橋梁水下基礎(chǔ)檢測方法探討
2015-06-03
1前言
橋梁基礎(chǔ)是橋梁的重要結(jié)構(gòu)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?qū)е聵蛄禾?br />
建設(shè)單位在橋梁建設(shè)時期能利用各種檢測方法來確保施工時期基礎(chǔ)入土部分的安全可靠，如采用開挖、樁基靜載試驗、低應(yīng)變、高應(yīng)變、聲波透射、鉆孔取芯法檢測基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。然而橋梁經(jīng)過一段時間運(yùn)營后，往往會因為基礎(chǔ)混凝土澆筑質(zhì)量差或流水長期沖刷侵蝕等原因而出現(xiàn)病害，如基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)病害的檢測與維護(hù)，對下部結(jié)構(gòu)（墩臺基礎(chǔ)）卻疏于管理，因此水中墩臺基礎(chǔ)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(chǔ)往往位于水面以下或埋置在
土體之中，成橋后，基礎(chǔ)頂面以上已修筑墩臺、梁板等結(jié)構(gòu)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(chǔ)的病害情況。上述管理疏忽以及檢測手段落后等因素均導(dǎo)致墩臺基礎(chǔ)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(jìn)、科學(xué)的檢測手段清晰掌握基礎(chǔ)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(chǔ)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(jī)器人檢測作業(yè)方法進(jìn)行墩臺基礎(chǔ)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(shè)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(chǔ)上方水面將各拍攝點做好標(biāo)記。采用專用吊放設(shè)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(biāo)物表面要保持20～30cm左右的距離(以能看清目標(biāo)物為準(zhǔn))，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(chǔ)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(zhì)比較清、基礎(chǔ)表面無水草等微生物附著且基礎(chǔ)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(chǔ)，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(chǔ)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(shè)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(jié)構(gòu)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(zhì)量和結(jié)構(gòu)物缺陷的各個細(xì)節(jié)及遇到突發(fā)事件的反應(yīng)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(chǔ)60 cm內(nèi)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(nèi)，潛水員360度檢查并拍攝該深度區(qū)域的基礎(chǔ)表面，從而完整的反映結(jié)構(gòu)物在水下的病害情況。
?、?nbsp;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(biāo)尺，判斷病害所在的深度，并在該位置釋放浮標(biāo)，水面人員根據(jù)預(yù)定坐標(biāo)和水流影響，大致判定浮標(biāo)相對基礎(chǔ)所在方向，并結(jié)合深度來確定病害具體位置，在立柱水位線上對應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)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。
④截圖和錄像：對無病害的樁截圖2-3張；對有病害的基礎(chǔ)除進(jìn)行正常截圖外，病害部位應(yīng)從不同角度進(jìn)行截圖，圖片能夠完全反映病害的類型及病害的嚴(yán)重程度。
對水下檢測的影像資料進(jìn)行后期處理，并對缺陷處的描述進(jìn)行錄音解說，最終整合到相應(yīng)視頻文件中去。
潛水檢測的優(yōu)點在于對基礎(chǔ)附近的水質(zhì)要求較低（無論清水、混水均可），在檢測區(qū)域內(nèi)不留死角，且在檢測的同時，可以對一些缺陷進(jìn)行及時修補(bǔ)。缺點是檢測速度慢、檢測費(fèi)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(nèi)（一般不超過60m），潛水檢測基礎(chǔ)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(chǔ)均能實現(xiàn)檢測任務(wù)。
(4)水下機(jī)器人檢測作業(yè)方法。
水下遙控機(jī)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(yīng)根據(jù)不同檢測環(huán)境以及檢測目選擇合適的水下機(jī)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(rèn)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(dá)預(yù)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)器人的推進(jìn)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(jī)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(chǔ)檢測，對于流速較大的橋梁基礎(chǔ)尚不能完成檢測任務(wù)。
3、檢測工程實例
?。?）潛水檢測某橋墩樁基礎(chǔ)
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(chǔ)造成沖刷。為了查明該橋某橋墩樁基礎(chǔ)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(chǔ)。
檢測結(jié)果表明該橋橋墩樁基表面有黃泥夾層和保護(hù)層剝落、露筋現(xiàn)象。
?。?）水下機(jī)器人（ROV）檢測某庫區(qū)橋梁
某庫區(qū)橋梁運(yùn)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(chǔ)是否完好，決定立即對某橋墩基礎(chǔ)實施一次檢測。通過現(xiàn)場實地調(diào)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(jī)器人（ROV）進(jìn)行檢測。
檢測結(jié)果表明被檢測橋墩基礎(chǔ)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(jié) 論
上述三種方法均能應(yīng)用于橋梁墩臺水下基礎(chǔ)檢測，但每種方法都具有各自的優(yōu)缺點，檢測人員應(yīng)該根據(jù)橋梁所處的地形地貌、水流流速以及檢測任務(wù)的差異性選擇合適的方法，最終達(dá)到檢測目的。組合式水下攝像檢測儀可應(yīng)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(chǔ)檢測；只要水深在潛水安全范圍內(nèi)，潛水檢測均可實現(xiàn)；對于深水橋梁，應(yīng)該采用水下機(jī)器人（ROV）進(jìn)行檢測。
雖然目前檢查型水下機(jī)器人（ROV）的推進(jìn)器動力還不足，對于流速較大的橋梁基礎(chǔ)尚不能完成檢測任務(wù)，但水下機(jī)器人（ROV）具有功能強(qiáng)大、作業(yè)水深大、作業(yè)時間長、安全度高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特點，隨著今后推進(jìn)器動力不足問題的解決，必將是橋梁墩臺水下基礎(chǔ)檢測的發(fā)展方向。相信水下遙控機(jī)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(shù)服務(wù)。
