孫希來，徐嵐，張臣，劉志洋

(1.北京新橋技術發(fā)展有限公司，北京 100088；2.中交元洋（大連）橋梁水下檢測有限公司，遼寧 大連 116026）

0 引言

橋梁樁基礎承受著上部結構自重以及汽車、雨雪等可變荷載，樁基礎將其上部的荷載傳遞給地基，其在橋梁所有構件中承擔著重要的角色。對于跨?？绾訕蛄海瑯痘A常工作在水下環(huán)境中，在運營期的橋梁水下檢測時，由于受水深、水質及水流速度的影響導致相對于陸地檢測難度更大，尤其是在急流環(huán)境下[3]。檢測員進行探摸或手持水下專用攝像頭攝像時，由于水流沖擊作用導致水下檢測定位存在偏差，對橋梁水下構件病害的尺寸及位置描述不準確，容易對后期針對樁基礎缺陷的養(yǎng)護加固方案造成誤導。因此，本文提出一種安全可靠的橋梁水下構件檢測搭載平臺裝置，該裝置由拼裝環(huán)拼裝連接而成的緊固圈固定于橋墩水平面之上，并可確定該裝置與橋梁基準點的相對位置；進行橋梁水下構件檢測時，可根據(jù)拼裝環(huán)編號確定測點在水平面上的位置坐標，根據(jù)豎向伸縮裝置上的刻度確定測點的豎向位置坐標，從而得到測點的相對三維坐標。該檢測裝置無需潛水員進行水下作業(yè)，同時能保證獲取水下構件缺損的精確位置。

1 搭載平臺裝置簡介

該裝置包括水下攝像系統(tǒng)、緊固圈、伸縮桿、手搖絞盤、懸掛支架、擋塊、支撐抓手及連接片。水下攝像系統(tǒng)包括水下攝像頭、電纜、數(shù)據(jù)線、電源及計算機顯示器；緊固圈為整個裝置的載體，由多個拼裝環(huán)組合而成，拼裝環(huán)兩端分別為延伸塊和凸起結構，中間部分為懸掛扣，內部為橡膠層，不同拼裝環(huán)之間的延伸塊與凸起結構通過螺栓連接[1]；懸掛支架上固定有手搖絞盤，懸掛支架兩端分別與拼裝環(huán)和伸縮桿相連；絞盤的掛扣與伸縮桿底部的擋塊相連接，從而實現(xiàn)伸縮桿的伸縮功能；伸縮桿設有表面刻度線及橫向空心桿，伸縮桿底部與擋塊之間通過螺釘緊固件連接；支撐抓手可在空心橫向桿內進行伸縮，在上部懸掛支架固定完畢后支撐在被測結構物表面，擋塊通過帶墊圈的螺釘與連接片相連，連接片上的扣帶通過螺栓緊固件穿過螺紋孔產生緊固作用來固定攝像頭。該裝置用于橋梁水下樁基礎及橋墩部分的檢測，在樁基水上部分進行平臺搭載，利用拼裝環(huán)和伸縮桿控制水平位置及豎向深度，提高了水下檢測時攝像的效率及精確度。

2 裝置研究技術方案

本裝置包含了一種水下快速定位攝像裝置，可快速確定各測點的位置，并通過伸縮功能在水下區(qū)域三維空間內對橋梁樁基礎、橋墩等構件進行拍攝，提高了可靠性及精確性。本裝置包括水下拍攝系統(tǒng)、緊固圈、懸掛支架、伸縮桿、手搖絞盤、支撐抓手、擋塊及連接片8個子系統(tǒng)，見圖1～圖5。

（1）攝像系統(tǒng)設有計算機顯示器、電源、水下攝像頭、電纜、數(shù)據(jù)線[2]；

（2）緊固圈由拼裝環(huán)組成，拼裝環(huán)兩端分別設置第一凸起結構及延伸塊，中間側面設置懸掛扣，內側設有第一橡膠層；第一凸結構上設有第一圓形孔，延伸塊上設有第二圓形孔，懸掛扣上設有第三圓形孔；

（3）懸掛支架一端設有螺紋桿，中間處四角設有第四圓形孔，另一端設有第五圓形孔，螺紋桿上設有調節(jié)螺栓；

（4）伸縮桿表面設有刻度線，頂端處設有貫通的第六圓形孔，中間處設有空心橫向桿，底端設有第二螺紋孔；空心橫向桿端部設有第一螺紋孔[4]；

（5）手搖絞盤底部四周設有第七圓形孔，中間設有纜索，所述纜索端部設有掛扣；

（6）支撐抓手內側設有第二橡膠層；

（7）擋塊底部中間處設有凹槽，底部兩側設有第四螺紋孔，側面頂端設有第八螺紋孔；凹槽中間處設有貫穿的第三螺紋孔；

（8）連接片前后兩側設有扣帶，左右兩側設有第五螺紋孔；扣帶盡頭設有第九圓形孔，內側設有緊貼表面的泡棉。

3 裝置研究實施方案

圖1 裝置整體結構示意圖

圖2 裝置固定在結構物表面的頂面示意圖

圖3 拼裝環(huán)結構局部示意圖

圖4 伸縮桿、擋塊以及支撐抓手局部示意圖

圖5 擋塊、連接片及攝像機集成示意圖

（1）如圖2、圖3所示，緊固圈由8個拼裝環(huán)1共同組成，拼裝環(huán)1組裝前先清理樁基或橋墩等結構物的表面，保證表面整潔無其他雜物。拼裝環(huán)1首端設有第一凸起結構11，尾端設有延伸塊12，不同拼裝環(huán)1 之間的第一凸起結構11 與延伸塊12 的圓形孔對準后利用第一緊固件17 連接。處于緊固圈閉合口處的一個拼裝環(huán)1，其端部延伸塊3 有所加長并且延伸部分設有一排較密集的圓形孔，在封閉時，為了使整個緊固圈與樁基礎貼合緊密，另一個拼裝環(huán)1 第一凸起結構11 第一圓形孔14的位置與閉合口處延伸塊12的第二圓形孔15的位置可以靈活配對。利用多個拼裝環(huán)1進行拼合，可使連接更靈活，并且隨著不同樁基礎周長的變化可進行第一凸起結構11 所處閉合位置的調整甚至拼裝環(huán)1 數(shù)量的調整。

（2）如圖1、圖4 所示，懸掛支架2 中間矩形框架結構四角處設置有第四圓形孔22，將手搖絞盤4底部的第七圓形孔41 與第四圓形孔22 對中，利用第三緊固件44 固定，完成懸掛支架2 與手搖絞盤4 之間的連接。懸掛支架2 右側的第五螺紋孔23 與拼裝環(huán)1 懸掛扣13 上的第三圓形孔16 對中，再利用第二緊固件24 固定，完成懸掛支架2與緊固圈19的連接。

（3）如圖1、圖4 所示，支撐抓手5 的直桿部分的直徑略小于伸縮桿3 中間位置處的空心橫向桿33 的直徑，將支撐抓手5伸入空心橫向桿內部，利用調節(jié)旋鈕35 進行擠壓固定，完成伸縮桿3 與支撐抓手5 之間的連接。

（4）如圖4、圖5 所示，擋塊6 中間小范圍矩形處為凹槽61，凹槽內設有貫通的第三螺紋孔62，利用第四緊固件64 穿過第三螺紋孔62 并且擰進伸縮桿3 底部的第二螺紋孔36 內，完成擋塊6 與伸縮桿3 之間的連接；擋塊6右側豎直部分設置有第八圓形孔65，將手搖絞盤4的掛扣43掛在第八圓形孔65上。

（5）如圖4、圖5 所示，擋塊6 兩側設置有第四螺紋孔63，連接片7 兩側同樣設置有第五螺紋孔72，將第五螺紋孔72 與第四螺紋孔63 對中，利用第五緊固件73 擰緊并固定，完成連接片7 與擋塊6 之間的連接；將扣帶71 夾住水下攝像頭85，然后利用第六緊固件75穿過兩個扣帶71 上的第九圓形孔74 進行固定，內側的泡棉76 可以防止扣帶71 對水下攝像頭85 表面擠壓損壞，此過程完成連接片7 與水下攝像系統(tǒng)8 之間的連接。

（6）如圖1、圖2和圖4所示，伸縮桿3頂部設置有貫穿的第六圓形孔32，將第六圓形孔32 套在懸掛支架2 左側端部的螺紋桿21 上，然后利用兩側的調節(jié)螺栓25進行位置調整與固定，此刻伸縮桿3中間位置的空心橫向桿33與支撐抓手5開始發(fā)揮作用，支撐抓手5利用自身的弧度及第二橡膠層51 的摩擦力貼緊在被測結構物的表面，再通過調節(jié)螺栓25 和調節(jié)旋鈕35 調整伸縮桿3與被測結構物之間的距離，直至所在位置使攝像機成像效果達到最佳為止。

（7）如圖1 所示，進行攝像時，起初擋塊6 擋住三節(jié)伸縮桿3，伸縮桿3利用下部裝置以及自身重力下降。由于是利用重力實現(xiàn)伸縮功能并且底部有擋塊的抵擋，所以第二節(jié)伸縮桿首先下降，等第二節(jié)伸縮桿全部釋放后開始第三節(jié)伸縮桿的下降；由于手搖絞盤4的掛扣43 掛在擋塊6 的第八圓形孔65 上，因此主要通過手搖絞盤4控制整個伸縮桿3并調整釋放的距離。

（8）如圖1 所示，隨著水下攝像頭85 所在位置的變化，計算機顯示器81 操作人員可隨時記錄所在水平位置和深度位置并錄制視頻，可以和伸縮桿3控制人員配合，抓拍關鍵位置。此伸縮裝置與水下攝像系統(tǒng)有效的結合，無需工作人員潛水進行攝像，并可控制多個水平測點及深度。當被測結構物周長較大時，拼裝環(huán)的數(shù)量也隨之增加，工作人員可以依據(jù)錄像范圍靈活調整測點位置直至所有錄制的視頻能覆蓋被測結構物表面；此裝置輔助錄制的能反映結構物狀況的視頻更有條理性，對后期出具檢測報告以及加固方案有一定指導作用。

4 結語

本文研究了一種橋梁水下構件檢測快速定位裝置。與現(xiàn)有潛水員潛水探摸錄像技術相比，此裝置具有以下效果：

（1）安全性：檢測人員通過操控攝像系統(tǒng)進行水下外觀檢測，避免了檢測員親自潛水進行檢測作業(yè)，并且檢測作業(yè)時裝置固定于橋墩上，保證了檢測人員的安全性；

（2）高效性：該裝置可在短時間內完成組裝或拆卸，節(jié)省了大量時間；且裝置材料、儀器、設備較小，較輕盈，便于在途中運輸，使得檢測工作更高效；

（3）可靠性：該搭載平臺裝置可快速確定各測點的位置，通過裝置的伸縮功能可在水下區(qū)域三維空間內對橋梁橋墩、河床面以上樁基礎等構件進行拍攝，提高了檢測的可靠性及精確性。