鐵路交通橋梁水下基礎檢測與GPS-RTK技術研究

摘 要：鐵路交通橋梁不僅是基礎設施，更是經濟、社會和技術發展的重要支撐，對現代社會的運行至關重要。水下基礎作為橋梁結構的關鍵支撐部分，其健康狀況直接影響橋梁的安全性和使用壽命。然而，水下環境的復雜性和隱蔽性使得傳統檢測方法面臨諸多挑戰。GPS-RTK（實時動態載波相位差分技術）憑借其高精度、實時性和無需通視的優勢，為鐵路交通橋梁水下基礎檢測提供了新的技術手段。結合某鐵路交通橋梁水下基礎檢測實例分析，在人工檢測和水下成像技術的基礎上，引入GPS-RTK技術進行水下河床地形測量，能夠顯著提升鐵路交通橋梁水下基礎檢測的精度和效率，研究成果不僅推動了GPS-RTK技術在橋梁檢測領域的深入應用，也為這類橋梁的長期安全運營提供了技術保障。

關鍵詞：鐵路交通 水下基礎檢測 水下成像 地形測量

隨著交通運輸網絡的擴展和老化，橋梁的安全性和可靠性變得越來越重要，特別是對于那些跨越水域的橋梁，由于服役環境惡劣，水下基礎結構更容易產生沖刷侵蝕、破損露筋、樁基外露等缺陷，其水下部分的結構健康狀況直接影響到整個橋梁的安全性能。而橋梁檢測是確保橋梁結構安全、延長使用壽命的重要手段，尤其是橋梁水下基礎檢測，因其復雜性和技術挑戰而備受關注。如果不及時修補處理，病害會進一步惡化，可能導致結構的完全破壞?。因此管養單位需要定期對橋梁水下基礎進行監測，以保證橋梁安全。

1 水下基礎檢測現狀

水下檢測技術一般包括人工目視檢測和水下檢測成像技術，如使用水下攝像機等。然而，深水區的橋梁樁基礎檢測由于水流湍急和氣候惡劣，人工檢測難以進行，需要自動化設備如水下機器人、水下聲吶等來進行。水下環境的惡劣條件，如水流湍急、能見度低、水溫變化等，給水下基礎檢測帶來了巨大挑戰。這些條件不僅影響檢測設備的穩定性和精確性，也增加了作業人員的安全風險。

總而言之，鐵路交通橋梁水下基礎檢測難度和檢測重要性尤為突出，本文重點闡述了鐵路交通橋梁水下基礎檢測及GPS-RTK技術研究應用。

2 水下基礎檢測方法

鐵路交通橋梁水下基礎檢測項目包括外觀檢測、結構檢測、地形地貌檢測三部分，其中外觀檢測、結構檢測與常規橋梁檢測項目一致。由于此類橋梁水下基礎檢測，受地形地貌對樁基健康影響程度不同，需開展結合橋梁所處地形地貌特點，應用GPS-RTK技術測深儀結合，對河床斷面形貌進行精確測繪，確保掌握每個樁基附近河床變遷情況，了解樁基外露長度，為后續橋梁健康評級及后續加固方案提供準確的檢測結果支持。具體內容如下。

2.1 外觀檢測

采用目視及探摸檢查，主要檢查樁基結構有無明顯：裂縫、混凝土剝落、露筋、孔洞、基礎淘空、機械損傷和纏繞雜物等。當發現異常部位應進行詳細的檢測，測量該區域面積、深度（或高度）等，并應用相機或攝像機記錄。

2.2 結構檢測

主要測量結構的長度、寬度和高度，圓形橋墩測量其周長或直徑繪制得到結構的三維尺寸。

2.3 河床沖刷檢查

主要對樁基周圍的河床情況進行探摸測量，探摸檢查內容包括樁基四周的沖刷深度、沖刷范圍、沖刷方位、雜物的淤積及樁基附近（3m范圍）河床地質情況等。

2.4 地形地貌

河道橫斷面測量的主要任務是測量出河道斷面線上的各個地形點的高低起伏情況，并繪出河道橫斷面圖，以掌握橋梁橋墩基礎沖刷情況和橋址處河道變遷及河床沖刷、淤積情況。

2.5 周圍環境調查

對橋梁附近村民進行走訪，了解橋址處水位情況、附近河堤或構造物水毀情況；對橋梁上、下游采砂情況進行調查、問詢；對通航河道中船舶類型進行調查。

3 在役鐵路交通橋梁水下基礎檢測實例分析

3.1 橋梁概況

本橋為某專用線鐵路交通特大橋，全橋長度為3426m，由99跨組成。運營時間超過20年之久。主橋上部結構采用58m+100m+58m預應力混凝土連續梁，下部結構采用鋼筋混凝土圓端形橋墩，橋臺均采用耳墻式橋臺，除主橋橋墩采用擴大基礎外，其余均采用鉆孔樁基礎。

3.2 橋梁狀況

該鐵路交通橋梁的主橋基礎長時間浸泡在水中，水下基礎的表面混凝土出現大面積剝落，鋼筋外露，遭受著嚴重的銹蝕。湍急的水流不斷沖擊著水下基礎，使其周邊的河床被沖刷出深坑，大大削弱了基礎的承載能力，對橋梁安全構成威脅。現在采用潛水員人工探摸、水下攝像技術，與GPS-RTK技術測深儀結合對該橋主橋的水下基礎進行檢測。

4 水下基礎檢測結果

4.1 外觀檢測

基礎外觀檢測分析通過橋墩水下探摸配合攝像的檢測方式進行。主要病害表現為：（1）混凝土表面長滿浮游生物、貝類附著，存在沖刷侵蝕、粗骨料外露；（2）混凝土破損、露筋，鋼筋銹蝕；（3）河床沖刷，樁基外露。典型外觀病害如下圖1、圖2。

4.2 河床測量

通過采用GPS-RTK技術測深儀結合技術，智能無人船作為載體，確保RTK數據與測深數據同步傳輸至PC。PC根據水面高程計算水下點的高程坐標，與RTK平面坐標結合，形成三維坐標，進而生成精確的地形圖。將河床斷面本次的檢測結果與上年度檢測結果進行對比可知，橋墩上、下游各25m橫斷面位置河床斷面基本穩定，河床標高最大升高1.803m、最大降低0.902m。

4.3 結構狀態評定

根據外觀檢查結果，對各個構件劣化狀態進行評級，具體檢測結果見表下1。

4.4 河床沖刷檢測結果

河床沖刷影響橋梁樁基的承載力、樁基穩定性，加劇橋梁損壞速度，進而引發結構整體垮塌。因此，在橋梁水下基礎檢測過程中，必須充分考慮河床沖刷對橋梁樁基的影響，表2為該鐵路交通橋梁基礎所在處河床沖刷現狀。

5 結論

（1）水流沖刷是導致水下基礎病害的主要原因之一，加上混凝土施工質量存在一定的缺陷，水流夾雜細沙對樁基迎水面的沖擊和研磨，還有生物腐蝕等多方面作用所致，導致樁基混凝土缺損、露筋、骨料外露等病害。

（2）河床的變化致使原埋入河床的水下基礎外露，甚至部分樁基露出1～6m樁身，GPS-RTK（實時動態）技術起到關鍵作用。

綜上所述，鐵路交通橋梁在我國交通系統中具有至關重要的作用，因此橋梁水下基礎檢測就是一項復雜而重要的工作，發展前景十分廣闊，需要采用更為先進和有效的檢測技術和方法，形成綜合檢測體系，確保橋梁結構的安全和穩定。同時，也需要加強對檢測人員的技術培訓和安全教育，提高檢測效率和質量。

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