桥梁水下基础检测方法探讨.doc
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桥梁水下基础检测方法探讨.doc
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桥梁水下基础检测方法探讨
邱国阳
[摘要]对于长年处于水下的桥梁墩台基础,由于难以准确检测并及时掌握其运行工况,有可能存在安全隐患。
本文详细介绍了水下基础检测的三种不同方法,分析各自优缺点和适用范围,实例证明了方法的可行性,并提出利用水下机器人(ROV)检测作业应作为今后发展的方向,最后指明了水下机器人(ROV)需要改进的不足之处。
[关键词]桥梁;水下基础检测;水下摄像;水下机器人;潜水
中图分类号:
U446.1文献标识码:
A
Theinspectionmethodresearchofbridgeunderwaterfoundation
Abstract:
Thehealthinformationofthebridgefoundationunderwaterisdifficulttobeaccuratelyinspectedduetothelong-termcoverofwater,sounexpectedsafetyproblemisprobablyexisted.Thispapermainlyintroducesthreemethodtoinspectsuchfoundation,thencomparestheadvantagesandtheapplicationarearespectively.Someinspectionprojectsarediscussedtoprovethefeasibilityofthemethod.AtlastthispaperprospectsthefuturedevelopmentofROVininpectionfieldandpointoutsomedeficiencythatcanbeimproved.
Keyword:
bridge;underwaterfoundationinspection;underwatervideocamera;RemotelyOperatedVehicle;diving
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
作者简介:
从事桥梁检测与评估工作。
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(监控和观测)、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/皮划艇用绳索与被检测墩台固定在一起,检测前在基础上方水面用皮尺或卷尺测量计算出拍摄间距,并将各拍摄点用记号笔/油漆笔做好标记。
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,通过当天水位来确定摄像头起始标高。
拍摄方式为竖向垂直拍摄,摄像头升降移动通过专用吊装设备实现;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,对有问题的重点部位和异常情况,检测技术人员要对缺陷部位采用不同角度进行拍摄,并对缺陷进行语音解说,同时在水下拍摄记录表上做好记录和描述。
在录像或照片上对病害特殊部位要进行编号标记。
图1水下摄像头
图2水下照明器
图3传输电缆
图4监视器
图5伸缩杆
图6组合式水下摄像检测仪工作示意图
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,检测人员搭乘船只接近墩台,派潜水员下水,对位于水位线以下的墩台基础是否发生不许可的冲刷或淘空现象、扩大基础的地基有无侵蚀、桩基础有无破损露筋进行直接观察和判断,并录像记录。
该项检测由检测人员搭乘船只抵达墩台,此时配备管供式潜水装具的潜水员手持带照明设备的水下摄像器材下潜作业,对位于水位线以下的墩台基础是否发生不许可的冲刷或淘空现象、扩大基础的地基有无侵蚀、桩基础有无破损露筋进行直接观察和判断,并配合水面上的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。
现场检测时,潜水员通常还要其携带小块磁铁、铲刀、钢尺、引水定位砣绳及探照灯。
磁铁用来判断基础是否外包钢模板和混凝土基础表面是否有钢筋外露现象;铲刀用来清除基础表面生物和附着物;钢尺用来测量病害位置、大小、深度、面积等数据;探照灯用来照亮检查部位,便于水下检查,同时提高录像效果;引水定位砣绳用来确定病害位置、方位和自由段长度。
①检测范围:
墩台水面线至河床位置。
②移动路线:
为了对有条件的基础进行完整摄像,不留死角,基础将从水面线起,按潜水员距离基础60cm内的俯仰视角范围(约1.5m),被大致等分为若干个此深度范围的区域,在每个深度区域内,潜水员将手持摄像机绕着基础,做环向移动,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,经过潜水员与水面人员之间的联系,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,此时由水面人员根据预定的坐标和水流的影响,大致判定浮标相对基础所在的方向,并结合深度来确定病害的具体位置,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。
对可疑位置,如有水生物覆盖表面,需清除表面覆盖物,进而对病害进行准确判断。
此外,用油漆在墩台上标记枯水期水位,并测量当前水位距盖梁底面的距离。
图7水下监视系统
图8潜水装备系统
图9利用潜水作业方法进行水中桥墩基础检测
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。
按动力范围和作业水深分类,作业型又可分为轻型、中型、大型
和超深型几种。
目前在ROV的基础上,已经研制成功更为先进水下LBC多功能运动车,它是ROV和水下爬行器的完美结合,它具有普通ROV的功能外,还具有爬行器功能。
如果需要仔细观察某一个平面物体,LBC可以转换到爬行器模式,借助四个轮子在平面上自由爬行,可以仔细检查物体表面。
在水下爬行时,显示器上会显示里程表。
另外还具有成像声纳和水下定位系统。
检测人员应根据不同的检测环境以及检测目的选择合适的水下机器人。
现场检测时具体工作流程或方法如下:
1)ROV现场安装布置
作业前需要一艘合适的工作船或水面工作平台,进行ROV系统的布置安装。
2)ROV作业人员配置
ØROV监督:
主要负责水下机器人的各种动作操
作,如对推进器、机械手、监控照明及其缰绳收放等操作。
Ø绞盘操作员兼机械师:
负责ROV入水/出水吊
放作业操作,兼ROV水下运行操作及机械方面维护工作。
Ø驾驶员兼电气师:
当ROV入水出水时,监
控ROV入水/出水情况,及时协调ROV操作员和绞盘操作员的操作配合,兼ROV水下运行操作及电气方面维护工作。
3)ROV作业流程
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,最大游速达3节(1.5m/s)。
Ø定位:
ROV自身携带有水下定位系统及声纳扫
测系统。
ROV水下定位系统适合在宽阔水域,水下无任何参照物的情况下对ROV自身定位,能准确测得三维立体坐标,随时监测ROV所在位置;若水下作业范围内有明显的结构物,则完全可依靠自身声纳扫测系统定位,并可对前方100m范围内物体进行实时扫测,在监视屏上随时显示前方结构物的形状、结构等参数,一目了然地辨别ROV所处位置。
Ø监控与作业:
ROV水下就位后,依靠自身配置
的四套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。
首先ROV沿缰绳返回,同时转动绞盘回收缰绳,遇到紧急情况ROV本体无须出水,可与工作船一起航行紧急撤离。
其他作业程序及要求与组合式水下摄像仪检测方法相同。
图10水下机器人组件
图11水下机器人配件(机械手)
图12LBC水下机器人
图13LBC水下机器人水下作业工作照片
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
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