柳州市柳江大桥沉降观测及数据分析

李安群
（柳州市勘察测绘研究院）

【摘　要】　通过对柳江大桥的沉降观测，分析桥梁的变化情况和预测大桥是否安全运行，保障其正常使用具有非常重要的意义。
【关键词】　沉降观测 沉降曲线图 数据分析

　　1 引言
　　柳江大桥建成于1968年12月，距今天已有34年多，该桥是悬臂梁结构的混凝土大桥。这座桥从建成到投入使用期间对其变形情况曾进行过观测，后因故中断，多年来这座桥的变化情况没有观测资料予以分析，因此难以说明以及预测大桥是否运行正常。为此，我院于2002年对这座桥进行了两次沉降观测，以这两次观测数据跟以前的观测数据进行比较分析，了解这些年来柳江大桥的变化。
　　2 基准点的布设
　　由于柳江大桥的水准基准点大部分被破坏，因此这座桥的水准基准点都要重新布设。按技术设计方案要求，在进行沉降观测的桥两端各布设3个水准基准点。各点均选择在易保存、方便使用、不妨碍交通的地方。钻孔深埋点为钻进基岩400米后埋设深层金属管基准点，各点均埋设半圆铜头标志，并用水泥盖板保护。桥的6个基准点构成3个相对独立的闭合环（图1）。

　　3 沉降观测点的布设
　　本次布设的沉降观测点尽量使用原有观测点，原有观测点已被破坏的尽量在原有点位置上重做该点。柳江大桥有26个沉降点，有23个是以前所做的点，继续使用。柳江大桥的沉降观测点均布设成结点网（图2）。

　　4 测量精度要求
　　4.1 基准网测量
　　大桥垂直变形测量按变形测量等级“三等”要求设计。因此基准网按二等水准测量要求施测（《工程测量规范》），使用TOPCON DL-101C电子水准仪配合伪机条码铟瓦尺测量。主要技术要求为：
　　相邻基准点高差中误差 1.0mm
　　每公里水准测量偶然中误差 1.0mm
　　每站高差中误差 0.3mm
　　往返较差附合或环线闭合差0.6mm（n为测站数）
　　4.2 沉降点测量
　　按《工程测量规范》中的三等变形测量等级需按二等水准测量要求施测。
　　其主要技术要求为：
　　高程中误差≤±1.0mm
　　相邻点高差中误差≤±0.5mm
　　往返较差、附合或环线闭合差≤0.6mm（n为测站数）
　　5 水准基准网及沉降观测点的测量
　　柳江大桥是连接柳州河南、河北片的交通枢纽，桥上的交通特别繁忙，车流人流量都很大，给大桥的变形观测带来了很大困难。为了减小外界因素对沉降观测的影响，在不能封闭桥梁的情况下，沉降观测选择在车流量最少的时间——午夜（0：00—6：00）进行，夜晚观测采用人工照明。
　　5.1 观测仪器
　　柳江大桥的基准点观测和沉降点观测所使用的仪器是日本TOPCON DL-101C电子水准仪，其望远镜放大率为32倍，圆气泡灵敏度10′/2mm，标尺用TOPCON仪器公司配套的3m铟瓦尺，水准标尺为伪机条码。电子水准仪自动识别并存储数据，最小读数为0.01mm。采用两个2.5kg的尺台作转点尺承，仪器和标尺均送检定单位进行检验，观测前均按规范进行常规的检查。
　　5.2 观测方法
　　观测采用中丝读数法，按“后、前、前、后”的观测顺序对每一路线进行往返观测，视线高度及测站的观测限差均按规范进行，电子水准仪自动识别读数并存储标尺读数。该电子水准仪自动记录程序能很好满足以下各项限差：

二等水准测量限差　　　表一

　　5.3 水准基准网测量
　　柳江大桥的水准基准网由3个独立的闭合环构成，联测柳州市三等水准点作为起算数据。计算采用北京清华山维平差系统软件进行严密平差，其观测结果见表二，从表中结果可见柳江大桥水准基准网的测量成果完全符合预计的精度要求。

　　5.4 沉降观测点测量
　　柳江大桥的沉降观测线路是沿着桥的两条附合水准路线，都由5个闭合环构成，其图见下（图3）。

　　计算采用北京清华山维平差系统软件进行严密平差，柳江大桥的沉降观测精度见下表（表三）。

柳江大桥的沉降点观测精度统计表　　　表三

　　从表中结果可见柳江大桥的沉降观测成果符合预计的精度要求。
　　6 沉降观测点的数据分析
　　6.1 数据比较
　　由于柳江大桥原有的水准基准点全部被破坏，现在的水准基准点均为新做的点，高程起算点也已变化。因此，沉降点的高程系统也已变化，各沉降观测点高程的新成果与旧成果不能直接进行比较，只能在相应的高差间进行比较。将2002年进行的两次沉降观测成果中同点位两点间的高差与1975年1月的测量成果中同点位两点间的高差进行比较，结果可见下表（表四）。

柳州市柳江大桥沉降点（观测成果与原测成果）高差比较表　　　表四

　　说明：A01、A02、A04为2002年新做点，其余为旧点，△hi为各段高差之差。
　　2002年10月与1975年1月的高差之差的中误差为12.566mm，2002年12月与1975年1月的高差之差的中误差为7.209mm。
　　对表四中比较的结果△h进行统计，可见下表（表五）。

柳江大桥沉降点高差比较统计表　　　表五

　　在表五中，可看到2002年10月的测量成果与原测量资料的高差比较小于10mm的占到56%，而大于10mm以上的却占到44%，而在2002年12月的测量成果与原测量资料的高差比较小于10mm的占到84%，而大于10mm以上的只占到16%，大于21mm的就没有了，这可能是因为2002年12月的气温与1975年1月的气温较为接近的缘故。从两次高差的比较来看，柳江大桥桥面从1975年至今的20多年中的变形是较小的。从第二次比较值来看变化较大的几个高差段都是在悬臂部分，说明悬臂端对于桥墩处可能有了一些变化。（A08~A10，A09~A10，A17~A15，A20~A22，A21~A19）虽然目前看来变化不是太大，但这些部位是应该多加注意的。
　　6.2 沉降曲线图
　　以A21~22段为基准，将1975所测的高差转换到2002年10月所测的高程面。以点之间的距离为横轴，高程变化量为竖轴画出如下沉降曲线。（图4）

　　说明：A01、A02、A04点被破坏，现在原点重新埋设，但在沉降曲线图上没有比较意义。
　　该桥为悬臂梁结构，从柳江大桥桥面沉降曲线图（一）、（二）可以看到，第二次观测结果中位于桥墩台位置的点A01、A02、A03、A04、A05、A06、A09、A10、A15、A16、A21、A22、A25、A26处的变化量都较小，而在悬臂梁上，悬臂端点A07、A08、A10、A11、A13、A14、A17、A18变化较大，它们都分布在1号墩和2号墩的左右两边；而左右两边的点的变化却正好相反，一边降低一边却上升。而在3号墩（A21、A22）两悬臂端的点A19、A20、A23、A24的变化却不明显。像这样3个桥墩的6个悬臂端的变化差别如此不同，情况比较复杂，仅有2次观测的结果是很难判断其发生变化的原因的。又因两次观测时的气温相差较大（达22℃）气温对桥面的影响较大。因此，我的初步意见是，因气温变化引起桥面的变化。至于桥面是否发生了实质性变化，还应由桥梁专家进一步研究。
　　今后，为了成果比较的方便，应在气温大致相同的情况下所测的成果间进行比较。当气温相差太大时所测成果缺乏可比性。
　　7 结束语：沉降观测对桥梁的重要性
　　通过以上的分析可知，温度的变化对桥梁变形起着很大的影响，我们将这部分温度影响因素排除出来才能正确分析桥梁的变形。沉降观测对桥梁的安全运行起着很重要的作用，特别是数据分析有着很重要的指导意义。

参 考 文 献
[1] 中华人民共和国国家标准，工程测量规范（GB50026-93），中国计划出版社
[2] 中华人民共和国国家标准，建筑变形测量规程（JGJ/T8-97），中国建筑工业出版社
[3] 中华人民共和国国家标准，国家一、二等水准测量规程（GB12897-91），中国标准出版社
[4] 武汉测绘科技大学同济大学合编，控制测量学（上、下），测绘出版社