中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
文章介紹水下探摸和水下攝像方法對(duì)橋梁的水下基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)的具體方法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)其存在的問(wèn)題，提出采用水下機(jī)器人進(jìn)行檢測(cè)， 具有一定的實(shí)用價(jià)值。
橋梁基礎(chǔ)是橋梁主要的承重結(jié)構(gòu)，其工作狀態(tài)直接影響橋梁的承重能力。橋梁基礎(chǔ)多置于水中，長(zhǎng)期處于復(fù)雜的水文地質(zhì)中，受水流沖刷還經(jīng)常遇到汛期威脅及漂流物的撞擊，特別是近年河道大量抽砂，改變了樁身的自由長(zhǎng)度等人為活動(dòng)的影響，基礎(chǔ)病害日益嚴(yán)重和普遍，這些病害經(jīng)常性檢查時(shí)難于發(fā)現(xiàn)，而且時(shí)刻威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。因些，為確保交通運(yùn)輸安全，對(duì)橋梁水下基礎(chǔ)的檢查、維修、加固已成為當(dāng)前公路部門的當(dāng)務(wù)之急。本人通過(guò)實(shí)際參與的清遠(yuǎn)國(guó)省道橋汾的水下基礎(chǔ)檢查，并結(jié)合前人調(diào)研結(jié)果，主要針對(duì)橋梁水下檢測(cè)的具體方法進(jìn)行分析，結(jié)合橋梁水下樁基礎(chǔ)檢測(cè)中存在的問(wèn)題，提出具有針對(duì)性的建議。
1.橋梁水下基礎(chǔ)常規(guī)檢查方法橋梁基礎(chǔ)水下外觀檢查是使用水下拍照、錄像系統(tǒng)，水下超聲波探傷儀等測(cè)量工具。主要采取水上、水下聯(lián)合檢查，潛水員在水下通過(guò)探摸及目視檢測(cè)，視檢測(cè)時(shí)水質(zhì)情況采用水下錄像機(jī)把檢測(cè)的內(nèi)容顯示到水上監(jiān)視器。檢測(cè)工程師通過(guò)監(jiān)視器和潛水員電話述說(shuō)的內(nèi)容對(duì)檢查內(nèi)容進(jìn)行判斷，對(duì)于作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的混凝土脫落、蜂窩、水下結(jié)構(gòu)裂紋、露筋、孔洞和機(jī)械損傷等缺陷要進(jìn)行水下拍照和定位、定量測(cè)量，垂直位置是潛水員在水下利用量具對(duì)病害與墩臺(tái)(或系梁、樁頂)的相對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量，水平位置是潛水員與水面工作人員聯(lián)合利用定位桿在水上判斷鐘點(diǎn)位(圓樁的水平位置模擬鐘點(diǎn)位)，定量是潛水員在水下利用量具測(cè)量病害的面積、深度等相關(guān)數(shù)據(jù)。
1.1承臺(tái)(或系梁或重力式橋墩基礎(chǔ))的外觀檢查檢測(cè)人員首先通過(guò)目視、探摸，對(duì)承臺(tái)(或系梁或重力式橋墩基礎(chǔ))進(jìn)行一般性外觀檢查。目的是了解結(jié)構(gòu)的表面情況，如有無(wú)機(jī)械損傷、裂縫、腐蝕、露筋、砼(或塊石)脫落等現(xiàn)象以及水生物生長(zhǎng)情況等，潛水員要一邊檢查一邊隨時(shí)報(bào)告檢查的情況，對(duì)于異常情況要通過(guò)潛水電話通知水面進(jìn)行記錄，異常部位潛水員要準(zhǔn)確測(cè)出缺陷的面積，如果有露筋還要測(cè)出每一根鋼筋的長(zhǎng)度和直徑及缺陷的相對(duì)位置(垂直和鐘點(diǎn)定位)。潛水員檢查完后要對(duì)承臺(tái)(或系梁或重力式橋墩基礎(chǔ))外觀進(jìn)行一次錄像，異常部位要拍照。
1.2樁與承臺(tái)(或系梁)連接處樁與承臺(tái)連接處是受力比較集中的部位，檢測(cè)人員需要仔細(xì)檢測(cè)，首先潛水員應(yīng)對(duì)連接處一周進(jìn)行目視檢查，了解連接處的情況，潛水員檢查完后要對(duì)樁與承臺(tái)(或系梁)連接處外觀進(jìn)行一次錄像，異常部位應(yīng)拍照。
1.3混凝土樁的檢測(cè)
(1)無(wú)護(hù)筒保護(hù)的樁。
混凝土樁基檢測(cè)采用目視及探摸檢查，主要檢查混凝土表面有無(wú)明顯:砼脫落、裂縫、露筋、孔洞、縮頸、機(jī)械損傷和纏繞雜物等。檢查時(shí)一般是潛水員先對(duì)樁四周進(jìn)行外觀檢查。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況潛水員要對(duì)樁進(jìn)行一次外觀錄像，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常部位應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，如縮頸、孔洞、露筋、裂縫、砼脫落和機(jī)械損傷等。方法是先將異常部位的水生物、腐蝕物、附著物等清理干凈，然后測(cè)量該處的面積、深度(或高度)以及到參照點(diǎn)的距離和所在的鐘點(diǎn)位等，測(cè)量應(yīng)用相機(jī)記錄下來(lái)。測(cè)量樁的實(shí)際周長(zhǎng)計(jì)算出樁現(xiàn)在的直徑，在報(bào)告中和樁身設(shè)計(jì)直徑進(jìn)行比較分析，計(jì)算出直徑磨損多少，特別是有缺陷處。一般情況下，度量尺等都是必要的設(shè)備。為了進(jìn)一步地調(diào)查在檢測(cè)期間有懷疑的發(fā)現(xiàn)，還應(yīng)備有相關(guān)的清理工具。
(2)有護(hù)筒保護(hù)的樁。
在對(duì)有鋼制護(hù)筒的水中樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，除了按(1)的檢測(cè)方式方法外，還應(yīng)重點(diǎn)檢查鋼護(hù)筒的腐蝕情況、護(hù)筒底部至河床(或承臺(tái))距離及其它異常情況等。對(duì)護(hù)筒進(jìn)行腐蝕檢查時(shí)應(yīng)在護(hù)筒上中下三個(gè)部位(可根據(jù)水深增加測(cè)點(diǎn))用鋼鏟和鋼絲刷進(jìn)行表面清理，清理范圍約為300mm×300mm，然后詳細(xì)觀察護(hù)筒表面的腐蝕程度，如果鋼護(hù)筒沒(méi)有達(dá)到河床面或沒(méi)有與承臺(tái)連接，此處樁身應(yīng)按(1)的要求進(jìn)行檢測(cè)。
(3) 砼擴(kuò)大基礎(chǔ)。砼擴(kuò)大基礎(chǔ)檢測(cè)采用目視及探摸檢查，主要檢查墩基有無(wú)明顯:裂縫、砼脫落、露筋、孔洞、基礎(chǔ)淘空、機(jī)械損傷和纏繞雜物等;檢查時(shí)一般是潛水員先對(duì)墩四周進(jìn)行外觀檢查。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況潛水員要對(duì)墩進(jìn)行一次外觀錄像，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常部位應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，方法是先將異常部位的水生物、腐蝕物、附著物等清理干凈，然后測(cè)量該處的面積、深度(或高度)以及到參照點(diǎn)的距離和所在的鐘點(diǎn)位等，測(cè)量應(yīng)用相機(jī)記錄下來(lái)(水生物、腐蝕物、附著物等清理，拍照?qǐng)D像應(yīng)反映水生物、腐蝕物、附著物等清理前后的效果)。
(4) 石砌體擴(kuò)大基礎(chǔ)。
石砌墩基檢測(cè)采用目視及探摸檢查，主要檢查墩基有無(wú)明顯:裂縫、砌縫剝落、基礎(chǔ)淘空、機(jī)械損傷和纏繞雜物等;檢查時(shí)一般是潛水員先對(duì)墩四周進(jìn)行外觀檢查。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況潛水員要對(duì)墩進(jìn)行一次外觀錄像，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常部位應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，方法同砼擴(kuò)大基礎(chǔ)。
1.4水生物檢測(cè)首先是確定水生物的類別:硬質(zhì)、軟質(zhì)，然后對(duì)其各占比例情況和最大厚度及覆蓋率進(jìn)行測(cè)量。
1.5基礎(chǔ)沖刷檢測(cè)主要對(duì)樁基(或重力式橋墩基礎(chǔ))周圍局部的河床情況進(jìn)行探摸測(cè)量，探摸檢查內(nèi)容包括樁基(或重力式橋墩基礎(chǔ))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(3米范圍)河床地質(zhì)情況，河床地質(zhì)主要是判斷河床表層組成材料及河床回填的材料等;測(cè)量是對(duì)樁基(或重力式橋墩基礎(chǔ))四周河床進(jìn)行測(cè)量并與大橋竣工時(shí)的河床進(jìn)行對(duì)比。
2.橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)中存在的問(wèn)題上述橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)方法中，檢測(cè)結(jié)果能提供較為直觀的基礎(chǔ)外表病害情況和數(shù)據(jù)，能較為詳細(xì)描述河床變遷、沖刷等情況。但在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中還是存在著一些問(wèn)題:
(1)水下目視檢測(cè)法不僅要耗費(fèi)較大的人力、物力，而且還很容易受到環(huán)境的影響; 對(duì)于水下能見(jiàn)度較低( 尤其是水質(zhì)渾濁) 的區(qū)域，即使派有經(jīng)驗(yàn)的潛水員，也很難保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
(2)橋梁水下基礎(chǔ)其混凝土缺陷中的空隙常被水充滿，如使用超聲波法對(duì)其裂縫進(jìn)行檢測(cè)，則很難保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
(3)橋梁損傷檢測(cè)方法大多是依靠人工來(lái)完成的，對(duì)于處于深水區(qū)的橋梁基礎(chǔ)，由于有些區(qū)域水流湍急，氣候環(huán)境惡劣，人工檢測(cè)很難進(jìn)行。
(4)檢測(cè)主要以目測(cè)外觀檢查為主，檢查結(jié)果的評(píng)定也大多是基于表面現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)。
3.橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)新技術(shù)由于現(xiàn)有的橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)方法本身存在上述分析的問(wèn)題和缺陷，應(yīng)用這些方法時(shí)存在諸多困難，因此可運(yùn)用自動(dòng)化設(shè)備的研究成果( 如水下機(jī)器人) 來(lái)進(jìn)行橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合目前橋梁健康監(jiān)測(cè)研究中較為先進(jìn)的損傷識(shí)別技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和綜合診斷，從而建立一個(gè)完整的橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)、診斷與評(píng)估體系。水下機(jī)器人是集水下高技術(shù)于一體的儀器設(shè)備，它集成了動(dòng)力電源、控制、推進(jìn)、導(dǎo)航等儀器設(shè)備，還按照不同的應(yīng)用目的相應(yīng)配置了不同類型的探測(cè)儀器。
水下機(jī)器人是人類智能和各種感官、器官在水下的延伸，可利用水下機(jī)器人進(jìn)行水下檢測(cè)和研究作業(yè)，去完成人類肌體無(wú)法適應(yīng)的各種水下環(huán)境的檢測(cè)、探索和研究。目前已研制的觀測(cè)型水下機(jī)器人可應(yīng)用于代替潛水員觀察和水下設(shè)施檢測(cè)等方面。因而，在橋梁水下基礎(chǔ)的檢測(cè)過(guò)程中，可考慮以遙控水下機(jī)器人為載體，在機(jī)器人上配備淺剖聲吶、高頻成像聲吶等檢測(cè)傳感器，使之成為一個(gè)裝備有聲、光、電等多種先進(jìn)傳感器的綜合體，去實(shí)現(xiàn)橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集。
對(duì)于通過(guò)水下機(jī)器人采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和綜合診斷，可采用工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究中提出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已成功應(yīng)用了濾波、譜估計(jì)、信號(hào)檢測(cè)、系統(tǒng)辨識(shí)、模式識(shí)別等技術(shù)，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別法可有效避免高噪音干擾和模式損失等不利因素。
由于橋梁水下基礎(chǔ)損傷檢測(cè)難以獲得完備的檢測(cè)數(shù)據(jù)，然而利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，并結(jié)合小波分析法，可提取基礎(chǔ)損傷特征和處理檢測(cè)信號(hào)。利用有限的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在無(wú)數(shù)學(xué)模型的情況下，可根據(jù)不完備的數(shù)據(jù)識(shí)別較好地解決非線性和不確定性引起系統(tǒng)的辨識(shí)問(wèn)題。目前，基于誤差反向傳播算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)( BP) 、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)( RBF) 、自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)( ART) 等已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的準(zhǔn)確性是與訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的完整程度有很大的關(guān)系，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集越完整則其準(zhǔn)確性越高。此外，橋梁水下基礎(chǔ)的缺陷診斷與評(píng)估可考慮結(jié)合使用專家系統(tǒng)。如果僅有深厚的理論基礎(chǔ)而沒(méi)有豐富的專家經(jīng)驗(yàn)，或僅有豐富的專家經(jīng)驗(yàn)而沒(méi)有深厚的理論基礎(chǔ)，則診斷與評(píng)估結(jié)果往往會(huì)發(fā)生較大偏離。因?yàn)槿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)具備學(xué)習(xí)能力，但不具備解釋能力; 而專家系統(tǒng)是基于符號(hào)的推理系統(tǒng)，雖具備解釋功能，但獲取知識(shí)困難，因此將專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)，建立損傷智能診斷系統(tǒng)，可綜合診斷橋梁水下基礎(chǔ)病害。
4.結(jié)語(yǔ)橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)尚處在經(jīng)驗(yàn)積累階段，多采用常規(guī)的水下探摸和水下攝像方法對(duì)橋梁的水下樁基進(jìn)行檢測(cè)。隨著橋梁檢測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展，要求具有更為準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)，這客觀上對(duì)橋梁檢測(cè)儀器設(shè)備提出了更高或全新的要求。水下機(jī)器人將極大地豐富和完善水下基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)，更加科學(xué)有效。
