高架桥墩柱倾斜度的变形监测

1. 问题的提出

倾斜测量是用经纬仪测量建筑物倾斜度随时间而变化的工作，一般在建筑物立面上设置上下两个观测标志，它们的高差为h，用经纬仪把上标志中心位置投影到下标志附近，量取它与下标志中心之间的水平距离s，则s/h＝α就是两标志中心联线的倾斜度。定期地重复观测，就可得知在某时间段内建筑物倾斜度的变化情况［1］。

高架桥在城市道路中已普遍使用，为了保证高架桥的运营安全，测量人员经常要对高架桥的墩柱进行变形监测。这些墩柱一般是又大又高的圆柱形，大多设在汽车不能抵达的地方。我们对墩柱进行倾斜度测量时，不能借助诸如消防车机械臂这样的工具来设置观测标志，通常只能在墩柱两旁大约90度的方向设置两个工作基点，采用方向交会法进行测量。这种方法存在着不足：一是观测工作量大；二是在无明显标志的情况下，两处设站交会的墩柱中心无法重合在一起，测量必定会产生误差；三是由于无多余观测，观测结果提不出精度分析。鉴于这种情况，我们想到了采用免棱镜全站仪对墩柱进行倾斜度测量。

2.采用免棱镜全站仪测量高架桥墩柱倾斜度的方法

2.1墩柱倾斜度计算公式［1］

α＝arc tg(s÷h)

式中：α——墩柱倾斜度

arc tg——反正切函数

s——墩柱顶部中心和底部中心的差值

h——墩柱顶部中心和底部中心的高差

2.2采用免棱镜全站仪测量高架桥墩柱倾斜度的操作方法

2.2.1当我们测量了墩柱顶部中心坐标和底部中心坐标后，通过坐标反算就能计算出墩柱上标志中心位置投影到下标志中心位置之间的水平距离和倾斜方向。加上墩柱顶部中心和底部中心的高差，利用公式α＝arc tg(s÷h) 就能计算出墩柱倾斜度。

2.2.2墩柱中心坐标和高差怎么得到呢？首先在离需要观测的圆形“墩柱”一侧（矩形“墩柱”必须在与墩柱面垂直的一侧）20多米距离的地方设置一个工作基点，使用带有免棱镜测距功能的全站仪，在工作基点上分别对墩柱顶部和底部左右两侧进行水平角观测。观测墩柱顶部或底部左右两侧水平角时，因为有各种原因可能观测不到最顶端或最底端，只能观测到相对的顶端或底端（观测时要求把天顶距记录下来，注意观测墩柱左右两侧水平角时，保持一个天顶距高度不能变）。左右两侧水平角测量后，取平均数就得到了墩柱观测点中心的水平角，加上已知数据换算为方位角，将全站仪对准墩柱顶部和底部，采用免棱镜测距方法进行距离量测和垂直角观测，化算为平距后加上墩柱半径，计算出墩柱顶部和底部中心的坐标和高程，采用反正切函数就得到了“墩柱”的倾斜度。

2.2.3以上是在一个工作基点测量得到了“墩柱”的倾斜度，如果我们在墩柱的另一侧再设置一个工作基点（这两个工作基点与“墩柱”的夹角保持在90度左右），采用以上相同的方法再测量一次，从理论上讲在两站分别测量的两组倾斜度应该是相同的值。如果误差偏大说明观测有粗差，如果误差不大就能计算出两次测量后墩柱上下标志中心位置之间的水平距离较差和倾斜度较差。

3 工程实例分析

3.1工程准备。 近期我单位对当地某立交桥“墩柱3”进行了倾斜度测量。本次测量我们在离“墩柱3”两侧约35米左右的地方设置了两个工作基点，这两个工作基点与“墩柱3”的夹角大致在90度左右，测量仪器采用索佳SET 1130 R3免棱镜测距全站仪（测角标称精度1″测距标称精度2mm 2PPm×D）。按《建筑物变形测量规程》二级变形测量等级要求，水平角观测二测回，测距二测回，每测回四读数［2］。采用坐标系统是独立系；采用高程系统是独立系。

3.2工作方法。 在设置好的两个工作基点上，我们分别对“墩柱3”的顶部和底部左右两侧进行了水平角观测，左右两侧水平角取平均数得到了墩柱中心的水平角，换算为方位角后将全站仪对准墩柱顶部和底部，采用免棱镜测距方法进行距离量测和垂直角观测，化算为平距后加上墩柱半径，计算出墩柱顶部和底部中心的坐标和高程，反解出边长和方位角，采用正切函数得到了“墩 柱3”的倾斜度。

3.3计算数据。

3.4精度分析。 本次观测“顶中心”和“底中心”在“工作基点1”和“工作基点2”两个测站各测一组数据，两站测量倾斜度较差为19.3″。把倾斜度取用平均数后，与观测值比较改正数为9.6″，采用改正数9.6″和平均高差21.537m计算“墩柱3”中心坐标观测误差为 tg 9.6″×21.537＝1.0 mm，说明测量精度良好，不存在粗差。

4. 结束语

随着测量仪器的不断进步，测量手段也不断更新，采用免棱镜全站仪测量高架桥墩柱倾斜度我们作了初步尝试，在此把我们的工作思路和操作方法介绍给工程测量的同行，希望能起到抛砖引玉的作用，把高架桥墩柱变形监测工作搞得更好。