劉吉元 王振軍 馬林 劉靜

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.鐵道戰(zhàn)備舟橋處，山東齊河 251000）

鐵路橋梁水下橋墩的使用條件和使用環(huán)境比水上結(jié)構(gòu)更為惡劣，極易造成損傷和發(fā)生病害，從而導(dǎo)致橋梁承載力和耐久性降低，嚴(yán)重時(shí)危及鐵路行車安全和運(yùn)營壽命。部分鐵路橋梁水下橋墩因使用年限長(zhǎng)、周邊環(huán)境變化大、人為采砂等原因，尤其是受暴雨、洪水、浮冰撞擊等影響，不同程度地存在著安全隱患［1］。近年來，我國曾發(fā)生外福線南平閩江橋、京滬線徒駭河大橋、集通線沙力河大橋墩身傾斜和隴海線灞河大橋、寶成線廣漢石亭江鐵路大橋垮塌等事故，給國家財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。為了預(yù)防和避免嚴(yán)重事故，對(duì)鐵路橋梁水下橋墩進(jìn)行定期體檢，及時(shí)掌握其健康狀況，開展鐵路橋梁水下橋墩檢測(cè)技術(shù)研究勢(shì)在必行。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外橋梁水下墩臺(tái)基礎(chǔ)的安全檢測(cè)與監(jiān)測(cè)有明顯的固定化、自動(dòng)化趨勢(shì)，并且逐步建立了相應(yīng)的報(bào)警機(jī)制，橋梁運(yùn)營單位能及時(shí)了解橋梁水下墩臺(tái)基礎(chǔ)的安全問題。

美國早在1968年就建立了國家橋梁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并制訂了橋梁檢測(cè)人員培訓(xùn)方案［2］。1987 年紐約斯科哈里跨河橋因洪水沖刷倒塌的事故，引起了全世界范圍內(nèi)專家和學(xué)者的關(guān)注，因?yàn)槭鹿拾l(fā)生前一周該橋還進(jìn)行過檢查但仍舊發(fā)生了水毀。由此，針對(duì)不同水域條件下的橋墩沖刷問題，各國研究人員開展了大量的理論、試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究，認(rèn)識(shí)到水下墩臺(tái)檢查只能檢測(cè)到洪水過后或惡劣海況發(fā)生后的沖刷深度，而不能測(cè)出動(dòng)態(tài)沖刷過程中的最大沖刷深度，但直接影響到橋梁安全的最大沖刷深度卻是最重要的。隨后美國頒布了國家橋梁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)修訂版，其中要求列出所有需要水下安全檢測(cè)的大橋名單，確定水下檢測(cè)的步驟，并要求所有橋梁至少每5年進(jìn)行一次水下檢測(cè)。日本為避免橋墩已經(jīng)傾斜時(shí)修復(fù)橋梁的高額成本和阻斷交通的損失，在以往主要以測(cè)量橋墩傾斜程度的方案中，增加了測(cè)量振動(dòng)情況來估計(jì)橋梁水下橋墩的安全狀況，可以一定程度上降低橋梁維護(hù)的成本。印度鐵道部在2008 年頒布了《橋梁水下檢查指南》用于指導(dǎo)橋梁管養(yǎng)部門對(duì)橋梁水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，其中規(guī)定了檢查的類型、頻率和等級(jí)，并提出了部分病害的檢測(cè)方法和設(shè)備。國外20 世紀(jì)50 年代就開展了水下結(jié)構(gòu)檢測(cè)機(jī)器人的研究，并陸續(xù)開發(fā)多種型號(hào)、多種用途的水下機(jī)器人用于水下結(jié)構(gòu)物的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)。如伍茲霍爾海洋研究所研制的雙體結(jié)構(gòu)水下機(jī)器人，可以在大水深和高危險(xiǎn)環(huán)境中完成高強(qiáng)度、大負(fù)荷的工作，比如海底資源調(diào)查、海底地貌繪制、海底管道敷設(shè)等工作。

我國橋梁水下橋墩沖刷的大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以追溯到20 世紀(jì)50 年代。鐵一、鐵二、鐵三、鐵四院、大橋局、鐵科院以及交科院，先后開始進(jìn)行橋墩沖刷洪水觀測(cè)和研究工作。1960 年，鐵道部和交通部將橋墩沖刷列為部頒科研課題，由鐵科院和交科院負(fù)責(zé)，將全國分成4個(gè)片區(qū)，進(jìn)行橋墩沖刷和洪水觀測(cè)的研究。我國一些鐵路局也長(zhǎng)期不間斷地對(duì)重要橋梁進(jìn)行汛期橋下河床洪水沖刷觀測(cè)和橋墩周圍局部沖刷觀測(cè)［3］。近些年在蘇通大橋、滬通長(zhǎng)江大橋［4］等橋梁應(yīng)用了多波束測(cè)深儀、GPS 定位等技術(shù)［5］，對(duì)橋墩的防護(hù)工程進(jìn)行過水下檢測(cè)，但并沒有在洪水期間進(jìn)行過連續(xù)監(jiān)測(cè)，也沒有監(jiān)測(cè)過沖刷隨洪水過程的發(fā)展過程。2010 年西堠門大橋“跨海懸索橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、巡檢管理關(guān)鍵技術(shù)研究”達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，但仍然只針對(duì)水上部分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，水下安全監(jiān)測(cè)方面仍然處于空白狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)檢測(cè)機(jī)器人方面，研究機(jī)構(gòu)主要為上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所等幾家單位，從事應(yīng)用型產(chǎn)品開發(fā)的公司較少，而且探測(cè)技術(shù)、工藝水平、導(dǎo)航與定位、復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)控制等方面與國外存在一定差距。近年來通過引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，加之國內(nèi)的自主開發(fā)研究，用于海洋結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與維修能力已有較大提高。

我國水工行業(yè)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的檢測(cè)頒布了SL 713—2015《水工混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》、DL/T 5251—2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)規(guī)程》、JTS 239—2015《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》、JTJ 302—2006《港口水工建筑物檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》等，但鐵路行業(yè)尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范。2010 年4 月，原鐵道部施行的鐵運(yùn)〔2010〕38 號(hào)《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》明確提出對(duì)鐵路橋梁水下橋墩進(jìn)行定期檢測(cè)的要求。但橋梁水下橋墩部分屬于隱蔽工程，檢測(cè)作業(yè)難度大，既沒有行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范可依，又沒有相對(duì)成熟的案例可循。橋梁水下橋墩檢測(cè)儀器設(shè)備少、功能低，檢測(cè)方法單一，沒有水下橋墩檢測(cè)專業(yè)隊(duì)伍，尚處于探索研究、逐步規(guī)范階段。鐵路橋梁水下橋墩全面檢測(cè)仍處于空白狀態(tài)。

2 水下墩臺(tái)基礎(chǔ)常見病害

鐵路橋梁水下墩臺(tái)基礎(chǔ)的病害主要是由設(shè)計(jì)、施工、管理維護(hù)、自然環(huán)境、人為因素等多方面原因造成的，其主要的常見病害有混凝土表觀病害、沖刷病害、變位病害和其他病害，水下橋墩病害如圖1所示。

圖1 水下橋墩病害示意

2.1 表觀病害

鐵路橋梁水下橋墩絕大多數(shù)是鋼筋混凝土、混凝土和磚石砌筑而成，受上部結(jié)構(gòu)荷載或基礎(chǔ)缺陷的直接影響，易產(chǎn)生損壞。在船舶撞擊或漂浮物沖擊等突然外載作用下，水下橋墩會(huì)產(chǎn)生局部破損，造成材料剝落或者剝離，還易受干燥、潮濕、寒暑、凍結(jié)、冰融等氣候條件以及海水、工業(yè)腐蝕性水等的作用而產(chǎn)生病害。建筑材料隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)也會(huì)老化。常見的水下橋墩表觀病害有以下幾類：

1）表觀裂縫。造成裂縫的原因主要有材料、施工、環(huán)境、結(jié)構(gòu)與荷載等，混凝土裂縫根據(jù)縫寬和縫深可以分為龜裂或細(xì)微裂縫、表面或淺層裂縫、深層裂縫和貫穿性裂縫。工業(yè)腐蝕性水、感潮河段極易產(chǎn)生裂縫，此外施工不當(dāng)、運(yùn)營維護(hù)不到位、基礎(chǔ)不均勻沉陷、溫差影響、局部應(yīng)力等原因都可造成表觀裂縫。

2）混凝土表面的蜂窩麻面、骨料外露和疏松脫殼。這些主要受水流沖蝕、磨損作用而形成，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

3）混凝土表面的孔洞、銹蝕露筋。這類病害往往是由施工原因造成，受水流沖刷、水中酸根離子的侵蝕，鈣離子由內(nèi)向外擴(kuò)散導(dǎo)致氫氧化鈣溶解，引起混凝土強(qiáng)度和密實(shí)度下降，影響結(jié)構(gòu)的承載能力和對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。

4）混凝土破損、刮擦。這類病害是由多種原因引起的，例如機(jī)械、船舶、漂流物等的撞擊。

5）水生物侵襲。感潮河段混凝土表面滋生的海生物及內(nèi)陸河段滋生的微生物造成混凝土腐蝕。

2.2 基礎(chǔ)沖刷

基礎(chǔ)沖刷是水下橋墩的重要病害形式。橋墩及基礎(chǔ)影響原水流的方向，導(dǎo)致水流在基礎(chǔ)周圍迅速改變，帶走基礎(chǔ)下面及周圍的土，引起沖刷病害。沖刷會(huì)改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，對(duì)橋梁的使用安全有顯著影響。沖刷形態(tài)分為一般沖刷與局部沖刷2種。一般沖刷通常由河道輸沙不平衡或泥沙超限開挖所致，局部沖刷主要由建造水工結(jié)構(gòu)物所致。橋墩結(jié)構(gòu)屬于水工結(jié)構(gòu)物，其基礎(chǔ)沖刷屬于局部沖刷。

2.3 結(jié)構(gòu)變形

混凝土結(jié)構(gòu)變形包括長(zhǎng)期變形和短期變形2 種。長(zhǎng)期變形是由外部條件緩慢變化和收縮、徐變等混凝土固有性質(zhì)所致。外部條件緩慢變化包含地基下沉、地基變形引起的永久性殘余變形等情況。而短期變形是外力作用下產(chǎn)生的塑性變形，如結(jié)構(gòu)在交通荷載、地震荷載、船撞等外力作用下發(fā)生的塑性變形。結(jié)構(gòu)下沉、傾斜等變形影響構(gòu)件的受力狀態(tài)，當(dāng)變形過大時(shí)，直接影響橋梁的使用安全。

2.4 其他病害

設(shè)計(jì)時(shí)橋位選址、橋墩結(jié)構(gòu)形式、尺寸選擇不合理，以及結(jié)構(gòu)調(diào)治物、防洪設(shè)施等未按要求設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)不合理，對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的安全性會(huì)產(chǎn)生不利影響。施工原材料選擇不當(dāng)、質(zhì)量不可靠等原因會(huì)造成橋墩的耐久性降低。施工時(shí)水下質(zhì)量難以控制，造成質(zhì)量缺陷又不易被發(fā)現(xiàn)，從而對(duì)橋墩的使用造成影響。

3 水下墩臺(tái)基礎(chǔ)檢測(cè)內(nèi)容和方法

在大量檢測(cè)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，研究確定了水下橋墩檢測(cè)的6項(xiàng)主要內(nèi)容：外觀檢查、結(jié)構(gòu)測(cè)量、地形地貌、水文檢測(cè)、無損檢測(cè)和振動(dòng)測(cè)試。

3.1 外觀檢查

1）表觀狀態(tài)，包括外觀輪廓、平整度、表面附著物、淤積物。主要方法為潛水員水下摸探、目視檢查、水下照相、水下錄像等。通過潛水員的目視檢查結(jié)合水下錄像，能夠及時(shí)反饋水下結(jié)構(gòu)的使用情況。

2）裂縫，主要檢測(cè)裂縫部位、數(shù)量、走向、長(zhǎng)度、寬度、裂縫開裂部位鋼筋銹蝕及析出物，并了解裂縫的變化情況，一般采用目視檢查配合水下錄像。裂縫長(zhǎng)度可用鋼尺檢測(cè)，寬度用塞尺、測(cè)縫計(jì)、讀數(shù)放大鏡等工具進(jìn)行檢測(cè)，裂縫深度可采用鉆孔取芯法。

3）混凝土損傷，主要檢查剝蝕、沖蝕、疏松以及表面磨蝕、空蝕情況的面積和深度等?；炷翐p傷宜采用專用工具測(cè)量，水下檢測(cè)常用的設(shè)備儀器及工具包括水下攝像系統(tǒng)、鋼尺和卷尺。

4）鋼筋銹蝕，主要檢查外露鋼筋的外露部位、鋼筋分布、外露數(shù)量、銹蝕面積、銹蝕程度。鋼筋銹蝕宜采用專用工具測(cè)量，水下檢測(cè)常用的設(shè)備儀器及工具包括水下攝像系統(tǒng)、鋼尺、卷尺和游標(biāo)卡尺。

5）孔洞/蜂窩麻面，主要檢查混凝土孔洞/蜂窩麻面所在的部位、面積、深度等。宜采用專用工具測(cè)量，水下檢測(cè)常用的設(shè)備儀器及工具包括水下攝像系統(tǒng)、鋼尺和卷尺。

3.2 結(jié)構(gòu)測(cè)量

水中結(jié)構(gòu)在施工時(shí)一般條件較困難，施工精度也不易控制，施工完成后的結(jié)構(gòu)物可能與原設(shè)計(jì)有一定的誤差。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的外形輪廓尺寸進(jìn)行測(cè)量并與原設(shè)計(jì)對(duì)比，掌握結(jié)構(gòu)實(shí)際的結(jié)構(gòu)尺寸和使用狀態(tài)。

1）墩臺(tái)、基礎(chǔ)外輪廓尺寸

主要測(cè)量結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、寬度和高度，圓形或圓端形橋墩測(cè)量其周長(zhǎng)或直徑，繪制得到結(jié)構(gòu)的三維尺寸。宜采用專用工具測(cè)量，水下測(cè)量常用的設(shè)備儀器及工具包括水下攝像系統(tǒng)、鋼尺和卷尺。

2）橋墩垂直（傾斜）度

一般橋墩為軸向受壓或偏心受壓結(jié)構(gòu)，在豎向保持豎直（特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)除外），測(cè)量橋墩墩頂橫橋向中心、縱橋向中心與水面位置對(duì)應(yīng)處的坐標(biāo)，用于判斷其豎向是否傾斜。橋墩垂直（傾斜）度宜采用幾何測(cè)量法、垂線測(cè)量法、光學(xué)測(cè)距等間接測(cè)量方法，或通過測(cè)量水中墩臺(tái)及橋跨結(jié)構(gòu)形態(tài)參數(shù)的變化推定其變位的方法，常用的設(shè)備儀器及工具包括全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、傾斜儀等精密儀器。

3.3 地形地貌

1）河床斷面測(cè)量（水深測(cè)量）

河床斷面測(cè)量是河道地形測(cè)量的主要內(nèi)容，包括縱斷面測(cè)量和橫斷面測(cè)量。河道橫斷面測(cè)量的主要任務(wù)是測(cè)量出河道斷面線上的各個(gè)地形點(diǎn)的高低起伏情況，并繪出河道橫斷面圖，以掌握鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)沖刷情況和橋址處河道變遷及河床沖刷、淤積情況，對(duì)孔徑渡洪能力作出評(píng)估，同時(shí)為水文檢算提供依據(jù)。通常鐵路橋梁河床斷面測(cè)量任務(wù)是分別對(duì)橋址處和橋軸線上下游各25 m 處橫斷面進(jìn)行測(cè)量，并繪制河床斷面圖。岸上河床斷面測(cè)量相對(duì)簡(jiǎn)單，可以用智能定位儀直接測(cè)取測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。水中河床斷面測(cè)量均需要采用沖鋒舟等水上交通設(shè)備，通常采用雙頻測(cè)深儀和智能定位儀聯(lián)測(cè)、便攜式測(cè)深儀和智能定位儀聯(lián)測(cè)、便攜式測(cè)深儀和全站儀聯(lián)測(cè)、智能定位儀直接測(cè)量等測(cè)量方式。

2）地形地貌測(cè)量

對(duì)橋位處及上下游一定范圍內(nèi)河床地形地貌進(jìn)行掃測(cè)，并生成河床的地形、地貌三維圖像。其目的是：①全面掌握橋位范圍內(nèi)河床的地形地貌，有無沖刷、淤積，河床的變化情況和河床覆蓋層的土質(zhì)特征；②查找橋基有無局部沖刷、淘空病害、周邊有無堆積物、拋填物等；③取得詳細(xì)的河床標(biāo)高，為潛水輔助裝備的安裝提供可靠依據(jù)。地形地貌測(cè)量宜采用多波束測(cè)量法，常用儀器設(shè)備及工具包括檢測(cè)船、多波束測(cè)深系統(tǒng)、小型發(fā)電機(jī)、卷尺等。有特定要求時(shí)，可選用三維成像系統(tǒng)檢測(cè)。

3.4 水文檢測(cè)

1）水流速度檢測(cè)。測(cè)量橋位處的水流速度，為判定橋墩處的沖刷狀態(tài)提供依據(jù)，同時(shí)也作為潛水員下水探摸時(shí)機(jī)的依據(jù)。水流速度檢測(cè)宜采用浮標(biāo)法和流速儀測(cè)量法，常用儀器設(shè)備及工具包括檢測(cè)船、浮標(biāo)、旋槳式流速儀、聲學(xué)多普勒流速剖面儀。

2）渾濁度檢測(cè)。測(cè)量橋位處水的渾濁度，為判定橋墩處的沖刷狀態(tài)提供依據(jù)，同時(shí)也作為潛水員下水探摸時(shí)機(jī)的依據(jù)。渾濁度檢測(cè)宜采用濁度儀。

3）腐蝕性物質(zhì)含量檢測(cè)。提取橋位處的水樣，化驗(yàn)水中的腐蝕性物質(zhì)。腐蝕性物質(zhì)含量檢測(cè)宜采用氯度分析法和鹽度計(jì)法，常用儀器設(shè)備及工具包括氯化物測(cè)定儀、鹽度測(cè)試儀。

4）水流流向觀測(cè)。根據(jù)河面上的浮標(biāo)或漂浮物的流向來判斷水位流向。

3.5 無損檢測(cè)

無損檢測(cè)是判斷結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)的輔助手段，對(duì)于長(zhǎng)期位于水位以下的結(jié)構(gòu)目前較難直接進(jìn)行無損檢測(cè)，如混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋分布、鋼筋銹蝕檢測(cè)等。但對(duì)于水面以上、水位變動(dòng)區(qū)域在條件允許條件下可以進(jìn)行無損檢測(cè)。

1）混凝土強(qiáng)度?？刹捎没貜梼x測(cè)量結(jié)構(gòu)表面的回彈強(qiáng)度，必要時(shí)可鉆取混凝土芯樣制成標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)得混凝土抗壓強(qiáng)度。

2）碳化深度。采用酒精酚酞溶液測(cè)量混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度。水下混凝土不受碳化作用。

3）鋼筋分布及保護(hù)層厚度。采用鋼筋探測(cè)儀探測(cè)墩臺(tái)、基礎(chǔ)的鋼筋布置情況及保護(hù)層厚度，常用儀器為鋼筋保護(hù)層厚度測(cè)定儀。

4）鋼筋銹蝕。采用半電池電位法測(cè)試結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋的銹蝕情況，常用儀器為鋼筋銹蝕儀。

3.6 振動(dòng)測(cè)試

墩臺(tái)基礎(chǔ)的檢測(cè)往往只在儀器設(shè)備、機(jī)器人或人工能夠到達(dá)的地方開展，反映地表以上結(jié)構(gòu)或環(huán)境的狀態(tài)，而對(duì)于墩臺(tái)結(jié)構(gòu)整體受力性能的判斷依據(jù)不足。墩臺(tái)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)性能則是墩臺(tái)及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)綜合性能的反映，通過對(duì)振動(dòng)性能的檢測(cè)可以得到墩臺(tái)結(jié)構(gòu)在當(dāng)前環(huán)境條件下的使用性能，可以作為墩臺(tái)基礎(chǔ)檢測(cè)評(píng)估的一項(xiàng)依據(jù)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性包括結(jié)構(gòu)自振頻率、振型和阻尼比等內(nèi)容；結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)包括結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)形態(tài)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)等內(nèi)容。

3.7 檢測(cè)項(xiàng)目劃分

按照檢測(cè)項(xiàng)目可分為一般檢測(cè)項(xiàng)目和專項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目2種。

一般檢測(cè)包括表觀狀態(tài)、裂縫狀態(tài)、混凝土損傷、鋼筋外露銹蝕、混凝土蜂窩麻面等。此外，還包括結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸、河床斷面及地形地貌，橋位處水的流速及渾濁度。必要時(shí)，應(yīng)調(diào)查缺陷發(fā)展變化過程、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的變形情況。

專項(xiàng)檢測(cè)包括橋墩垂直度測(cè)量、水中腐蝕性物質(zhì)含量檢測(cè)、無損檢測(cè)及振動(dòng)性能測(cè)試等。

4 檢測(cè)案例

2016年以來，陸續(xù)開展了26座鐵路橋梁水下橋墩的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了破損、裂縫、孔洞、鋼筋外露、鋼筋銹蝕、沖刷、掏空等多種病害。

4.1 外觀病害

水下橋墩外觀檢測(cè)時(shí)，潛水員攜帶水下攝像系統(tǒng)的攝像頭和照明設(shè)備，對(duì)水下橋墩外觀質(zhì)量進(jìn)行初步檢查、摸探和攝像。然后組織潛水員和專業(yè)技術(shù)人員對(duì)病害和關(guān)鍵部位進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，利用鋼尺等小型工具對(duì)病害尺寸進(jìn)行測(cè)量，詳細(xì)記錄病害的位置、形狀、數(shù)量等，水下攝像系統(tǒng)見圖2。

圖2 水下攝像系統(tǒng)

4.2 橋墩沖刷

使用船載多波速測(cè)深系統(tǒng)對(duì)橋墩周圍河床進(jìn)行掃測(cè)，發(fā)現(xiàn)有沖刷、淤積等情況時(shí)，再由潛水員水下采用碼桿尺等輔助工具進(jìn)行目視、探摸和水下攝像檢測(cè)，通過2 種檢測(cè)方法測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)確定沖刷的面積和深度。檢測(cè)儀器設(shè)備和檢測(cè)出的沖刷病害見圖3。

圖3 沖刷檢測(cè)儀器布設(shè)及橋墩沖刷病害

多波束測(cè)深系統(tǒng)掃測(cè)成果圖中，不同的水深用不同的顏色顯示，從圖上可以直觀地對(duì)河床沖刷、淤積情況進(jìn)行初步判斷，同時(shí)可以通過抽取任一特定斷面的水深數(shù)據(jù)繪制成河床斷面圖，通過河床斷面圖對(duì)比分析，得到精確的沖刷、淤積深度。

4.3 水下地形測(cè)量

河床斷面測(cè)量利用中海達(dá)iRTK 定位儀和HD-380雙頻測(cè)深儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量地點(diǎn)在橋下、橋梁承臺(tái)或基礎(chǔ)外緣及上下游各25 m 的5 個(gè)斷面上進(jìn)行，并利用南方cass繪圖軟件繪制河床斷面圖。測(cè)量時(shí)，iRTK 定位儀和HD-380 雙頻測(cè)深儀需要安裝在船舷一側(cè)水流較穩(wěn)定的位置，測(cè)深儀現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖4（a），測(cè)得的某橋梁河床斷面對(duì)比分析圖見圖4（b）。

圖4 河床斷面測(cè)試

4.4 水文檢測(cè)

1）流速測(cè)量

水流速度采用轉(zhuǎn)子式流速儀測(cè)量，水流速度測(cè)量的目的主要是積累潛水員下水進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)時(shí)的水流速度數(shù)據(jù)，判斷檢測(cè)區(qū)域水流是否適合潛水員作業(yè)。經(jīng)過近3 年的水流速度檢測(cè)數(shù)據(jù)積累發(fā)現(xiàn)，水流速度小于0.75 m/s時(shí)，潛水員可以正常下水作業(yè)；水流速度大于等于0.75 m/s且小于1.5 m/s時(shí)，潛水員不宜下水作業(yè)，在配備其他輔助潛水設(shè)施確保安全的前提下潛水員可以下水作業(yè)；水流速度大于1.5 m/s 時(shí)，潛水員無法下水作業(yè)。

2）濁度測(cè)量

渾濁度采用濁度儀測(cè)量。濁度測(cè)量的目的主要是測(cè)量記錄潛水員下水作業(yè)時(shí)的水下能見度情況，為判斷檢測(cè)區(qū)域水下渾濁度是否滿足潛水員水下目視和攝像檢測(cè)要求提供數(shù)據(jù)參考。

在檢測(cè)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)得出，在照明充足的情況下，適合潛水員水下目視作業(yè)的最大濁度為80 NTU。當(dāng)濁度大于80 NTU 時(shí)，潛水員目視檢測(cè)能見度會(huì)受到很大限制，工作效率也會(huì)極大降低。當(dāng)水下能見度低不易直接采用水下攝像檢測(cè)時(shí)，可采用清水箱（圖5）輔助攝像的方法得到清晰的水下照片。

圖5 清水箱背面、正面

5 結(jié)語

橋梁水下橋墩屬隱蔽工程，檢測(cè)作業(yè)難度大且尚處于探索研究、逐步規(guī)范階段。根據(jù)水下墩臺(tái)檢測(cè)內(nèi)容的必要性和檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展水平，將檢測(cè)內(nèi)容劃分為一般檢測(cè)項(xiàng)目和專項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目，在進(jìn)行水下墩臺(tái)基礎(chǔ)檢測(cè)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定檢測(cè)項(xiàng)目。通過對(duì)多座鐵路橋梁水下橋墩檢測(cè)的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)了諸多水下橋墩病害和河床地形地貌變化，驗(yàn)證了開展鐵路橋梁水下橋墩檢測(cè)工作的必要性。水下檢測(cè)工作的迫切性應(yīng)引起管養(yǎng)部門的重視。