广中江高速项目管理处529000
摘要：使用全站仪免棱镜法对桥梁墩柱进行监测，通过计算得出墩柱的倾斜角度
关键词：全站仪；免棱镜；倾斜度
Abstravt：Thebridgepiercolumnismonitoredbytotalstationwithoutprismmethod，andtheinclinationangleofthepiercolumniscalculated
Keywords：Totalstation；Non–prism；Inclination
1.提出问题
随着我国经济水平的迅猛发展，交通行业对日常通行量的需求日益增长，桥梁作为交通通行的重要构筑物，公路水运交通联系的重要枢纽，而桥梁墩柱作为桥梁的主要承重构件，它的变形监测就变得尤为重要。倾斜度是指物体或斜面倾斜、歪斜的程度，与地面的夹角。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，一般是在建筑物的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。定期重复地进行观测，就可以得到建筑物在某时间段内倾斜度的变化情况。
近年来，大跨径、高净空桥梁在公路通行、城市交通中的应用广泛，为了保证桥梁的运营安全，测量人员经常要对高净空的桥梁墩柱进行变形监测。而这些墩柱大多是高大的圆柱形，跨越江河湖海，一般的交通工具难以抵达。因此我们在对这些墩柱进行倾斜度测量时，设置清晰的观测标志就变得很困难，通常是在墩柱两侧大约90度的方向设置两个工作基点，采用交会的方法进行测量。常规测量方法测量墩柱倾斜度：
（1）形心测量法：观测出桥墩墩身顶部与底部四个棱角共八个点的坐标值，根据几何原理推算出桥墩底部及顶部形心点的坐标，将底部中心与顶部中心形心坐标进行比较，得出顶部偏离底部形心的纵横坐标差，从而确定出桥墩顶部形心的偏离距离及偏离方向，即可通过计算得出桥墩的倾斜度数据。
（2）高低棱角点测量法：通过观测桥墩底部和顶部共8个角点的坐标值，在平面直角坐标系中分别与设计理论值比较对应角点投影的偏差，确定出桥墩顶部角点相对于底部的偏离距离和偏离方向，最终推算出桥墩倾斜度的方法。
以上常规的测量方法虽然能够在不同程度上得到桥墩的倾斜度，但在实际操作中存在的一定的问题和缺陷：
（1）常规测量方法需要角点明确并做好测量观测标志，无论是棱镜还是反光片的设置都存在一定难度，借助桥检车、高空车等辅助手段设置观测标志不现实；
（2）变截面桥墩由于结构复杂和施工误差的存在，使得可供观测的桥墩棱角点不明显，无法准确定位顶部和底部的角点位置，测量有困难；
（3）以上常规测量方法受环境影响没有进行多余观测，影响测量结果的精度分析，采用交会方法进行测量，需要在桥墩的观测方向垂直的位置处设置两个测站，在实际观测中受现场限制难以实现。
综合以上提出的实际问题和缺陷，应用全站仪的免棱镜功能对常规测量方法进行改进，总结出全站仪免棱镜法对桥梁墩柱进行倾斜度测量的方法。
2.全站仪免棱镜法测量原理和方法
所谓全站仪免棱镜法，是指具有免棱镜功能的全站仪不需照准反射棱镜、反射片等专用反射工具即可进行测距，并保证测量精度的一种测量方法，可广泛应用于控制测量、地形测量、施工测量等监测领域中，用于桥墩墩柱的倾斜度测量，可明显提高监测效率。
2.1免棱镜法测量原理
使用免棱镜全站仪测量桥墩高度时，将目标设置为免棱镜，在水平盘制动的情况下，测量同一竖直面内墩柱上下两点间的垂直距离，即得到这两点间的高差，同时测出该两点相对于测站的平距差，将观测数据与设计数据比较分析，即可得出该观测面上下两测点的倾斜度。
2.2墩柱倾斜度计算公式
α＝arctanS/H
式中：α-墩柱的倾斜角度
arctan-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
2.3免棱镜法测量倾斜度方法
（1）首先测量墩柱顶部和底部的中心坐标，通过坐标反算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。利用墩柱顶部中心和底部中心的高差，通过公式倾斜度计算公式得到墩柱的倾斜度。
（2）墩柱中心坐标和高差的测量，在距离观测墩（圆形）的一侧（矩形须在与墩柱面垂直的一侧）20米左右处设置一个工作基点，使用带有免棱镜测距功能的全站仪，在工作基点处分别对墩柱顶部和底部左右两侧的水平角进行观测。观测墩柱顶部或底部左右两侧水平角时，由于各种原因可能无法观测到被测墩柱的最顶端或最底端，只能观测到相对的顶端或底端（观测时记录下天顶距，观测左右两侧水平角时，保持一个天顶距不变）。得到墩柱左右两侧的水平角后，取平均数就是墩柱观测点中心的水平角，换算成方位角，用全站仪免棱镜测距方法对墩柱顶部和底部进行距离和垂直角观测，得到平距后加上墩柱半径，计算出墩柱顶部和底部中心坐标和高程，采用墩柱倾斜度计算公式算出倾斜度。
（3）按照以上方法，在被测墩柱的另一侧设置同样工作基点，使得两个工作基点与墩柱的夹角控制在90度左右，用相同的方法进行同样测量，分析两次测量得到的两组倾斜度，误差偏大说明观测存在粗差，误差不大则计算出两次测量得到的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
仅以广中江高速均安互通E匝道桥4-1#、4-2#墩柱为例，此为圆形墩柱，直径为1200mm，柱高分别为4804mm、4606mm，分别采用免棱镜法和形心测量法进行墩柱倾斜度测量，测量结果见表1，表2。
本次实际量测采用仪器为徕卡TM30全站仪，测距精度为±（1m
m+1ppm），测角精度为0.5″，检测方法采用免棱镜测水平角法，其测站位置如下图所示。
通过表3可知，免棱镜法测量桥梁墩柱倾斜度与传统测量方法误差较小，对于河中或者较高墩柱可省去前期布置坐标点的工作，更具有简便快捷的测量特点。
4．结论和建议
采用全站仪免棱镜法测量高净空、大体积桥墩倾斜度，具有设站灵活、观测方便等优点，由于是免棱镜，很大程度上节约了人力物力和工作时间，提高了工作效率，测量精度高并且可以进行精度分析，从而准确的计算出该桥墩的倾斜度并提高可靠数据。全站仪免棱镜法的应用，有效地解决了高大桥墩观测标志点设置的难题，随着全站仪测距范围的增加和仪器精度的提高，这种方法将会在未来工程测量和建筑变形测量中得到更加广泛的应用和推广。
参考文献：
［1］侯国富、樊炳奎、洪莉芳《建筑工程测量》测绘出版社，1993年6月.
［2］《建筑物变形测量规程》JGJ/T8-97，中华人民共和国建设部，1997年11月.
［3］建设部综合勘察研究设计院.JGJ/T8-97，建筑变形测量规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1998.