中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
文章介紹水下探摸和水下攝像方法對橋梁的水下基礎(chǔ)進行檢測的具體方法，分析其優(yōu)缺點，并針對其存在的問題，提出采用水下機器人進行檢測， 具有一定的實用價值。
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，長期處于復雜的水文地質(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度等人為活動的影響，基礎(chǔ)病害日益嚴重和普遍，這些病害經(jīng)常性檢查時難于發(fā)現(xiàn)，而且時刻威脅著人民生命財產(chǎn)的安全。因些，為確保交通運輸安全，對橋梁水下基礎(chǔ)的檢查、維修、加固已成為當前公路部門的當務(wù)之急。本人通過實際參與的清遠國省道橋汾的水下基礎(chǔ)檢查，并結(jié)合前人調(diào)研結(jié)果，主要針對橋梁水下檢測的具體方法進行分析，結(jié)合橋梁水下樁基礎(chǔ)檢測中存在的問題，提出具有針對性的建議。
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量工具。主要采取水上、水下聯(lián)合檢查，潛水員在水下通過探摸及目視檢測，視檢測時水質(zhì)情況采用水下錄像機把檢測的內(nèi)容顯示到水上監(jiān)視器。檢測工程師通過監(jiān)視器和潛水員電話述說的內(nèi)容對檢查內(nèi)容進行判斷，對于作業(yè)時發(fā)現(xiàn)的混凝土脫落、蜂窩、水下結(jié)構(gòu)裂紋、露筋、孔洞和機械損傷等缺陷要進行水下拍照和定位、定量測量，垂直位置是潛水員在水下利用量具對病害與墩臺(或系梁、樁頂)的相對距離進行測量，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位(圓樁的水平位置模擬鐘點位)，定量是潛水員在水下利用量具測量病害的面積、深度等相關(guān)數(shù)據(jù)。
1.1承臺(或系梁或重力式橋墩基礎(chǔ))的外觀檢查檢測人員首先通過目視、探摸，對承臺(或系梁或重力式橋墩基礎(chǔ))進行一般性外觀檢查。目的是了解結(jié)構(gòu)的表面情況，如有無機械損傷、裂縫、腐蝕、露筋、砼(或塊石)脫落等現(xiàn)象以及水生物生長情況等，潛水員要一邊檢查一邊隨時報告檢查的情況，對于異常情況要通過潛水電話通知水面進行記錄，異常部位潛水員要準確測出缺陷的面積，如果有露筋還要測出每一根鋼筋的長度和直徑及缺陷的相對位置(垂直和鐘點定位)。潛水員檢查完后要對承臺(或系梁或重力式橋墩基礎(chǔ))外觀進行一次錄像，異常部位要拍照。
1.2樁與承臺(或系梁)連接處樁與承臺連接處是受力比較集中的部位，檢測人員需要仔細檢測，首先潛水員應(yīng)對連接處一周進行目視檢查，了解連接處的情況，潛水員檢查完后要對樁與承臺(或系梁)連接處外觀進行一次錄像，異常部位應(yīng)拍照。
1.3混凝土樁的檢測
(1)無護筒保護的樁。
混凝土樁基檢測采用目視及探摸檢查，主要檢查混凝土表面有無明顯:砼脫落、裂縫、露筋、孔洞、縮頸、機械損傷和纏繞雜物等。檢查時一般是潛水員先對樁四周進行外觀檢查。如果沒有發(fā)現(xiàn)異常情況潛水員要對樁進行一次外觀錄像，當發(fā)現(xiàn)異常部位應(yīng)進行詳細的檢測，如縮頸、孔洞、露筋、裂縫、砼脫落和機械損傷等。方法是先將異常部位的水生物、腐蝕物、附著物等清理干凈，然后測量該處的面積、深度(或高度)以及到參照點的距離和所在的鐘點位等，測量應(yīng)用相機記錄下來。測量樁的實際周長計算出樁現(xiàn)在的直徑，在報告中和樁身設(shè)計直徑進行比較分析，計算出直徑磨損多少，特別是有缺陷處。一般情況下，度量尺等都是必要的設(shè)備。為了進一步地調(diào)查在檢測期間有懷疑的發(fā)現(xiàn)，還應(yīng)備有相關(guān)的清理工具。
(2)有護筒保護的樁。
在對有鋼制護筒的水中樁基進行檢測時，除了按(1)的檢測方式方法外，還應(yīng)重點檢查鋼護筒的腐蝕情況、護筒底部至河床(或承臺)距離及其它異常情況等。對護筒進行腐蝕檢查時應(yīng)在護筒上中下三個部位(可根據(jù)水深增加測點)用鋼鏟和鋼絲刷進行表面清理，清理范圍約為300mm×300mm，然后詳細觀察護筒表面的腐蝕程度，如果鋼護筒沒有達到河床面或沒有與承臺連接，此處樁身應(yīng)按(1)的要求進行檢測。
(3) 砼擴大基礎(chǔ)。砼擴大基礎(chǔ)檢測采用目視及探摸檢查，主要檢查墩基有無明顯:裂縫、砼脫落、露筋、孔洞、基礎(chǔ)淘空、機械損傷和纏繞雜物等;檢查時一般是潛水員先對墩四周進行外觀檢查。如果沒有發(fā)現(xiàn)異常情況潛水員要對墩進行一次外觀錄像，當發(fā)現(xiàn)異常部位應(yīng)進行詳細的檢測，方法是先將異常部位的水生物、腐蝕物、附著物等清理干凈，然后測量該處的面積、深度(或高度)以及到參照點的距離和所在的鐘點位等，測量應(yīng)用相機記錄下來(水生物、腐蝕物、附著物等清理，拍照圖像應(yīng)反映水生物、腐蝕物、附著物等清理前后的效果)。
(4) 石砌體擴大基礎(chǔ)。
石砌墩基檢測采用目視及探摸檢查，主要檢查墩基有無明顯:裂縫、砌縫剝落、基礎(chǔ)淘空、機械損傷和纏繞雜物等;檢查時一般是潛水員先對墩四周進行外觀檢查。如果沒有發(fā)現(xiàn)異常情況潛水員要對墩進行一次外觀錄像，當發(fā)現(xiàn)異常部位應(yīng)進行詳細的檢測，方法同砼擴大基礎(chǔ)。
1.4水生物檢測首先是確定水生物的類別:硬質(zhì)、軟質(zhì)，然后對其各占比例情況和最大厚度及覆蓋率進行測量。
1.5基礎(chǔ)沖刷檢測主要對樁基(或重力式橋墩基礎(chǔ))周圍局部的河床情況進行探摸測量，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;測量是對樁基(或重力式橋墩基礎(chǔ))四周河床進行測量并與大橋竣工時的河床進行對比。
2.橋梁水下基礎(chǔ)檢測中存在的問題上述橋梁水下基礎(chǔ)檢測方法中，檢測結(jié)果能提供較為直觀的基礎(chǔ)外表病害情況和數(shù)據(jù)，能較為詳細描述河床變遷、沖刷等情況。但在實際檢測過程中還是存在著一些問題:
(1)水下目視檢測法不僅要耗費較大的人力、物力，而且還很容易受到環(huán)境的影響; 對于水下能見度較低( 尤其是水質(zhì)渾濁) 的區(qū)域，即使派有經(jīng)驗的潛水員，也很難保證檢測結(jié)果的準確性。
(2)橋梁水下基礎(chǔ)其混凝土缺陷中的空隙常被水充滿，如使用超聲波法對其裂縫進行檢測，則很難保證檢測結(jié)果的準確性。
(3)橋梁損傷檢測方法大多是依靠人工來完成的，對于處于深水區(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，人工檢測很難進行。
(4)檢測主要以目測外觀檢查為主，檢查結(jié)果的評定也大多是基于表面現(xiàn)象和經(jīng)驗。
3.橋梁水下基礎(chǔ)檢測新技術(shù)由于現(xiàn)有的橋梁水下基礎(chǔ)檢測方法本身存在上述分析的問題和缺陷，應(yīng)用這些方法時存在諸多困難，因此可運用自動化設(shè)備的研究成果( 如水下機器人) 來進行橋梁水下基礎(chǔ)檢測的數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合目前橋梁健康監(jiān)測研究中較為先進的損傷識別技術(shù)對數(shù)據(jù)進行識別和綜合診斷，從而建立一個完整的橋梁水下基礎(chǔ)檢測、診斷與評估體系。水下機器人是集水下高技術(shù)于一體的儀器設(shè)備，它集成了動力電源、控制、推進、導航等儀器設(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儀器。
水下機器人是人類智能和各種感官、器官在水下的延伸，可利用水下機器人進行水下檢測和研究作業(yè)，去完成人類肌體無法適應(yīng)的各種水下環(huán)境的檢測、探索和研究。目前已研制的觀測型水下機器人可應(yīng)用于代替潛水員觀察和水下設(shè)施檢測等方面。因而，在橋梁水下基礎(chǔ)的檢測過程中，可考慮以遙控水下機器人為載體，在機器人上配備淺剖聲吶、高頻成像聲吶等檢測傳感器，使之成為一個裝備有聲、光、電等多種先進傳感器的綜合體，去實現(xiàn)橋梁水下基礎(chǔ)檢測的數(shù)據(jù)采集。
對于通過水下機器人采集到的數(shù)據(jù)進行識別和綜合診斷，可采用工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測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、信號檢測、系統(tǒng)辨識、模式識別等技術(shù)，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識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)損傷檢測難以獲得完備的檢測數(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信號。利用有限的數(shù)據(jù)訓練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在無數(shù)學模型的情況下，可根據(jù)不完備的數(shù)據(jù)識別較好地解決非線性和不確定性引起系統(tǒng)的辨識問題。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)損傷識別。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的準確性是與訓練數(shù)據(jù)集的完整程度有很大的關(guān)系，訓練數(shù)據(jù)集越完整則其準確性越高。此外，橋梁水下基礎(chǔ)的缺陷診斷與評估可考慮結(jié)合使用專家系統(tǒng)。如果僅有深厚的理論基礎(chǔ)而沒有豐富的專家經(jīng)驗，或僅有豐富的專家經(jīng)驗而沒有深厚的理論基礎(chǔ)，則診斷與評估結(jié)果往往會發(fā)生較大偏離。因為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備學習能力，但不具備解釋能力; 而專家系統(tǒng)是基于符號的推理系統(tǒng)，雖具備解釋功能，但獲取知識困難，因此將專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，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)語橋梁水下基礎(chǔ)檢測尚處在經(jīng)驗積累階段，多采用常規(guī)的水下探摸和水下攝像方法對橋梁的水下樁基進行檢測。隨著橋梁檢測和評價技術(shù)的發(fā)展，要求具有更為準確可靠的檢測數(shù)據(jù)，這客觀上對橋梁檢測儀器設(shè)備提出了更高或全新的要求。水下機器人將極大地豐富和完善水下基礎(chǔ)檢測技術(shù)，更加科學有效。
