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摘 要：基于各种原因，桥梁在修建施工过程中和使用期间，会出现变形，如果这种变形超过规定的限度，就会影响正常运营，而且严重时还会危及桥梁的安全寿命。为此，对桥梁进行变形监视观测是十分必要的。
关键词：桥梁；变形；原因；观测；方法
桥梁变形可分为静态变形和动态变形。静态变形通常是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值。动态变形是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动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形。
一、桥梁变形观测的几个概念
各桥墩台的沉降观测，这当中包含各墩台沿水流方向（或沿垂直于桥轴线方向）和沿桥轴线方向的倾斜观测，通称为垂直位移观测；各桥墩台在上下游方向上的水平位移观测，称之为横向位移观测；各桥墩台沿桥轴线方向的水平位移观测，称之为纵向位移观测；桥墩结构（如钢梁）在恒载或活载情况下的挠度观测，称之为挠度变形观测；水中桥墩基础周围河床演变情况的观测，即桥墩周围的水下地形测量。
二、导致桥梁变形的原因分析
观测桥梁变形首先要了解产生变形的原因，这一点是非常重要的，只有明确产生变形的原因，才能确定解决的办法，下面谈一下产生变形的三个主要原因。
1、自然条件及其变化的原因
是指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。如桥墩台基础的地质条件不同，会引起桥墩台不均匀沉陷，使桥跨结构倾斜，象钢梁或钢筋混凝土梁就容易发生这种现象；再有土基的塑性变形也将引起均匀沉陷；还有温度与水位；季节性或周期性的变化以及水流方向的变化，桥梁将产生规律变形。
2、与桥梁本身相联系的原因
是指作用在桥梁上部结构的恒载与作用墩台的恒载、墩台与梁的结构、型式以及活载的作用。如车辆通过时的震动、风力等。
3、人为设计、施工等不合理
是指由于勘测、设计时不合理，施工时不按规范施工，运营、管理工作不恰当等，都会使桥梁产生变形。
三、桥梁变形的观测方法
1、大地测量方法
也叫做常规地面测量方法，它是变形观测的主要手段，垂直位移观测采用的是精密水准测量和精密跨河水准测量因横向位移观测中，遇到直线桥梁按基准线法观测，如测小角法和活觇牌法。如果是曲线桥梁，则应利用导线测量方法。纵向位移观测通常采用最精密的光电测距仪，如，由瑞士Kern厂生产的、测程可达2.5km的Mekometer ME 3000，其精度为0.3mm 1ppm；还有测程可达5.0km的ME 5000，其精度为0.2mm （0.2-1ppm）。如桥跨距较短，可用特制的因瓦线尺或钢线尺来测定相邻桥墩之间的跨距变化。桥跨结构的恒载和活载的挠度观测采用四等水准测量。该方法具有以下优点：
（1）可以提供桥墩如和桥跨结构的变形状态；
（2）把观测量组成网的形式，便于进行测量结果的处理和精度评定；
（3）灵活性好，适用于各种结构形式的桥梁以及不同的外界条件和精度要求。其缺点是外业工作量大，作业时间长，很难解决连续监测及测量过程的自动化问题。
2、特殊的测量方法
包括倾斜测量和激光准直测量。在垂直位移观测过程中，对于墩台本身的倾斜可使用短基线倾斜仪，如垂直摆锤式和水准气泡式倾斜仪来测定两点之间的高差变化；而对于相邻墩台的高差变化可使用长基线倾斜仪进行测定。长基线倾斜仪采用静力水准原理制成，其精度可达到10-6。
在横向位移观测中，采用激光准直，如激光经纬仪准直和波带板激光准直来测量各桥墩上观测点与激光束的偏离值。在大气条件下，激光准直的精度为10-5-10-6。
特殊測量方法同大地测量方法相比，具有以下优点：
（1）使测量过程简单化；
（2）容易解决连续监测和自动化观测的问题；
（3）可以提供局部的变形信息。
3、摄影测量方法
主要是指地面摄影测量方法。这种方法日趋广泛地被用于大型工程建筑物的变形观测，原因是近十多年来摄影测量点位的测定精度显著提高，加之本身具有的特殊优点以及近年来硬件上的改进（包括高质量的摄影机和精密的量测仪器）、软件的发展和计算机的应用等等，使人们有可能利用严密的数学处理方法对摄影测量过程中的系统误差进行模拟操作，其中包括摄影机镜头的畸变和底片的变形等，并利用数理统计的方法评定观测值的质量和剔除误差，使成果的可靠性得以保证。目前，摄影测量点位测定精度可达到2-4μm9像片坐标的精度）。取决于摄影机的焦距，地面摄影测量的精度可达到摄影距离的10-5。
地面摄影测量方法在桥梁变形观测的应用中，具有以下优点：
（1）能够同时测定桥墩台上任意点的变形；
（2）可以提供瞬时和完全的三维空间信息；
（3）大大减少了野外测量的工作量；
（4）可以不接触被摄物体；
（5）有了摄影底片，可以观测到桥墩台以前的状态。
对于跨越江河的大桥，应用地面摄影测量方法进行变形观测时，应注意选择适宜的摄影测站位置。
四、注意事项
在桥梁变形测量中，确定合理的测量精度是至关重要的，精度要求过高会使测量工作变得复杂，经费大，时间长；精度太低又会增加变形分析的难度，所估计的变形参数误差变大，甚至得出不正确的结论。桥梁变形观测的精度取决于变形值的大小、变形速度、观测仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测的目的等。一般情况，如果桥梁变形观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值，以确保桥梁的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10-1/20；如果观测的目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比上面这个数值小得多，甚至应采用目前测量手段和测量仪器所能达到的最高精度。
桥梁变形观测的频率取决于变形值的大小、变形速度和观测的目的。一般要求观测次数既能反映出变化的过程，又不遗漏变化的时刻。具体地说，在桥梁建成初期，变形的速度比较快，观测频率要大一些。经过一段时间后，桥梁趋于稳定，可以减少观测次数，但一定要坚持定期观测。
通过变形观测获得的大量可靠资料，可以监视桥梁的状态变化和工作情况，当发生不正常现象时，可及时分析原因，采取措施或改善运营方式，以保证安全。所以说，变形观测是桥梁管理的耳目。另外，利用变形观测资料，还可以验证地基与基础的计算机方法、桥梁结构的设计方法，合理规定不同地基于桥梁结构的允许变形值，为桥梁设计、施工、管理和科学研究提供资料，以保证桥梁设计和施工正确合理和安全使用。
关键词：桥梁；变形；原因；观测；方法
桥梁变形可分为静态变形和动态变形。静态变形通常是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值。动态变形是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动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形。
一、桥梁变形观测的几个概念
各桥墩台的沉降观测，这当中包含各墩台沿水流方向（或沿垂直于桥轴线方向）和沿桥轴线方向的倾斜观测，通称为垂直位移观测；各桥墩台在上下游方向上的水平位移观测，称之为横向位移观测；各桥墩台沿桥轴线方向的水平位移观测，称之为纵向位移观测；桥墩结构（如钢梁）在恒载或活载情况下的挠度观测，称之为挠度变形观测；水中桥墩基础周围河床演变情况的观测，即桥墩周围的水下地形测量。
二、导致桥梁变形的原因分析
观测桥梁变形首先要了解产生变形的原因，这一点是非常重要的，只有明确产生变形的原因，才能确定解决的办法，下面谈一下产生变形的三个主要原因。
1、自然条件及其变化的原因
是指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。如桥墩台基础的地质条件不同，会引起桥墩台不均匀沉陷，使桥跨结构倾斜，象钢梁或钢筋混凝土梁就容易发生这种现象；再有土基的塑性变形也将引起均匀沉陷；还有温度与水位；季节性或周期性的变化以及水流方向的变化，桥梁将产生规律变形。
2、与桥梁本身相联系的原因
是指作用在桥梁上部结构的恒载与作用墩台的恒载、墩台与梁的结构、型式以及活载的作用。如车辆通过时的震动、风力等。
3、人为设计、施工等不合理
是指由于勘测、设计时不合理，施工时不按规范施工，运营、管理工作不恰当等，都会使桥梁产生变形。
三、桥梁变形的观测方法
1、大地测量方法
也叫做常规地面测量方法，它是变形观测的主要手段，垂直位移观测采用的是精密水准测量和精密跨河水准测量因横向位移观测中，遇到直线桥梁按基准线法观测，如测小角法和活觇牌法。如果是曲线桥梁，则应利用导线测量方法。纵向位移观测通常采用最精密的光电测距仪，如，由瑞士Kern厂生产的、测程可达2.5km的Mekometer ME 3000，其精度为0.3mm 1ppm；还有测程可达5.0km的ME 5000，其精度为0.2mm （0.2-1ppm）。如桥跨距较短，可用特制的因瓦线尺或钢线尺来测定相邻桥墩之间的跨距变化。桥跨结构的恒载和活载的挠度观测采用四等水准测量。该方法具有以下优点：
（1）可以提供桥墩如和桥跨结构的变形状态；
（2）把观测量组成网的形式，便于进行测量结果的处理和精度评定；
（3）灵活性好，适用于各种结构形式的桥梁以及不同的外界条件和精度要求。其缺点是外业工作量大，作业时间长，很难解决连续监测及测量过程的自动化问题。
2、特殊的测量方法
包括倾斜测量和激光准直测量。在垂直位移观测过程中，对于墩台本身的倾斜可使用短基线倾斜仪，如垂直摆锤式和水准气泡式倾斜仪来测定两点之间的高差变化；而对于相邻墩台的高差变化可使用长基线倾斜仪进行测定。长基线倾斜仪采用静力水准原理制成，其精度可达到10-6。
在横向位移观测中，采用激光准直，如激光经纬仪准直和波带板激光准直来测量各桥墩上观测点与激光束的偏离值。在大气条件下，激光准直的精度为10-5-10-6。
特殊測量方法同大地测量方法相比，具有以下优点：
（1）使测量过程简单化；
（2）容易解决连续监测和自动化观测的问题；
（3）可以提供局部的变形信息。
3、摄影测量方法
主要是指地面摄影测量方法。这种方法日趋广泛地被用于大型工程建筑物的变形观测，原因是近十多年来摄影测量点位的测定精度显著提高，加之本身具有的特殊优点以及近年来硬件上的改进（包括高质量的摄影机和精密的量测仪器）、软件的发展和计算机的应用等等，使人们有可能利用严密的数学处理方法对摄影测量过程中的系统误差进行模拟操作，其中包括摄影机镜头的畸变和底片的变形等，并利用数理统计的方法评定观测值的质量和剔除误差，使成果的可靠性得以保证。目前，摄影测量点位测定精度可达到2-4μm9像片坐标的精度）。取决于摄影机的焦距，地面摄影测量的精度可达到摄影距离的10-5。
地面摄影测量方法在桥梁变形观测的应用中，具有以下优点：
（1）能够同时测定桥墩台上任意点的变形；
（2）可以提供瞬时和完全的三维空间信息；
（3）大大减少了野外测量的工作量；
（4）可以不接触被摄物体；
（5）有了摄影底片，可以观测到桥墩台以前的状态。
对于跨越江河的大桥，应用地面摄影测量方法进行变形观测时，应注意选择适宜的摄影测站位置。
四、注意事项
在桥梁变形测量中，确定合理的测量精度是至关重要的，精度要求过高会使测量工作变得复杂，经费大，时间长；精度太低又会增加变形分析的难度，所估计的变形参数误差变大，甚至得出不正确的结论。桥梁变形观测的精度取决于变形值的大小、变形速度、观测仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测的目的等。一般情况，如果桥梁变形观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值，以确保桥梁的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10-1/20；如果观测的目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比上面这个数值小得多，甚至应采用目前测量手段和测量仪器所能达到的最高精度。
桥梁变形观测的频率取决于变形值的大小、变形速度和观测的目的。一般要求观测次数既能反映出变化的过程，又不遗漏变化的时刻。具体地说，在桥梁建成初期，变形的速度比较快，观测频率要大一些。经过一段时间后，桥梁趋于稳定，可以减少观测次数，但一定要坚持定期观测。
通过变形观测获得的大量可靠资料，可以监视桥梁的状态变化和工作情况，当发生不正常现象时，可及时分析原因，采取措施或改善运营方式，以保证安全。所以说，变形观测是桥梁管理的耳目。另外，利用变形观测资料，还可以验证地基与基础的计算机方法、桥梁结构的设计方法，合理规定不同地基于桥梁结构的允许变形值，为桥梁设计、施工、管理和科学研究提供资料，以保证桥梁设计和施工正确合理和安全使用。