度桥梁不均匀沉降的原因主要可以分为以下几种 ：（1）地质勘察精度不够、试验资料不准。 （2）地基地质条件差异太大。 （3）结构荷载差异太大。 （4）结构基础类型差别大。 （5）分期建造的基础。 （6）地基冻胀。 （7）桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。 （8）桥梁建成以后，原有地基条件

5、变化。 二、垂直位移观测方案10精品课件资料二、垂直位移观测方案一、变形观测控制网 变形观测网中包括控制点和观测点两部分。 控制点又分为基准点和工作基点。 基准点是网中位于桥梁承压范围之外，被视为稳定不动的点； 工作基点全部位于承压区之内，用以直接测定观测点变形。 观测点布设在桥梁墩台选定的位置上。11精品课件资料二、 垂直位移观测方案一、变形观测控制网 1、基准点布设基准点的选定：应尽量选在桥梁承压区之外，但又不宜离桥梁墩台太远，以免加大实测工作量及增大测量的累积误差。一般来说，以不远于桥梁墩台1km-2km为宜。基准点需成组埋设，以便相互检核。沉降观测工作独立建网，精度按二等精度控制，宜按

6、国家一等水准测量的技术要求施测。沉降观测水准基点从精密控制网最近的水准基点引测，引测前应对引用的水准基点进行检核。 工作基点的选定：一般选在桥台上，以便于观测布设在桥梁墩台上的观测点，测定各桥墩相对于桥台的变形。12精品课件资料二、垂直位移观测方案 基准点的点位结构以确保其稳定为原则，一般可采用地面岩石标，埋设至基岩。若大桥飞架两山之间，有条件时最好使用平酮岩石标。13精品课件资料二、 垂直位移观测方案一、变形观测控制网 2、监测点布设观测点的布设应遵循既要均匀又要有重点的原则。为全面判断桥梁各部分的稳定性，每个桥墩上应布置观测点；对那些受力不均匀、地基基础不良的部位或结构的重要部位，应加密观

7、测点，尤其主桥桥墩更是这样。沉降观测标志的设置：每个墩、台均要进行沉降观测，观测标志应尽量靠近地面(水面)。观测点原则上应设在墩身、台上，每个墩、台不少于4处，分别设在每个墩、台的四角，观测点距地面(水面)高度应在1m左右。对于长期收缩徐变引起的变形，观测点应该总体沿着桥跨方向等等间接布置。14精品课件资料二、垂直位移观测方案二、点位结构 观测点的标志结构分引桥与主桥两部分。引端观测点可采用墙上标志。由于墩面使用空间的限制，主桥变形观测点遵循一点多用的原则。15精品课件资料 墩身观测标埋设 地面线16精品课件资料桥台观测标埋设： 观测点设在台顶（台帽及背墙顶），每个台设4处，分别设在台帽两侧及

8、背墙两侧（横桥向）。17精品课件资料梁体观测标埋设：对原材料变化不大、预制工艺稳定、批量生产的预应力混凝土预制梁，徐变变形观测可每30孔选择1孔进行；其余桥梁变形应逐跨布置测点。梁体变形观测点应设置在支点和跨中截面，每孔梁的测点数量应不少于6个。18精品课件资料框架及涵洞观测标 框架沉降观测需要在框架边墙两侧及中墙和框架中心布置沉降观测点，测点数量不少于9个。具体布置根据框架桥的孔跨多少而定。 涵洞变形观测包括涵洞自身及涵顶填土沉降观测两部分组成。涵洞自身沉降观测需要在涵洞边墙两侧和涵洞中心布置沉降观测点，测点数量不少于6个。涵顶填土沉降观测参照路基地段沉降观测点布置方式，采用在涵顶线路中心位

9、置埋设沉降板进行观测的方式。19精品课件资料桥台观测标 参照相关规范，下图为客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南附录A的规定。20精品课件资料墩身观测标 观测标采用不锈钢材质，单重1230g/个，详见下图。梁体、涵身观测标按上述桥台观测标标准埋设。涵顶沉降板按路基地段沉降板标准埋设。21精品课件资料观测要求“五个固定原则”具体原则为“五定”：沉降观测的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点要稳定；所用仪器、设备要固定；观测人员要固定；观测时的环境条件基本一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。上述原则，皆为降低观测误差水平二、垂直位移观测方案22精品课件资料沉降观测的要求2）监测仪器、人

10、员 仪器设备要求：使用精度不低于DSZ1的自动安平水准仪或DS1的气泡式水准仪，水准标尺应采用与之配套的带有两排分划的线条式铟瓦合金标尺，水准仪和水准标尺各项技术指标应符合国家一、二等水准测量规范(GB 12897-91)有关规定，在沉降观测前和沉降观测过程中的规定时间段应对仪器和标尺进行检定。 人员应具备相关资质，构成专业结构合理，且工作经验丰富，确保监测工作的顺利进行。二、垂直位移观测方案23精品课件资料沉降观测的要求3）沉降观测周期的确定 应以能系统反应所测沉降的变化过程而又不遗漏其变化时刻为原则，根据单位时间内沉降量大小及外界影响程度来确定。另外，沉降观测周期的长短与劳动成本密切相关。

11、 沉降观测周期的计算方法：沉降观测的周期决定于变形值的大小和变形速度，以及观测的目的。当沉降点的高程沉降量大于或等于沉降点的高程测量误差的若干倍时，沉降观测成果才可靠。 二、垂直位移观测方案24精品课件资料沉降观测的要求 特殊情况下沉降观测周期的确定：在特殊情况下，很难掌握沉降变化速率，如周边施工地基开挖、地下水处理、基坑维护等，必须缩短观测周期，以利于监测沉降变化规律。 二、垂直位移观测方案修复分类 修复阶段 观测周期 塌方清理及紧急维护 1h河岸中央部分 河岸基础建设 3h 岸体建设 1d 塌方清理及紧急维护 3h河岸两段部分 河岸基础建设 6h 岸体建设 2d河岸稳定期 视沉降量大小调整

12、为3d、5d、10d等不同周期25精品课件资料沉降观测的要求4）沉降观测各项限差规定及精度要求 水准视线长度、视距差及视线高度要求见下表。观测的各项精度要求为:1)每测站高差中误差0. 5 mm；2)沉降观测点相对于水准基点高差中误差1. 0 mm。二、垂直位移观测方案26精品课件资料 特大桥梁垂直位移观测的外业工作，包括陆地水准测量；跨墩、跨河水准测量。 1、陆地水准测量 基准点观测与引桥观测点观测均属陆地水准测量。 注：对于施测精度要求较高的特大桥梁变形观测，为了防止尺子与仪器下沉，对非混凝土地段，立尺点应设固定铁桩标志，若仪器架设在土坡上，应在脚架支撑处打下大木桩；二、 垂直位移观测方案

13、三、观测方法27精品课件资料 2、跨墩、跨河水准测量 主桥观测点位于墩面上，大型桥梁跨距达上百米。欲实现墩间高程传递，其前、后视距远超出规范对一等精密水准测量的最大视距的规定，应采用跨河水准测量法施测。 跨河水准测量的工作量大、耗费人力多，对于跨距相等的桥梁可使用前、后视等距的跨墩水准测量代替。 二、垂直位移观测方案三、观测方法28精品课件资料 2、跨墩、跨河水准测量 对长距离跨墩水准测量的作业，必须要有一定的措施提高其观测精度。 选用性能稳定、i角变化小的仪器，仪器与微型水准尺应置于观测墩上，如果需要使用3米水准尺，则必须将其固定在观测点上。 二、 垂直位移观测方案三、观测方法照准方法：单分

14、划照准双分划照准三分划照准29精品课件资料实例： 京沪高速铁路沪宁段蕴藻浜特大桥某墩群桩基础。蕴藻浜特大桥跨吴凇江桥群，6桥10线并行，大跨度连续梁，工艺复杂，直接导致有相当数量的简支梁需由“场制机架法”改为现浇法施工，是桥涵基础沉降监控的关键部位和受力复杂的区段。计算参数：承台尺寸8.5m10.2m3，12根(34)钻孔灌注桩、桩径1.0m、桩长43.0m、桩的纵向间距2.7m、横向间距3.2m。 二、垂直位移观测方案30精品课件资料图 蕴藻浜特大桥某墩沉降实测、计算与预测对比图31精品课件资料实例：水准测量方法1）建立固定的观测路线 2）观测方法及要求 (1)支路线法:当沉降观测点距引测的

15、水准基点较近，且高差也相近时，应尽可能一次置镜测得沉降观测点与水准基点之间的高差。(2)附合水准路线法:附合水准路线法往返测的高差之差及附合路线闭合差均应小于规定值。(3)沉降观测每测站观测程序及具体要求参照国家一、二等水准测量规范(GB12897-91)有关规定执行。二、垂直位移观测方案32精品课件资料实例：二、垂直位移观测方案图京津城际铁路杨村特大桥991号墩p-T-S图33精品课件资料三、横向位移观测方案横向位移观测：测定桥墩(台)沿水流方向的变形量。对直线型的桥梁，其测定方法采用基准线法最为有利，对曲线型桥梁可采用前方交会法、导线测量法等。34精品课件资料三、 横向位移观测方案 基准线

16、法 基准线法基本原理是：过线段的两个端点(A、B)建立一基准线，测定观测点(i)对过基准线的铅直面S的偏离值li；两个周期观测偏离值之差便是i点的横向位移观测值。35精品课件资料三、横向位移观测方案 前方交会法 曲线桥梁，由于各墩不在一条直线上，难以直接用距离测量法和基准线法分别观测桥墩台纵横向两面三个方向上的位移，这时通常采和前方交会法。该法的优点是能求得纵、横向位移值的总量，投影到纵、横方向线上，即可求得纵、横向位移量。 导线测量法 导线两端连接于桥台工作基点上，每一个墩上设置一导线点，也是观测点。通过重复观测，由两期观测成果比较可得观测点的位移。由于这种方法要在桥墩观测点上设站，所以不如

17、前方交会法简便。36精品课件资料四、纵向位移观测方案 纵向位移观测是测定两桥台、相邻桥墩和桥墩台之间在桥轴线方向上的距离变化。37精品课件资料五、 挠度观测方案挠度观测分为恒载和活载挠度观测。恒载挠度观测是测定桥梁自重和构件安装误差引起的桥梁下垂量。活载挠度观测是测定车辆通过时在其重量和冲量作用下钢梁产生的挠曲变形；它是弹性变形，荷裁消失时变形也随之消失，当挠曲变形超过一定数值时，会影响车辆安全行驶和钢梁支座的使用寿命，因此须对桥梁定期地进行挠度观测。38精品课件资料五、挠度观测方案一、恒载挠度观测观测方法：水准测量在桥梁两端布设高程基准，观测各节点相对于两端点连线的下垂量。注：对于车辆来往频繁的桥梁，不仅影响观测工作，而且还危及人身与仪器的安全，因此在作业过程中要求观测员精力集中，抓紧时间观测出可靠的成果。此外，应派两名安全员，晾望上、下行车辆，及时报警，保证安全。39精品课件资料五、挠度观测方案一、活载挠度观测活载挠度观测的方法是在桥墩面的上、下游各安置一台经纬仪，