桥梁水下基础检测方法探讨
2015-06-03
1前言
桥梁基础是桥梁的重要结构之一，它不仅承受着桥梁的恒载和活载，还将它传递给地基。因此，它作为桥梁的重要组成部分，一旦出现问题，将会给桥梁带来重大安全隐患，甚至危及桥梁的承载能力或导致桥梁坍塌。
建设单位在桥梁建设时期能利用各种检测方法来确保施工时期基础入土部分的安全可靠，如采用开挖、桩基静载试验、低应变、高应变、声波透射、钻孔取芯法检测基础的施工质量。然而桥梁经过一段时间运营后，往往会因为基础混凝土浇筑质量差或流水长期冲刷侵蚀等原因而出现病害，如基础淘空、倾斜、下沉、混凝土冲蚀、磨损、破损、露筋、锈蚀、夹泥、开裂和缩径等，这些病害均会危及桥梁的正常使用。但目前实际情况是管养单位只重视上部结构病害的检测与维护，对下部结构（墩台基础）却疏于管理，因此水中墩台基础在江水冲刷、漂浮物撞击等作用下，容易出现桥梁倾覆现象。另外，由于基础往往位于水面以下或埋置在
土体之中，成桥后，基础顶面以上已修筑墩台、梁板等结构物，这些现实情况给桥梁检测的顺利实施带来了很大的困难，检测单位无法利用常规检测手
段及时了解成桥后基础的病害情况。上述管理疏忽以及检测手段落后等因素均导致墩台基础成为检测盲区，桥梁容易因此而出现安全事故。
针对上述现状，我们有必要及时采用先进、科学的检测手段清晰掌握基础的病害，确保桥梁安全可靠、适用耐久。本文主要介绍桥梁墩/台基础水中部分的检测方法。
2、检测方法
根据现场检测工作量及检测部位实际情况，检测人员可选用组合式水下摄像检测仪作业方法、潜水检测作业方法以及水下机器人检测作业方法进行墩台基础水中部分检测。
(1)组合式水下摄像检测仪作业方法。
组合式水下摄像检测仪由水下摄像头、水下照明器、传输电缆、监视器、配音系统、专用吊放设备(作为摄像镜头的上下移动装置)以及驳船(作为作业平台使用)组合而成。
检测时，将工作船用绳索与被检测墩台固定在一起，在基础上方水面将各拍摄点做好标记。采用专用吊放设备把摄像头固定在欲检测部位起始原点上，竖向垂直拍摄,拍摄过程中要求镜头与目标物表面要保持20～30cm左右的距离(以能看清目标物为准)，并尽量使移动平稳、匀速。完成一次竖向垂直拍摄后，沿基础表面平移或环绕规定的间距再反向继续拍摄。在拍摄过程中，做好记录和描述。
组合式水下摄像检测仪作业方法的优点在于检测速度快、成本低，并且检测人员作业较安全，缺点是对检测的环境要求比较高，即只有在水质比较清、基础表面无水草等微生物附着且基础在水中部分深度不超过5m的环境下，检测的效果会比较好。因此，它比较适合检测山区桥梁以及平原地区中、小跨径的桥梁基础，而不使用于平原地区的大跨径桥梁以及跨海大桥的基础检测。
(3)潜水检测作业方法。
检测时，由潜水员手持带照明设备的水下摄像器材下潜作业，携带小块磁铁、铲刀、钢尺、引水定位砣绳及探照灯，并配合实时监控录像系统来获取水下结构物的影像资料，潜水员与水面监控人员实时通讯联系，以保证检查摄录影像的质量和结构物缺陷的各个细节及遇到突发事件的反应能力。
① 检测范围：墩台水面线至河床位置。
② 移动路线：从水面线起，按潜水员距离基础60 cm内的俯仰视角范围（约1.5m），大致等分为若干个此深度范围的区域，在每个深度区域内，潜水员360度检查并拍摄该深度区域的基础表面，从而完整的反映结构物在水下的病害情况。
③ 病害定位：如在某一位置发现病害后，由潜水员根据深度表或携带的标尺，判断病害所在的深度，并在该位置释放浮标，水面人员根据预定坐标和水流影响，大致判定浮标相对基础所在方向，并结合深度来确定病害具体位置，在立柱水位线上对应位置进行标识，在记录纸上记录病害发生的桩号、高度、径向位置、录像文件编号并绘制病害方位示意图。
④截图和录像：对无病害的桩截图2-3张；对有病害的基础除进行正常截图外，病害部位应从不同角度进行截图，图片能够完全反映病害的类型及病害的严重程度。
对水下检测的影像资料进行后期处理，并对缺陷处的描述进行录音解说，最终整合到相应视频文件中去。
潜水检测的优点在于对基础附近的水质要求较低（无论清水、混水均可），在检测区域内不留死角，且在检测的同时，可以对一些缺陷进行及时修补。缺点是检测速度慢、检测费用高以及潜水员人身安全威胁较大，特别是在深水、湍急河流以及桥下有沉船等情况下，潜水员容易出现安全事故。从理论上讲，只要潜水深度在生命安全范围内（一般不超过60m），潜水检测基础均能实施。因此，除了坐落于大江大河上的桥梁以及跨海大桥外（一般水深均较深），潜水检测对于一般的大桥、特大桥基础均能实现检测任务。
(4)水下机器人检测作业方法。
水下遥控机器人(英文缩写ROV)潜水有多种，通常可分为小型观察型和作业型两种。检测人员应根据不同检测环境以及检测目选择合适的水下机器人。现场检测时具体工作流程如下：
Ø 入水：首先将ROV摆到船舷以外，监控员
认为满足条件后，通知绞盘操作员开始下放脐带，ROV垂直下水，到达预定水深后停止下放。
Ø 游动：释放缰绳，ROV在操作员的控制下
靠自身的推进系统上下、左右、前后自由游动。
Ø 定位：ROV自身携带有水下定位系统及声
纳扫测系统。
Ø 监控与作业：ROV水下就位后，依靠自身
配置的水下监控摄像机从不同的角度实时监控水下情况，并通过ROV水下操作系统完成各种动作。
Ø 出水：ROV水下完成作业后，不存在如同
潜水员一样水下减压，随时可以撤离。
其他程序与组合式水下摄像仪检测方法相同。
水下机器人检测作业的优点在于能深水检测，这是组合式水下摄像仪检测以及潜水检测无法比拟的优势；缺点是目前水下机器人的推进器动力还不足，一般水下检查作业型的抗水能力是2～4节。因此，检查型的水下机器人目前适合于流速较低跨海桥梁以及库区桥梁的基础检测，对于流速较大的桥梁基础尚不能完成检测任务。
3、检测工程实例
（1）潜水检测某桥墩桩基础
某大桥为高速公路桥梁，汛期时桥下江水较为湍急，容易对入水桥墩桩基础造成冲刷。为了查明该桥某桥墩桩基础病害情况，根据现场条件决定采用人工潜水检测桩基础。
检测结果表明该桥桥墩桩基表面有黄泥夹层和保护层剥落、露筋现象。
（2）水下机器人（ROV）检测某库区桥梁
某库区桥梁运营多年后，发现桥墩出现沉降裂缝，为了查明桥墩基础是否完好，决定立即对某桥墩基础实施一次检测。通过现场实地调查，发现本次检测具有以两个下特点：
Ø 作业区域水较深，若采用潜水检测具有一定的危险性；
Ø 工期紧，必须在汛期前完成检查工作。
针对本次工程项目的特点及施工要求，综合比较后，决定采用水下机器人（ROV）进行检测。
检测结果表明被检测桥墩基础无倾斜、沉降，但表面滋生大量微生物，局部有钢筋外露锈蚀。
4结 论
上述三种方法均能应用于桥梁墩台水下基础检测，但每种方法都具有各自的优缺点，检测人员应该根据桥梁所处的地形地貌、水流流速以及检测任务的差异性选择合适的方法，最终达到检测目的。组合式水下摄像检测仪可应用于山区桥梁以及平原地区中、小跨径的桥梁水中基础检测；只要水深在潜水安全范围内，潜水检测均可实现；对于深水桥梁，应该采用水下机器人（ROV）进行检测。
虽然目前检查型水下机器人（ROV）的推进器动力还不足，对于流速较大的桥梁基础尚不能完成检测任务，但水下机器人（ROV）具有功能强大、作业水深大、作业时间长、安全度高、经济性强等特点，随着今后推进器动力不足问题的解决，必将是桥梁墩台水下基础检测的发展方向。相信水下遥控机器人(ROV)一定会在交通行业充分发挥其巨大优势，提供最好的技术服务。
