水中結(jié)構(gòu)物成像檢測(cè)技術(shù)適用性分析及實(shí)例

張鍇

摘 要：文章基于水中橋梁樁基病害類(lèi)型，介紹了水中結(jié)構(gòu)物常用的檢測(cè)方法，分析比較了目視法、成像法、應(yīng)力波法等在橋梁檢測(cè)中應(yīng)用的適宜性，并在實(shí)際工程中通過(guò)研發(fā)的簡(jiǎn)便的攝像頭下放和回收裝置，較好地完成了水中結(jié)構(gòu)物病害檢測(cè)工作。

關(guān)鍵詞：水中基礎(chǔ) 成像檢測(cè) 目視檢查

1.水中橋梁樁基病害類(lèi)型

我國(guó)現(xiàn)有的橋梁水中結(jié)構(gòu)物多數(shù)為水中基礎(chǔ)，如群樁基礎(chǔ)，樁柱式基礎(chǔ)以及沉井基礎(chǔ)等，這些基礎(chǔ)組成材料基本為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水中結(jié)構(gòu)物病害調(diào)查結(jié)果表明，在長(zhǎng)期的水流沖擊、沖蝕等作用下，部分結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)病害，主要病害形式為混凝土開(kāi)裂、剝落、表面缺損（蜂窩麻面等）、沖蝕等表觀病害，以及鋼筋銹脹等材料性質(zhì)等。

根據(jù)調(diào)查資料，水中橋梁樁基病害類(lèi)型主要有以下幾種：

（1）施工質(zhì)量缺陷。其典型表現(xiàn)為混凝土質(zhì)量差而形成沖蝕和鋼筋的銹蝕等病害。

（2）鋼筋銹蝕。主要表現(xiàn)為銹斑、銹脹。鋼筋銹蝕后由于水流作用導(dǎo)致混凝土脫落，進(jìn)而鋼筋外露。

（3）混凝土沖蝕。混凝土逐漸被消磨，造成混凝護(hù)層變薄。

水中結(jié)構(gòu)物位于水下，發(fā)生病害后不易觀測(cè)。因此需針對(duì)不同病害類(lèi)型，采用適宜的檢測(cè)方法，以保證及時(shí)有效地對(duì)水中結(jié)構(gòu)物進(jìn)行檢測(cè)。

2.常用檢測(cè)方法

（1）目視檢查技術(shù)。目測(cè)檢查是水下觀測(cè)的一種重要方法。目測(cè)的方式包括潛水員摸測(cè)和目測(cè)、靜水?dāng)z像、遙控電視和動(dòng)態(tài)攝像等。

目前，進(jìn)行目視檢查的實(shí)施方法有多種，大多數(shù)規(guī)范也沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定。在實(shí)踐中，檢測(cè)單位通常按以下方式進(jìn)行檢測(cè)：①首先潔凈目標(biāo)物的表面；②建立參照坐標(biāo)系統(tǒng)，以明確檢查區(qū)部位、高程、坐標(biāo)等的相對(duì)關(guān)系

而水利部門(mén)則明確，對(duì)于立方體型的結(jié)構(gòu)物表觀檢測(cè)，應(yīng)向結(jié)構(gòu)物表面劃分成若干豎向條帶，每條帶自上而下依次檢測(cè)，這種規(guī)定對(duì)于提高檢測(cè)實(shí)施的條理性很有幫助

（2）水下光電探測(cè)技術(shù)。水下光電探測(cè)技術(shù)主要為激光探測(cè)技術(shù)。水下光電探測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)在已有美、英、俄、日、加拿大等國(guó)進(jìn)行研究，有的產(chǎn)品已投入實(shí)際使用。

水下光電探測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在水下工程安裝、檢修，水下環(huán)境監(jiān)測(cè)、救生打撈、海底地貌勘探、石油勘探鉆井位置測(cè)定、生物研究等海洋開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域應(yīng)用。

對(duì)于混凝土水下結(jié)構(gòu)，由于被檢測(cè)對(duì)象位置固定，其適用性應(yīng)該更強(qiáng)。

（3）水下成像檢測(cè)技術(shù)。在渾濁水質(zhì)環(huán)境條件下，由潛水員完成的傳統(tǒng)的水下目視檢測(cè)（如目力、水下錄像、水下電視等） 一般難以實(shí)施。其中水下檢測(cè)成像技術(shù)作為一種重要的水下無(wú)損檢測(cè)和識(shí)別手段，越來(lái)越受到重視，各國(guó)都開(kāi)展渾濁水檢測(cè)成像技術(shù)的研究。目前水下檢測(cè)成像技術(shù)主要有：水下聲成像技術(shù)等。

水下聲成像技術(shù)目前以聲吶成像為主，可以形成物體輪廓的成像，但對(duì)于結(jié)構(gòu)物表面的細(xì)部成像還有待深入研究。

（4）波動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。結(jié)構(gòu)物受到外界激振后，結(jié)構(gòu)物將傳遞激振引起的波動(dòng)信號(hào)。而結(jié)構(gòu)物如果存在開(kāi)裂、缺損等現(xiàn)象，將導(dǎo)致經(jīng)結(jié)構(gòu)物傳遞后的波動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)異常。利用這一特性，可以利用波動(dòng)法進(jìn)行水中結(jié)構(gòu)物檢測(cè)。

大壩的特征是體積大，表面形狀較為規(guī)則。因此，針對(duì)大壩的波動(dòng)檢測(cè)技術(shù)采用表面波技術(shù)是合適的。此外，大壩上部是不淹沒(méi)于水中的，便于激振設(shè)備等的安裝和作業(yè)，也便于人員靠近。

而對(duì)于橋梁基礎(chǔ)，其體積相對(duì)大壩要小很多，而且經(jīng)常部分或全部浸泡于水中。如果采用表面波法等進(jìn)行檢測(cè)，存在激振設(shè)備安裝和作業(yè)等的諸多不便。因此在進(jìn)行橋梁水中基礎(chǔ)檢測(cè)時(shí)，表面波法不是首選。

為此，近年來(lái)，相繼發(fā)展了水中結(jié)構(gòu)物的低應(yīng)變、超聲波等樁基礎(chǔ)檢測(cè)方法。除了直接應(yīng)用低應(yīng)變反射波法以外，還發(fā)展了改進(jìn)的低應(yīng)變反射波檢測(cè)法——旁孔測(cè)試法。

3.檢測(cè)方法的適宜性比選

我國(guó)橋梁跨越的水域基本為內(nèi)河，其水流特點(diǎn)總體為水深相比海洋較小，流速總體較低。針對(duì)這些特點(diǎn)，結(jié)合上述檢測(cè)方法的特點(diǎn)，根據(jù)水下建筑表觀檢測(cè)診斷技術(shù)調(diào)研分析，對(duì)各項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性分析，見(jiàn)表1。

總體而言，從技術(shù)可行性、技術(shù)成熟度以及實(shí)施便捷性分析，對(duì)于淺水區(qū)的水中結(jié)構(gòu)物，應(yīng)首先考慮采用水下目視檢測(cè)，對(duì)于深水區(qū)的水中結(jié)構(gòu)物，應(yīng)優(yōu)先考慮目視、攝影、攝像技術(shù)相結(jié)合的方式。

4.工程實(shí)例

我國(guó)東南沿海省份有多條高速公路處于江河入海口附近流域，受常年較大潮差水流的影響，橋梁水中結(jié)構(gòu)物部分可能存在病害。為及時(shí)掌握橋梁水中結(jié)構(gòu)物的狀況，亟需采取有效方法對(duì)水中結(jié)構(gòu)物進(jìn)行快速、有效檢測(cè)。

針對(duì)這些橋梁所處水水域的特點(diǎn)，目前檢測(cè)機(jī)構(gòu)總結(jié)了以下表觀檢測(cè)方式：

（1）水深較大的結(jié)構(gòu)物，采用人工攜帶水下攝像機(jī)的方法進(jìn)行檢測(cè)。此類(lèi)條件下，為保證檢測(cè)效果，采用人工攜帶水下攝像機(jī)的方法進(jìn)行檢測(cè)比較適宜。

（2）水深較小的結(jié)構(gòu)物，采用吊放水下攝像機(jī)的方法進(jìn)行檢測(cè)。此類(lèi)結(jié)構(gòu)物檢測(cè)較為方便，采用吊放水下攝像頭攝像檢測(cè)的方法比采用潛水員的方法更為有效。

為開(kāi)展這項(xiàng)工作，福建省高速技術(shù)咨詢(xún)有限公司已經(jīng)研發(fā)了簡(jiǎn)便的攝像頭下放和回收裝置，避免因水流沖刷導(dǎo)致的攝像頭定位不穩(wěn)定。

該裝置由水下攝像機(jī)裝載框架、框架扶桿等構(gòu)成。框架扶桿為空心桿件，水下攝像機(jī)的電源線等通過(guò)扶桿內(nèi)的空腔延展到操作平臺(tái)。

使用時(shí)，將待檢測(cè)的水中結(jié)構(gòu)物表面分成若干豎向檢測(cè)條帶，條帶寬度稍小于攝像機(jī)的攝像視場(chǎng)寬度，沿檢測(cè)條帶中心線位置下放框架。

該裝置的側(cè)壁安裝有多個(gè)推進(jìn)裝置。作業(yè)時(shí)，操作人員手握扶桿，根據(jù)扶桿受水流沖擊的變形，調(diào)節(jié)不同推進(jìn)裝置的推進(jìn)方向和功率，使扶桿基本保持豎直狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，徐徐下方扶桿，即可帶動(dòng)框架下沉，并進(jìn)行檢測(cè)條帶內(nèi)的攝錄。觀看現(xiàn)場(chǎng)拍攝照片可知，采用上述裝置拍攝的照片清晰，水中結(jié)構(gòu)物表觀情況層次分明，說(shuō)明該裝置在水中穩(wěn)定性較好。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水中結(jié)構(gòu)物病害檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜程度很高的無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目，文章結(jié)合橋梁水中結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)，介紹了可用的檢測(cè)方法并進(jìn)行了適宜性分析，結(jié)合工程現(xiàn)狀，介紹了在實(shí)際工作中得以應(yīng)用的有效檢測(cè)方法，可為工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張劍波.水下結(jié)構(gòu)物檢測(cè)與維修技術(shù)概論[M].西安：石油工業(yè)出版社，2005.

[2]楊宇，陳彥平，馬曄.橋梁水中基礎(chǔ)振動(dòng)波法無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究[J].公路交通科技，2017（S1）：22-27