橋梁水下基礎檢測方法探討
2015-06-03
1前言
橋梁基礎是橋梁的重要結構之一，它不僅承受著橋梁的恒載和活載，還將它傳遞給地基。因此，它作為橋梁的重要組成部分，一旦出現(xiàn)問題，將會給橋梁帶來重大安全隱患，甚至危及橋梁的承載能力或導致橋梁坍塌。
建設單位在橋梁建設時期能利用各種檢測方法來確保施工時期基礎入土部分的安全可靠，如采用開挖、樁基靜載試驗、低應變、高應變、聲波透射、鉆孔取芯法檢測基礎的施工質量。然而橋梁經過一段時間運營后，往往會因為基礎混凝土澆筑質量差或流水長期沖刷侵蝕等原因而出現(xiàn)病害，如基礎淘空、傾斜、下沉、混凝土沖蝕、磨損、破損、露筋、銹蝕、夾泥、開裂和縮徑等，這些病害均會危及橋梁的正常使用。但目前實際情況是管養(yǎng)單位只重視上部結構病害的檢測與維護，對下部結構（墩臺基礎）卻疏于管理，因此水中墩臺基礎在江水沖刷、漂浮物撞擊等作用下，容易出現(xiàn)橋梁傾覆現(xiàn)象。另外，由于基礎往往位于水面以下或埋置在
土體之中，成橋后，基礎頂面以上已修筑墩臺、梁板等結構物，這些現(xiàn)實情況給橋梁檢測的順利實施帶來了很大的困難，檢測單位無法利用常規(guī)檢測手
段及時了解成橋后基礎的病害情況。上述管理疏忽以及檢測手段落后等因素均導致墩臺基礎成為檢測盲區(qū)，橋梁容易因此而出現(xiàn)安全事故。
針對上述現(xiàn)狀，我們有必要及時采用先進、科學的檢測手段清晰掌握基礎的病害，確保橋梁安全可靠、適用耐久。本文主要介紹橋梁墩/臺基礎水中部分的檢測方法。
2、檢測方法
根據(jù)現(xiàn)場檢測工作量及檢測部位實際情況，檢測人員可選用組合式水下攝像檢測儀作業(yè)方法、潛水檢測作業(yè)方法以及水下機器人檢測作業(yè)方法進行墩臺基礎水中部分檢測。
(1)組合式水下攝像檢測儀作業(yè)方法。
組合式水下攝像檢測儀由水下攝像頭、水下照明器、傳輸電纜、監(jiān)視器、配音系統(tǒng)、專用吊放設備(作為攝像鏡頭的上下移動裝置)以及駁船(作為作業(yè)平臺使用)組合而成。
檢測時，將工作船用繩索與被檢測墩臺固定在一起，在基礎上方水面將各拍攝點做好標記。采用專用吊放設備把攝像頭固定在欲檢測部位起始原點上，豎向垂直拍攝,拍攝過程中要求鏡頭與目標物表面要保持20～30cm左右的距離(以能看清目標物為準)，并盡量使移動平穩(wěn)、勻速。完成一次豎向垂直拍攝后，沿基礎表面平移或環(huán)繞規(guī)定的間距再反向繼續(xù)拍攝。在拍攝過程中，做好記錄和描述。
組合式水下攝像檢測儀作業(yè)方法的優(yōu)點在于檢測速度快、成本低，并且檢測人員作業(yè)較安全，缺點是對檢測的環(huán)境要求比較高，即只有在水質比較清、基礎表面無水草等微生物附著且基礎在水中部分深度不超過5m的環(huán)境下，檢測的效果會比較好。因此，它比較適合檢測山區(qū)橋梁以及平原地區(qū)中、小跨徑的橋梁基礎，而不使用于平原地區(qū)的大跨徑橋梁以及跨海大橋的基礎檢測。
(3)潛水檢測作業(yè)方法。
檢測時，由潛水員手持帶照明設備的水下攝像器材下潛作業(yè)，攜帶小塊磁鐵、鏟刀、鋼尺、引水定位砣繩及探照燈，并配合實時監(jiān)控錄像系統(tǒng)來獲取水下結構物的影像資料，潛水員與水面監(jiān)控人員實時通訊聯(lián)系，以保證檢查攝錄影像的質量和結構物缺陷的各個細節(jié)及遇到突發(fā)事件的反應能力。
?、?nbsp;檢測范圍：墩臺水面線至河床位置。
?、?nbsp;移動路線：從水面線起，按潛水員距離基礎60 cm內的俯仰視角范圍（約1.5m），大致等分為若干個此深度范圍的區(qū)域，在每個深度區(qū)域內，潛水員360度檢查并拍攝該深度區(qū)域的基礎表面，從而完整的反映結構物在水下的病害情況。
③ 病害定位：如在某一位置發(fā)現(xiàn)病害后，由潛水員根據(jù)深度表或攜帶的標尺，判斷病害所在的深度，并在該位置釋放浮標，水面人員根據(jù)預定坐標和水流影響，大致判定浮標相對基礎所在方向，并結合深度來確定病害具體位置，在立柱水位線上對應位置進行標識，在記錄紙上記錄病害發(fā)生的樁號、高度、徑向位置、錄像文件編號并繪制病害方位示意圖。
?、芙貓D和錄像：對無病害的樁截圖2-3張；對有病害的基礎除進行正常截圖外，病害部位應從不同角度進行截圖，圖片能夠完全反映病害的類型及病害的嚴重程度。
對水下檢測的影像資料進行后期處理，并對缺陷處的描述進行錄音解說，最終整合到相應視頻文件中去。
潛水檢測的優(yōu)點在于對基礎附近的水質要求較低（無論清水、混水均可），在檢測區(qū)域內不留死角，且在檢測的同時，可以對一些缺陷進行及時修補。缺點是檢測速度慢、檢測費用高以及潛水員人身安全威脅較大，特別是在深水、湍急河流以及橋下有沉船等情況下，潛水員容易出現(xiàn)安全事故。從理論上講，只要潛水深度在生命安全范圍內（一般不超過60m），潛水檢測基礎均能實施。因此，除了坐落于大江大河上的橋梁以及跨海大橋外（一般水深均較深），潛水檢測對于一般的大橋、特大橋基礎均能實現(xiàn)檢測任務。
(4)水下機器人檢測作業(yè)方法。
水下遙控機器人(英文縮寫ROV)潛水有多種，通常可分為小型觀察型和作業(yè)型兩種。檢測人員應根據(jù)不同檢測環(huán)境以及檢測目選擇合適的水下機器人?，F(xiàn)場檢測時具體工作流程如下：
Ø 入水：首先將ROV擺到船舷以外，監(jiān)控員
認為滿足條件后，通知絞盤操作員開始下放臍帶，ROV垂直下水，到達預定水深后停止下放。
Ø 游動：釋放韁繩，ROV在操作員的控制下
靠自身的推進系統(tǒng)上下、左右、前后自由游動。
Ø 定位：ROV自身攜帶有水下定位系統(tǒng)及聲
納掃測系統(tǒng)。
Ø 監(jiān)控與作業(yè)：ROV水下就位后，依靠自身
配置的水下監(jiān)控攝像機從不同的角度實時監(jiān)控水下情況，并通過ROV水下操作系統(tǒng)完成各種動作。
Ø 出水：ROV水下完成作業(yè)后，不存在如同
潛水員一樣水下減壓，隨時可以撤離。
其他程序與組合式水下攝像儀檢測方法相同。
水下機器人檢測作業(yè)的優(yōu)點在于能深水檢測，這是組合式水下攝像儀檢測以及潛水檢測無法比擬的優(yōu)勢；缺點是目前水下機器人的推進器動力還不足，一般水下檢查作業(yè)型的抗水能力是2～4節(jié)。因此，檢查型的水下機器人目前適合于流速較低跨海橋梁以及庫區(qū)橋梁的基礎檢測，對于流速較大的橋梁基礎尚不能完成檢測任務。
3、檢測工程實例
?。?）潛水檢測某橋墩樁基礎
某大橋為高速公路橋梁，汛期時橋下江水較為湍急，容易對入水橋墩樁基礎造成沖刷。為了查明該橋某橋墩樁基礎病害情況，根據(jù)現(xiàn)場條件決定采用人工潛水檢測樁基礎。
檢測結果表明該橋橋墩樁基表面有黃泥夾層和保護層剝落、露筋現(xiàn)象。
（2）水下機器人（ROV）檢測某庫區(qū)橋梁
某庫區(qū)橋梁運營多年后，發(fā)現(xiàn)橋墩出現(xiàn)沉降裂縫，為了查明橋墩基礎是否完好，決定立即對某橋墩基礎實施一次檢測。通過現(xiàn)場實地調查，發(fā)現(xiàn)本次檢測具有以兩個下特點：
Ø 作業(yè)區(qū)域水較深，若采用潛水檢測具有一定的危險性；
Ø 工期緊，必須在汛期前完成檢查工作。
針對本次工程項目的特點及施工要求，綜合比較后，決定采用水下機器人（ROV）進行檢測。
檢測結果表明被檢測橋墩基礎無傾斜、沉降，但表面滋生大量微生物，局部有鋼筋外露銹蝕。
4結 論
上述三種方法均能應用于橋梁墩臺水下基礎檢測，但每種方法都具有各自的優(yōu)缺點，檢測人員應該根據(jù)橋梁所處的地形地貌、水流流速以及檢測任務的差異性選擇合適的方法，最終達到檢測目的。組合式水下攝像檢測儀可應用于山區(qū)橋梁以及平原地區(qū)中、小跨徑的橋梁水中基礎檢測；只要水深在潛水安全范圍內，潛水檢測均可實現(xiàn)；對于深水橋梁，應該采用水下機器人（ROV）進行檢測。
雖然目前檢查型水下機器人（ROV）的推進器動力還不足，對于流速較大的橋梁基礎尚不能完成檢測任務，但水下機器人（ROV）具有功能強大、作業(yè)水深大、作業(yè)時間長、安全度高、經濟性強等特點，隨著今后推進器動力不足問題的解決，必將是橋梁墩臺水下基礎檢測的發(fā)展方向。相信水下遙控機器人(ROV)一定會在交通行業(yè)充分發(fā)揮其巨大優(yōu)勢，提供最好的技術服務。
