橋梁墩柱水下檢測技術(shù)研究

王彬 吳振磊 蔡林桓 康路遙 許吉羊

摘 要：橋梁水下墩柱常年受到水流沖蝕，易發(fā)生沖刷、淘空、縮頸、破損露筋、鋼筋銹蝕等狀況，本文介紹了多種不同水下檢測技術(shù)在水下墩柱檢測中應(yīng)用的情況，分析了不同技術(shù)應(yīng)用的效果。

關(guān)鍵詞：水下墩柱;沖刷;水下檢測

中圖分類號：U61 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）08-0041-03

1 引言

橋梁作為交通工程的節(jié)點，是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，截至2016年底，全國公路橋梁已達80.53余萬座，尤其是隨著近年來的經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)進步，我國又新建成了一批跨徑大、科技含量高的跨江河、跨海等長大橋梁。橋梁水下結(jié)構(gòu)在常年受到水流沖蝕下，加之施工缺陷、船只碰撞、河床沖刷以及一些河段的非法采砂等活動使得很多橋梁出現(xiàn)橋墩淘空、傾斜、下沉、混凝土沖蝕脫落、破損露筋、鋼筋銹蝕、樁基裸露過高、夾泥和開裂、偏位甚至斷樁等橋梁病害，均會危及橋梁的正常使用。

近年來橋梁管理單位越來越重視橋梁水下墩柱質(zhì)量狀況，檢測單位除了采用傳統(tǒng)的探摸攝像檢測以外，還探索應(yīng)用二維圖像聲吶、三維圖像聲吶、多波束測深系統(tǒng)和三維實時聲吶系統(tǒng)對水下墩柱進行探測，取得了很好的應(yīng)用效果，為橋梁維護管理和設(shè)計單位提供了很好的數(shù)據(jù)參考。

2 橋梁墩柱水下檢測技術(shù)方法

2.1 二維圖像聲吶掃測技術(shù)

二維圖像聲吶是一種通過靜態(tài)機械掃描模式進行作業(yè)的高精度二維成像聲學(xué)設(shè)備，該設(shè)備可以通過側(cè)舷安裝或者坐底兩種方式進行作業(yè)，目前廣泛應(yīng)用于航道整治、橋梁樁基和大壩等水下檢測中。代表性設(shè)備有MS1000單波束高分辨率掃描聲吶。

二維圖像聲吶基于二維掃描聲吶圖像可開展水下目標的發(fā)現(xiàn)、屬性定性判讀、簡單距離量測工作，在流速較小的橋梁檢測中可以垂直墩柱面掃測獲得二維聲圖，對平面上較大的破損可以進行檢測。

2.2 三維圖像聲吶掃測技術(shù)

三維圖像聲吶是一種通過靜態(tài)機械掃描模式進行作業(yè)的高精度三維成像聲學(xué)設(shè)備，該設(shè)備可以通過側(cè)舷安裝或者坐底兩種方式進行作業(yè)，目前廣泛應(yīng)用于航道整治、橋梁樁基和大壩等水下檢測中。代表性設(shè)備有Blue view 5000。

3D機械掃描聲吶每次發(fā)射上百個波束形成一個扇面，通過云臺的水平旋轉(zhuǎn)（Pan）和傾斜變化（Tilt）實現(xiàn)空間場內(nèi)點云數(shù)據(jù)的獲取。在橋梁水下墩柱檢測中可以獲取墩柱的水下三維點云圖，對縮頸、較大尺寸的破損及墩柱附近的沖刷狀況進行檢測。

2.3 二維實時聲吶

二維實時聲吶是一種實時成像的二維聲學(xué)設(shè)備，該設(shè)備可以通過水下機器人、潛水員等多種方式進行水下作業(yè)，可以獲得實時的水下二維聲學(xué)圖像，并可進行精確量測。代表設(shè)備有didson。

二維實時聲吶可以獲取水下目標的聲學(xué)圖像，可以進行平面的量測，對于渾水條件下的墩柱檢測較常規(guī)水下攝像效果要好。

2.4 多波束測深系統(tǒng)

多波束三維成像系統(tǒng)利用多波束原理進行水底測圖和測量水底地貌，是水聲技術(shù)、計算機技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)和數(shù)字化傳感器技術(shù)等多種技術(shù)的高度集成。該系統(tǒng)由波束換能器陣、波束空間位置傳感器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等三部分組成。該系統(tǒng)用于對水下地形地貌進行大范圍全覆蓋測量及水下實時聲納三維圖像顯示，可直觀地看到水下的地形起伏、沖淤情況以及護岸工程的效果。代表設(shè)備有sonic2024。

多波束聲吶垂直發(fā)射大開角扇形波束，一次獲得幾百個水下測深點，可真正實現(xiàn)水下地形的面狀測量，對快速呈現(xiàn)水下床表大比例尺精細地形具有較好的適用性，對于墩柱附近水下沖刷情況可以獲得很好的檢測效果。

2.5 三維實時聲吶系統(tǒng)

實時3D成像聲吶在不移動聲吶的情況下，可以提供完整的水下視角和場景信息。 設(shè)備可以參考地理位置數(shù)據(jù)，無需后期處理，便可實時監(jiān)控水下作業(yè)和觀察移動物體。代表設(shè)備有coda。

三維實時聲吶系統(tǒng)可以通過走航或者定點掃測兩種方式獲取水下三維點云數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集靈活性方面較多波束測深系統(tǒng)更便捷。在橋梁水下墩柱掃測中適用于大范圍的掃測，可以充分了解墩柱附近沖刷情況和墩柱較大的損毀情況。

3 結(jié)語

橋梁由于水文狀況不同，可以實施的水下檢測技術(shù)也不同，檢測單位可以根據(jù)檢測需要采用不同的水下墩柱檢測技術(shù)。掃測墩柱沖刷情況一般采用多波束測深技術(shù)和三維實時聲吶掃測技術(shù)，獲取墩柱破損情況可以采用二維圖像聲吶、三維聲學(xué)聲吶和二維實時聲吶掃測技術(shù)。

參考文獻：

[1]趙建虎.現(xiàn)代海洋測繪[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1997.

[2]肖遠亮，呂曰恒 HS-600F 多波束測繪系統(tǒng)的應(yīng)用與分析[J].氣象水文海洋儀器，2010.

[3]胡國喜 ，繆品柏 橋梁水下基礎(chǔ)檢測技術(shù)應(yīng)用前景[J].公路交通技術(shù)，2012.[4]聶炳林.國內(nèi)外水下檢測與監(jiān)測技術(shù)的新進展[J].中國海洋平臺， 2005.

[5]楊輝 橋梁樁基水下檢測技術(shù)[J].工業(yè)，2016（12）