大橋水中墩樁基礎(chǔ)水下檢測施工作業(yè)上新工藝

10月28日，華航潛水作業(yè)公司組織開展了橋梁水下樁基礎(chǔ)檢查工作。

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本次檢查主要針對涉水的大橋橋梁水下樁基礎(chǔ)，其中大橋采用多波束水下檢測方法對河床和墩柱沖刷情況進行判斷，大橋采用探測儀和水下攝影的方法檢測對河床基礎(chǔ)沖刷和墩柱縮頸、磨損及露筋狀況進行判斷。

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目前我國橋梁水下結(jié)構(gòu)的檢測仍讓處于起步階段，甚至在相關(guān)規(guī)范中沒有明確的規(guī)定和要求。既有橋梁水下墩臺、基礎(chǔ)的沖刷以及結(jié)構(gòu)的外觀缺陷如何進行檢測和評估也是橋梁檢測的重要內(nèi)容，隨著技術(shù)的進步這也是我們橋梁管理、養(yǎng)護應(yīng)該關(guān)注的問題。我們近幾年也經(jīng)常能看到“蛙人”對橋梁水下結(jié)構(gòu)檢測的新聞，其實“蛙人”也就是我們常說的潛水員。潛水員對橋梁進行檢測通過潛入水下通過觸摸、觀察等手段來實施檢測，而檢測人員通過潛水員的描述來判斷橋梁水下結(jié)構(gòu)的病害和缺陷。由于橋梁檢測的專業(yè)性很強，因此潛水員的檢測有點類似于“盲人摸象”。本文對橋梁水下結(jié)構(gòu)的檢測方法進行簡單的總結(jié)，以起到拋轉(zhuǎn)引玉引的作用來推動我國橋梁水下檢測技術(shù)的發(fā)展。

一、水下視頻檢測的方法

    水下攝像系統(tǒng)一般包括水下攝像機/攝像探頭、傳輸線纜和圖像采集設(shè)備，水下攝像機和連接線纜要求具有水密性。水下視頻檢測系統(tǒng)檢測時將水下攝像機/攝像探頭下放至水下待檢測的部位，水下攝像機連接的數(shù)據(jù)線纜將圖像傳輸至圖像采集設(shè)備，通過圖像采集設(shè)備來顯示攝像機在水下的位置以及實時采集的圖像。在實施橋梁水下檢測時圖像采集設(shè)備可以進行全過程的錄像，檢測人員可以通過視頻播放來進行后續(xù)結(jié)構(gòu)病害的分析，此外在檢測時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的病害可以進行視頻的截屏，并記錄病害的位置以及截屏病害圖像的編號。圖1是某橋梁水下墩柱采用水下視頻檢測的截圖，圖中顯示攝像機下水至水下的距離為8.7m，從圖中能明顯看出墩柱表面有大量的附著物。

水下視頻檢測系統(tǒng)檢測橋梁時可以采用以下幾種方法：（1）以船只或皮劃艇為載體，將圖像采集設(shè)備放置在船只或皮劃艇上，行至測試位置將水下攝像機通過絞車逐漸下放至水中檢測；（2）水下視頻檢測系統(tǒng)通過潛水員在定位置下潛，攜帶攝像機對橋梁水下結(jié)構(gòu)進行檢測；（3）采用水下橋梁結(jié)構(gòu)檢測時，水下視頻監(jiān)測系統(tǒng)采用水下機器人搭載的方式（見圖2）。

二、水下機器人檢測的方法

    前面在介紹水下視頻系統(tǒng)時介紹了機器人搭載視頻系統(tǒng)的方式，此外水下機器人檢測橋梁水下結(jié)構(gòu)時還可以搭載超短基線定位系統(tǒng)、單波束聲吶、多波束聲吶系統(tǒng)進行水下結(jié)構(gòu)物的掃描、定位和測量工作。

采用水下機器人搭載視頻及多波速二維掃描聲納掃描成像的方法進行水下結(jié)構(gòu)物的檢測。該系統(tǒng)主要功能應(yīng)包括以下幾個方面：

1、水下機器人（ROV）：能夠下潛深度滿足水下檢測要求，能夠通過控制臺控制機器人的運動，機器人應(yīng)采用觀察級機器人；

2、機器人應(yīng)配備導航定位系統(tǒng)，目前通長采用超短基線水聲定位系統(tǒng)。

3、視頻監(jiān)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要搭載在機器人上對結(jié)構(gòu)物的進行監(jiān)測，視頻系統(tǒng)能通過控制系統(tǒng)的顯示屏進行適時顯示，并按要求能進行控制拍攝結(jié)構(gòu)損傷、缺損的照片或視頻資料；

4、二維多波速聲納：在水質(zhì)混濁或想獲得結(jié)構(gòu)物缺損詳細資料時，聲納對結(jié)構(gòu)物進行二維掃面，對結(jié)構(gòu)的缺損進行相對精細的掃描。

5、水下機器人應(yīng)配備機器手 水下檢測可能會在水中遇到復雜的檢測環(huán)境，配備基本的機器手可以在檢測過程中進行必要的控制和操作。

三、水下三維激光掃描系統(tǒng)

目前，雖然水下激光掃描測量系統(tǒng)的作用距離還比較近，但其百倍于聲納的分辨率使得該革命性的技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊，國外已經(jīng)廣泛用于水下建模、仿真、目標重建、水下結(jié)構(gòu)檢測、大壩橋梁安全評估、海洋油氣、核電站檢測、管道變形檢測等領(lǐng)域。水下激光三維掃描產(chǎn)品目前好的產(chǎn)品水下激光掃描儀精度能達到mm級，但其測試距離距結(jié)構(gòu)物距離較近，測試距離在1~5m，而且測試的點云數(shù)據(jù)在構(gòu)建實體模型需要通過CAD或其它專用軟件進行處理。

通過三維激光掃描儀安放在待測橋梁結(jié)構(gòu)物附近的不同的測站進行三維掃描，并將不同測站的數(shù)據(jù)拼接進行點云數(shù)據(jù)的建?？梢詫崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)物的檢測。三維激光掃描技術(shù)在實際橋梁水下結(jié)構(gòu)的應(yīng)用案例較少。圖4為三維激光掃描水下結(jié)構(gòu)物的結(jié)果，左側(cè)為水下結(jié)構(gòu)物的實際照片，右側(cè)為采用三維激光掃描生成的掃描圖。

四、聲吶檢測技術(shù)

目前國內(nèi)外水下目標聲納探測技術(shù)已經(jīng)有很大的進步，出現(xiàn)了很多不同類型、功能各異的聲吶，其中具有高測量效率、高測量精度、高分辨率的多波束勘測技術(shù)適合于大面積的水下測繪作業(yè)。側(cè)掃聲納也是人們常用的水下探測工具。它分為低頻側(cè)掃聲納、高頻側(cè)掃聲納和雙頻側(cè)掃聲納。低頻側(cè)掃聲納非常適合于對水下管線、大推進器、沉船等進行搜索定位。高頻側(cè)掃聲納可提供高分辨率的圖像，盡管其作用距離比低頻側(cè)掃聲納近一些，但較低頻系統(tǒng)能更詳細地顯示目標的細微特征，雙頻側(cè)掃聲納同時具有低頻系統(tǒng)的遠距離和高頻系統(tǒng)的高精度兩個優(yōu)點。此外還有合成孔徑聲吶掃描技術(shù)也可以用于水下結(jié)構(gòu)物的檢測。

   主動聲吶的原理是利用發(fā)射基陣向水中發(fā)射聲脈沖，通過這些脈沖而產(chǎn)生的回聲對水下目標進行測距、定位以及識別。水下機器人利用搭載的聲吶對水下橋墩進行檢測，將機器人游到兩橋墩之間進行360°掃描，并且盡量使機器人靜止不動。如下圖5為某橋采用機器人搭載聲吶掃描的圖像，通過對圖像進行分析可以對結(jié)構(gòu)物的病害情況進行分析。

此外三維聲吶掃描成像檢測技術(shù)可以通過船舶將聲吶掃描系統(tǒng)隨三角架安放在水下橋梁待測結(jié)構(gòu)物的合適位置進行掃描測量，從而對橋梁結(jié)構(gòu)進行檢測。三維全景成像聲納可生成水下地形、結(jié)構(gòu)和目標的高分辨率圖像。聲吶采用緊湊型低重量設(shè)計，便于在三腳架ROV上進行安裝，只需觸動按鈕，三維掃描聲納就會生成水下景象的三維點云。掃描聲納頭和集成的云臺可以生成扇區(qū)掃描和球面掃描數(shù)據(jù)。有史以來第一次，在水下，甚至在低照度或者零可見度的水下環(huán)境，我們可以獲得陸地三維激光掃描一樣的圖像。而且，這種圖像可以與傳統(tǒng)的激光掃描圖像無縫拼接。圖6~圖9為橋梁下部結(jié)構(gòu)采用聲吶進行掃描成像的過程圖。

五、橋梁水下樁基檢測的潛水用氣管理

1、保證潛水員用氣新鮮，空壓機進氣口處不得有任何機械排除氣體或其他可能導致空氣污染的污染源。

2、供給潛水員的用氣量，按常壓計算，每分鐘不得少于8公斤，

3、供給潛水員的空氣純度不得低于98%，氧氣含量在20-22%之間。

三、橋梁水下樁基檢測的潛水作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求

1、潛水作業(yè)前必須先了解或熟悉水下作業(yè)環(huán)境，清楚影響潛水作業(yè)的障礙物，如：漁網(wǎng)，浮漂等。

2、盡量避免夜間作業(yè)，如必須進行夜間作業(yè)要有足夠的照明；

3、潛水作業(yè)區(qū)上方不得進行吊裝等其他作業(yè)