黎成

（中交建筑集团第四工程有限公司，湖南长沙 410199）

0 引言

近年来，北斗定位技术有了长足进步，采用此项技术开发出了高精度、自动化的监测系统，为桥梁建设智能化跨越发展奠定了坚实基础。我国山地广布，山区桥梁占比高，各类山区地质灾害时有发生。北斗定位技术作为一项新型监测技术，可应用于山区桥梁监测，以显着提高桥梁工程质量，并能够为桥梁实现安全运营提供充分保障。基于此，以某山区桥梁工程为案例，探究北斗定位技术在纠偏定位中的具体应用。

1 工程概况

某山区桥梁属于高速公路的主线桥，建成于2016年年底，其中心桩号为K830+975。该桥梁长度为1392m，宽度为25.5m，桥面纵度最大为3.74%、最小为2.45%。上部结构为T 梁，为预应力混凝土结构，其支座为盆式结构。下部结构采用重力式桥台，为钢筋混凝土结构，墩柱为双柱式，属于钢筋混凝土结构。由于山区的温差较大，受此影响，桥梁会出现较为明显的伸缩变形，这一问题积累到一定程度后，桥梁会出现墩顶位移超限病害[1]。该病害较为常见，因此监测桥梁健康状况时，主要监测桥梁的高墩位移。监测桥梁位移时可采用多种方法，其中GPS 位移监测法应用较广泛，但该监测技术在山区桥梁监测中的应用没有得到推广。而人工监测耗时耗力，监测结果准确度低，且可能发生意外事故。因此在综合比较后，确定使用北斗定位技术进行该山区桥梁高墩监测、纠偏[2]。

2 纠偏监控方案

在该桥梁养护项目的部分结构交界墩处，发现存在墩顶位移超限病害，影响因素如下：首先是支座被腐蚀，导致接触面凹凸不平，影响到摩擦系数；其次是主梁受温差影响出现收缩与扩张，导致桥梁墩身持续出现同向前移，随着位移量不断增大，桥梁墩底弯矩也随之变大，最终使混凝土受到压迫而断裂。墩顶位移超限病害会导致桥墩无法承载较大压力，并使桥梁线形出现明显变化，降低桥梁的耐用性，不利于安全运营[3]。

对该桥墩实施纠偏复位，应依照桥梁维修加固实施方案，并结合公路桥梁结构监测规范文件的相关要求，使用千斤顶进行反向顶推。在此过程中，可将北斗监测站及相关测量设备安装到大桥上，以全面监测桥墩的偏移量及倾斜值[4]。安装过程中，在桥墩顶盖梁一侧及护栏上钻孔安装膨胀螺丝，由此固定三脚架；安装北斗监测站，墩顶盖梁上安装倾角仪。由于山区位置偏远，很难具备市政供电条件，因此所用的各种监测设备，其所需电能都来自太阳能光伏板，同时现场应备齐锂电池用于紧急临时供电。具体纠偏过程如图1 所示。

图1 纠偏过程示意图

3 北斗监测系统

北斗监测系统作为一个综合性的监测预警云平台，其主要功能是向各基础设施提供智能化在线监测服务。北斗监测系统融合北斗定位、精密传感、数字通讯以及云物联等各项技术，在应用中，可进行不断升级，满足实际需求。同时，各类常规传感设备都可匹配应用于此系统。运用此监测系统，可收集各项监测数据，并进行数据存储、分析以及必要的后续开发。通过该系统，监测及预警数据可经传输设备传递至用户，出具完整的监测报告，并提出具体的解决措施，从而为用户顺利高效地开展保养工作奠定基础。

北斗监测系统内容繁多、规模庞大，系统内部含有不同的结构物，并有相应的监测子系统，主要用于收集监测信息，汇总后传输至中央数据库，从而实现完整的数据评估[5]。工程试验过程中，通过北斗监测系统进行监控，主要目的如下：

第一，针对桥梁高墩复位异常情况，通过运用北斗监测系统进行全面监控，及时发现工程建设中的各类潜在问题，并发出预警信息，从而实现纠偏。

第二，对桥梁结构状态实施监控，及时发现桥梁结构方面存在的问题，并快速发出预警信息。

第三，针对桥梁墩柱复位情况实施监测，判断其质量，通过纠偏监测，使桥梁高墩线形符合设计标准。

4 监测数据采集

4.1 人工监测

运用全站仪收集监测数据，锁定存在病害问题的桥墩，在桥墩顶部与底部的中心部位粘贴应变片，以提高监测效果。监测过程中，需准确布置设备，将其与桥墩中心线保持水平状态。一个桥墩监测完毕后，应立即移动全站仪，设置新的监测点[6]。再采用人工方式记录全站仪的位移信息，并做好位移量统计。

4.2 北斗监测

可综合运用北斗监测站与基准站，收集监测站位移信息，并通过卫星定位技术向基准站传递，经过加工处理，继续传输至北斗云平台，最终在用户端显示。北斗智能监测云平台如图2 所示。

图2 北斗智能监测云平台

采用北斗监测技术进行预警及评估，可对比实测值与条件值，分析异动情况及以往监测数据。基于此，分析预测后续发展趋势，分析各项监测数据的相关性，从而对桥梁结构安全及稳定性做出准确评估[7]。所得评估结果若未超出标准值，则表明桥梁不存在安全问题；若超出标准值，表明桥梁存在病害问题，此时系统会发出预警信息[8]。

5 数据结果对比

桥梁高墩纠偏过程中，主要依据位移量来控制水平顶推，测量千斤顶的顶推位移量时，需用到钢尺[9]，每平移2cm 监测一次。由于10 号、22 号纠偏墩出现明显的位移，因此将其选定为对象，对比人工监测及北斗监测数据，两者对比情况如表1 所示。通过分析对比数据可知，两项监测结果的偏差均值都小于3mm，误差的相对标准差都未超过1，表明数据不存在明显的离散。此外，两者具有良好的拟合匹配度，相比较而言，北斗监测数据的传输稳定性更高，两者数据对比如图3 所示。

表1 北斗数据与人工数据对比（单位：mm）

图3 人工测量与北斗一测量数据曲线

经分析可知，利用倾角仪收集到的数据明显超过标准值。由此可判断，纠偏高墩桥梁位移时，其上下节段的墩柱位移变动为非线性，倾斜带有一定的弧度，测量角度变化值远大于实际值，表明利用倾角仪无法准确测量高墩位移。

6 结语

综上所述，随着社会经济的快速发展，我国的山区桥梁建造数量越来越多，因山地崎岖不平，所建桥梁需设计高墩，但由于其抗推刚度较小，受桥梁上部结构传递的水平推力的影响，会出现明显的墩顶位移[10]。基于此，文章对北斗智能监测技术及云平台系统在桥梁纠偏监控中的具体应用方式，并通过与人工测量对比，总结出北斗定位技术的精确度更高，更具可行性。通过运行试验可知，该系统可长期保持稳定运行，并能够快速、准确地传输纠偏山区桥梁的监测数据，从而使相关人员能够掌握桥梁的运营情况，并降低监测成本。此外，为提升监测智能化程度，可在北斗云平台中配置各类传感器，完整收集监测数据并进行全方位评估。相信随着技术水平的不断提升，北斗定位技术也将在桥梁健康监测系统中得到更加充分的应用。