CN111750827B - 一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法 - Google Patents

一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，包括以下步骤：在两个临近墩台上分别设置一个沉降观测点和一个转点，在第一墩台和第二墩台上均设置第一测站点和第二测站点，分别采用往返测回方式在四个测站点布设测量仪器测量两个墩台上沉降观测点和转点的数值获得测量数值，根据测量数值确定每个墩台上沉降观测点和转点的高差和两个转点的高差；根据沉降观测点和转点的高差以及两个转点的高差确定往返测高差不符值，所述往返测高差不符值需满足往返测高差不符值限差。本发明方法改进了跨度超过100米的水上墩台沉降观测的传统跨江水准测量方法，观测时无需使用觇标，流程简单，测量效率高、精度可靠。

Description

一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法
技术领域
本发明是一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，涉及桥梁工程测量技术领域。
背景技术
某大桥进行桥台沉降观测的工作，需要测定两个相邻桥台沉降点之间的高差。根据规范要求，沉降观测方法按照二等水准的技术要求进行施测，监测频率最大时为1次/天，且该大桥桥台之间跨径为110m。沉降观测若采用陆地二等水准测量方法，则无法满足最大视距不超过50m的规范要求；再者，规范又明确规定视距超过100m时，必须采用跨河水准。采用规范中的光学测微法进行二等跨河水准，常规测量方法是先确定跨河水准的位置，然后预制特殊觇标然后再测量岸侧倒立尺和跨河点之间的高差，但采用跨河水准测回数较多(需测量8个测回)，耗时较长，难以满足沉降观测的效率要求；制作专门的测量觇标，技术要求高，并且耗时久，费用较高；需固定跨河点的位置并测量岸侧立尺点和跨河点的高差，准备工作较多。所以对于视距超过100m的宽水域大跨度墩台观测需求，采用常规的方法耗时久、效率低且耗费高。
发明内容
本发明旨在解决目前采用常规的方法对于视距超过100m的宽水域大跨度墩台观测耗时久、效率低且耗费高的技术问题，提供一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。
提供一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，包括以下步骤：
在两个临近墩台上分别设置一个沉降观测点和一个转点，两个转点处于两个观测点连线之间；在第一墩台和第二墩台上均设置第一测站点和第二测站点，所述测站点均与两个转点通视，所述第一测站点和第二测站点均位于其所在墩台上的沉降观测点和转点连线之间，所述第一测站点保持前后视距相等；所述第二测站点与其所在墩台上转点具有设定距离，所述设定距离小于其所在墩台上第一测站点前视距或后视距；
分别在四个测站点布设测量仪器，利用测量仪器采用往返测回方式分别测量两个墩台上沉降观测点和转点获得测量数值，根据测量数值确定每个墩台上沉降观测点和转点的高差和两个转点的高差，所述测量数值需满足预先设定的基辅分划读数差限差和预先设定的基辅分划所测高差之差限差；
根据沉降观测点和转点的高差以及两个转点的高差确定往返测高差不符值，所述往返测高差不符值需满足往返测高差不符值限差。
进一步地，所述往返测高差不符值Δ的表达公式如下：
Figure GDA0002628590530000021
其中
Figure GDA0002628590530000022
表示往测沉降观测点CJ5和沉降观测点CJ6的高差，
Figure GDA0002628590530000023
表示返测沉降观测点CJ5和沉降观测点CJ6的高差，
Figure GDA0002628590530000031
h1表示往测测回中在第一墩台上设置的第一测站点测得的该墩台上沉降点与该墩台上转点的高差；h2表示往测测回中在第一墩台上设置的第二测站点测得的两个转点的高差；h3表示往测测回中在第二墩台上设置的第二观测点测得的两个转点的高差；h4表示往测测回中在第二墩台上设置的第一观测点测得的该墩台上沉降点与该墩台上转点的高差。
Figure GDA0002628590530000032
h’1表示返测测回中在第二墩台上设置的第一测站点测得的该墩台上沉降点与该墩台上转点的高差；h’2表示返测测回中在第二墩台上设置的第二测站点测得的两个转点的高差；h’3表示返测测回中在第一墩台上设置的第二观测点测得的两个转点的高差；h’4表示返测测回中在第一墩台上设置的第一观测点测得的该墩台上沉降点与该墩台上转点的高差。
进一步地，所述预先设定的基辅分划读数差限差采用100m视线长度时的基辅分划读数差限差0.6mm。
进一步地，所述预先设定的基辅分划所测高差之差限差采用100m视线长度时的基辅分划所测高差之差0.8mm。
进一步地，第二测站点与其所处墩台上转点的设定距离为3米。
进一步地，所述测量仪器采用NA2精密光学水准仪配合GPM3平板测微器。
有益技术效果：针对某大桥桥台沉降观测遇到的问题，为了提高工作效率，可以更准确、高效的测量每个桥台之间的高差，本发明方法改进了跨度超过100米的水上墩台沉降观测的传统跨江水准测量方法，观测时无需使用觇标，流程简单，测量效率高、精度可靠。
新型测量方法是先在桥台两侧选择两个转点，并利用转点进行高差传递，确保每个点之间的后视与前视距离一致，并且在进行远站读数时，保证两次焦距相等，以减少读数误差，然后进行限差计算，最后进行数据处理。根据实际情况，数据结果满足限差要求，并且节省了人力物力，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明具体实施例往测测回测得在第一墩台上设置的第一测站点测得的该墩台上沉降点与转点的高差；
图2为本发明具体实施例往测测回测得第一墩台上设置的第二测站点测得的两个转点的高差；
图3为本发明具体实施例往测测回测得在第二墩台上设置的第二观测点测得的两个转点的高差；
图4为本发明具体实施例往测测回测得在第二墩台上设置的第一观测点测得的该墩台上沉降点与转点的高差。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明方法做进一步说明。
实施例一、一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，如图1～图4所示，图中5#和6#为两个相邻墩台；在5#墩台上设置一个沉降观测点CJ5和一个转点Z1，在6#墩台上设置一个沉降观测点CJ6和一个转点Z2，两个转点Z1和Z2处于两个观测点CJ5和CJ6连线之间，也就是转点Z1、转点Z2、观测点CJ5和观测点CJ6在一条线上；
在第一墩台和第二墩台上均设置第一测站点和第二测站点，所述测站点均与两个转点通视，图中5#墩台第一测站点位于其所在墩台上的沉降观测点CJ5和转点Z1连线之间并保持前后视距相等；5#墩台第二测站点同样位于其所在墩台上的沉降观测点CJ5和转点Z1连线之间，如图所示5#墩台上两个测站点均位于转点Z2和转点Z1的延伸线上，第二测站点与其所在墩台上转点Z1具有设定距离，所述设定距离小于第一测站点前视距或后视距；图中6#墩台第一测站点和第二测站点均位于其所述墩台上的沉降观测点和转点连线之间，如图所示6#墩台上两个测站点均位于转点Z2和转点Z1的延伸线上；第一测站点保持与沉降观测点和转点之间的前后视距相等；6#墩台第二测站点其所在墩台上转点Z2具有设定距离，该设定距离小于第一测站点前视距或后视距。本实施例中的设定距离取3米，兼顾了仪器设备的最短视线，使得测试可行性更强。
分别在四个测站点布设测量仪器，利用测量仪器采用往返测回方式分别测量两个墩台上沉降观测点和转点的数值获得测量数值，根据测量数值确定每个墩台上沉降观测点和转点的高差和两个转点的高差，所述测量数值需满足预先设定的基辅分划读数差限差和预先设定的基辅分划所测高差之差限差；
根据沉降观测点和转点的高差以及两个转点的高差确定往返测高差不符值，所述往返测高差不符值需满足往返测高差不符值限差。
如图1，将水准仪放在5#墩台上CJ5与Z1之间第一测站点上，保持前后视距相等，先读CJ5读数再读Z1读数，测量沉降点CJ5与转点Z1的高差h1。
测量完高差h1，将仪器搬至5#墩台上如图2所示位置的第二测站点，第二测站点与Z1距离为3m，第二测站点位于其所在墩台上的沉降观测点CJ5和转点Z1连线之间，并且5#墩台上第二测试点位于5#墩台转点Z1和6#墩台转点Z2的延伸线上；先读Z1读数再读Z2读数，测得高差h2。
将仪器搬至6#墩台上如图3所示位置第二测站点，保持焦距不变，第二测站点与其所处墩台上转点Z2具有设定距离(本实施例设定3m)，第二测站点位于其所在墩台上的沉降观测点CJ6和转点Z2连线之间，且第二测站点位5#墩台转点Z1和6#墩台转点Z2岁的延伸线上。一般来说，距离过近，仪器的望远镜不能正常读数，只有保证在最短视距以外，才能有效读数，本实施例中综合考虑了使用的水准仪的最短视距为3m，5#墩台和6#墩台第二测站点与转点距离都为3m。
先读转点Z1读数再读转点Z2读数，测得高差h3。将仪器搬至6#墩台上如图4所示位置第一测站点，6#墩台第一测站点位于其所在墩台上的沉降观测点CJ6和转点Z2连线之间，保持前后视距相等，先读转点Z2读数再读沉降观测点CJ6读数，测得高差h4。
上述过程为往测测回，
Figure GDA0002628590530000061
然后调换尺子，将前尺变成后尺，从CJ6开始重复这一过程，完成返测测回，计算高差得
Figure GDA0002628590530000062
往返测高差不符值
Figure GDA0002628590530000071
其中5#墩台上的第一测站点与6#墩台上的第一测站点的目的是确保5#墩台上的第一测站点与6#墩台上的第一测站点的近站与远站的距离相同，且5#墩台上的第二测站点与6#墩台上的第二测站点读远站读数时，焦距不变，目的是为了减少读数误差。本实施例中水准仪采用带有测微器GPM3的徕卡NA2。
本实施例通过将第一测站点、第二测站点位于其墩台上的沉降观测点和转点之间并，第一测站点保持前后视距相等，第二测站点与其所处墩台上转点具有设定距离，使测量更高效便捷，数据结果满足限差要求，并且节省了人力物力，大大提高了工作效率，适用于宽水域大跨度墩台沉降观测。如图所示，可选地，转点Z1和Z2选择在各墩台的边缘，转点与其所在墩台的边缘之间的距离小于预设阈值，预设阈值根据实际情况设定，这样可以使视线距离尽可能最短，提高测试效率和测量精度。
本发明宽水域大跨度墩台沉降观测方法中转点Z1和Z2中间下面都是水域，测站点设置与墩台上转点和观测点之间，由于离地面越近的大气层受辐射影响，从陆地到水面光的传播会产生折射，为平衡折射光的影响，尽可能缩短观测的视线长度，取第二测站点与第一测站点位于转点Z1和Z2的延伸线上，这样能够保证在5#、6#墩台上分别架设的第二测站的观测视线是相同的，这也就是h2和h3取平均的前提条件，减小误差，进一步提高了测量精度，减少了读数误差，使工作效率大大提高。
本实施例提供了一种在宽阔水域中对大跨度(跨度超过100m)的水上墩台进行沉降观测的方法。该方法采用精密光学水准仪配合测微器进行测量作业，具有无需制作专用觇标、无需提前测量跨河点和近岸点高差，测回数量大大减少等优点，起到了观测快速、省工省时的效果。
实施例二、在以上实施例基础上，本实施例中所述预先设定的基辅分划读数差限差采用100m视线长度时的基辅分划读数差限差0.6mm；
所述预先设定的基辅分划所测高差之差限差采用100m视线长度时的基辅分划所测高差之差0.8mm。具体计算方法如下：
2.1)计算100m视线长度时的基辅分划读数差限差：
视线长度为50m时，一测站基辅分划读数限差为0.4mm。按照2倍中误差为极限限差的要求，则基辅分划读数中误差为：
Figure GDA0002628590530000081
按照
Figure GDA0002628590530000082
取视线为100m，则
Figure GDA0002628590530000083
取2倍中误差为极限限差，则视线长度为100m时，一测站基辅分划读数限差Δ基辅＝2m基辅读数(100m)＝0.566。四舍五入后，取Δ基辅＝0.6。即视线长度为100m时，一测站基辅分划读数限差为0.6mm。
2.2)计算100m视线长度时的基辅分划所测高差之差：
Δh＝(后基-后辅)-(前基-前辅)
由上式可知，
Figure GDA0002628590530000084
取2倍中误差作为极限误差，则：
Figure GDA0002628590530000085
即100m视线长度时的基辅分划所测高差之差限差为0.8mm。
往返测高差不符值限差根据水准测量往返测高差不符值根据标准确定，即
Figure GDA0002628590530000091
其中k为线路或测段长度。
该实例为某跨江大桥的水上连续墩，跨径为112m，水上段全长2352m。根据设计要求，该跨江大桥需进行墩台沉降观测，观测按照二等水准测量精度，观测频率为1次/2天。为开展水上段墩台的沉降观测，测量仪器选用NA2精密光学水准仪(标称精度0.7mm/km)配合GPM3平板测微器(标称精度：0.3mm)。
测量时按照本发明的相应要求开展测量工作。为保证满足二等水准的精度要求，限差取100m视线长度的相应要求。部分墩台间进行了6期或12期的观测数据统计，如表1所示。
表1部分墩台间多期观测数据统计表
Figure GDA0002628590530000092
由上表可知，观测数据均满足二等规范要求。
本发明方法改进了跨度超过100米的水上墩台沉降观测的传统跨江水准测量方法，是适用于宽水域大跨径桥台沉降点之间高差测定的一种方法，观测时无需使用觇标，流程简单，测量效率高、精度可靠。
新型测量方法是先在桥台两侧选择两个转点，并利用转点进行高差传递，确保每个点之间的后视与前视距离一致，并且在进行远站读数时，保证两次焦距相等，以减少读数误差，然后进行限差计算，最后进行数据处理。根据实际情况，数据结果满足限差要求，并且节省了人力物力，大大提高了工作效率。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的***实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器、内存、只读存储器、电可编程、电可擦除可编程、寄存器、硬盘、可移动磁盘、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下。

Claims (8)

1.一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在两个临近墩台上分别设置一个沉降观测点和一个转点，两个转点处于两个沉降观测点连线之间；在第一墩台和第二墩台上均设置第一测站点和第二测站点，所述第一测站点和所述第二测站点均与两个转点通视，每个墩台上的所述第一测站点和第二测站点均位于其所在墩台上的沉降观测点和转点连线之间，所述第一测站点保持前后视距相等；所述第二测站点与其所在墩台上的转点具有设定距离，所述设定距离小于其所在墩台上第一测站点前后视距；
分别在四个测站点布设测量仪器，利用测量仪器采用往返测回方式分别测量两个墩台上沉降观测点和转点获得测量数值，根据测量数值确定每个墩台上沉降观测点和转点的高差和两个转点的高差，所述测量数值需满足预先设定的基辅分划读数差限差和预先设定的基辅分划所测高差之差限差；
根据沉降观测点和转点的高差以及两个转点的高差确定往返测高差不符值，所述往返测高差不符值需满足往返测高差不符值限差。
2.根据权利要求1所述的一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，所述往返测高差不符值Δ的表达公式如下：
Figure FDA0003299180230000011
其中
Figure FDA0003299180230000012
表示往测沉降观测点CJ5和沉降观测点CJ6的高差，
Figure FDA0003299180230000013
表示返测沉降观测点CJ5和沉降观测点CJ6的高差，
Figure FDA0003299180230000021
h1表示往测测回中在第一墩台上设置的第一测站点测得的该墩台上沉降观测点与该墩台上转点的高差；h2表示往测测回中在第一墩台上设置的第二测站点测得的两个转点的高差；h3表示往测测回中在第二墩台上设置的第二测站点测得的两个转点的高差；h4表示往测测回中在第二墩台上设置的第一测站点测得的该墩台上沉降观测点与该墩台上转点的高差；
Figure FDA0003299180230000022
h’1表示返测测回中在第二墩台上设置的第一测站点测得的该墩台上沉降观测点与该墩台上转点的高差；h’2表示返测测回中在第二墩台上设置的第二测站点测得的两个转点的高差；h’3表示返测测回中在第一墩台上设置的第二测站点测得的两个转点的高差；h’4表示返测测回中在第一墩台上设置的第一测站点测得的该墩台上沉降观测点与该墩台上转点的高差。
3.根据权利要求1所述的一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，所述预先设定的基辅分划读数差限差采用100m视线长度时的基辅分划读数差限差0.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，所述预先设定的基辅分划所测高差之差限差采用100m视线长度时的基辅分划所测高差之差0.8mm。
5.根据权利要求1所述的一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，第二测站点与其所处墩台上转点的设定距离为3米。
6.根据权利要求1所述的一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，所述测量仪器采用NA2精密光学水准仪配合GPM3平板测微器。
7.根据权利要求1所述的一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，所述设定距离选择3米。
8.根据权利要求1所述的一种宽水域大跨度墩台沉降观测方法，其特征在于，所述转点与其所在墩台的边缘之间的距离小于预设阈值。
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