孫希來，徐嵐，張臣，劉志洋

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

0 引言

橋梁樁基礎(chǔ)承受著上部結(jié)構(gòu)自重以及汽車、雨雪等可變荷載，樁基礎(chǔ)將其上部的荷載傳遞給地基，其在橋梁所有構(gòu)件中承擔(dān)著重要的角色。對(duì)于跨?？绾訕蛄?，樁基礎(chǔ)常工作在水下環(huán)境中，在運(yùn)營期的橋梁水下檢測(cè)時(shí)，由于受水深、水質(zhì)及水流速度的影響導(dǎo)致相對(duì)于陸地檢測(cè)難度更大，尤其是在急流環(huán)境下[3]。檢測(cè)員進(jìn)行探摸或手持水下專用攝像頭攝像時(shí)，由于水流沖擊作用導(dǎo)致水下檢測(cè)定位存在偏差，對(duì)橋梁水下構(gòu)件病害的尺寸及位置描述不準(zhǔn)確，容易對(duì)后期針對(duì)樁基礎(chǔ)缺陷的養(yǎng)護(hù)加固方案造成誤導(dǎo)。因此，本文提出一種安全可靠的橋梁水下構(gòu)件檢測(cè)搭載平臺(tái)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(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置；進(jìn)行橋梁水下構(gòu)件檢測(cè)時(shí)，可根據(jù)拼裝環(huán)編號(hào)確定測(cè)點(diǎn)在水平面上的位置坐標(biāo)，根據(jù)豎向伸縮裝置上的刻度確定測(cè)點(diǎn)的豎向位置坐標(biāo)，從而得到測(cè)點(diǎn)的相對(duì)三維坐標(biāo)。該檢測(cè)裝置無需潛水員進(jìn)行水下作業(yè)，同時(shí)能保證獲取水下構(gòu)件缺損的精確位置。

1 搭載平臺(tái)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(jì)算機(jī)顯示器；緊固圈為整個(gè)裝置的載體，由多個(gè)拼裝環(huán)組合而成，拼裝環(huán)兩端分別為延伸塊和凸起結(jié)構(gòu)，中間部分為懸掛扣，內(nèi)部為橡膠層，不同拼裝環(huán)之間的延伸塊與凸起結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)伸縮桿的伸縮功能；伸縮桿設(shè)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(nèi)進(jìn)行伸縮，在上部懸掛支架固定完畢后支撐在被測(cè)結(jié)構(gòu)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(chǎn)生緊固作用來固定攝像頭。該裝置用于橋梁水下樁基礎(chǔ)及橋墩部分的檢測(cè)，在樁基水上部分進(jìn)行平臺(tái)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(cè)時(shí)攝像的效率及精確度。

2 裝置研究技術(shù)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(cè)點(diǎn)的位置，并通過伸縮功能在水下區(qū)域三維空間內(nèi)對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)、橋墩等構(gòu)件進(jìn)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(gè)子系統(tǒng)，見圖1～圖5。

（1）攝像系統(tǒng)設(shè)有計(jì)算機(jī)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(shè)置第一凸起結(jié)構(gòu)及延伸塊，中間側(cè)面設(shè)置懸掛扣，內(nèi)側(cè)設(shè)有第一橡膠層；第一凸結(jié)構(gòu)上設(shè)有第一圓形孔，延伸塊上設(shè)有第二圓形孔，懸掛扣上設(shè)有第三圓形孔；

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

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

（5）手搖絞盤底部四周設(shè)有第七圓形孔，中間設(shè)有纜索，所述纜索端部設(shè)有掛扣；

（6）支撐抓手內(nèi)側(cè)設(shè)有第二橡膠層；

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

（8）連接片前后兩側(cè)設(shè)有扣帶，左右兩側(cè)設(shè)有第五螺紋孔；扣帶盡頭設(shè)有第九圓形孔，內(nèi)側(cè)設(shè)有緊貼表面的泡棉。

3 裝置研究實(shí)施方案

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 裝置固定在結(jié)構(gòu)物表面的頂面示意圖

圖3 拼裝環(huán)結(jié)構(gòu)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(jī)集成示意圖

（1）如圖2、圖3所示，緊固圈由8個(gè)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(jié)構(gòu)物的表面，保證表面整潔無其他雜物。拼裝環(huán)1首端設(shè)有第一凸起結(jié)構(gòu)11，尾端設(shè)有延伸塊12，不同拼裝環(huán)1 之間的第一凸起結(jié)構(gòu)11 與延伸塊12 的圓形孔對(duì)準(zhǔn)后利用第一緊固件17 連接。處于緊固圈閉合口處的一個(gè)拼裝環(huán)1，其端部延伸塊3 有所加長并且延伸部分設(shè)有一排較密集的圓形孔，在封閉時(shí)，為了使整個(gè)緊固圈與樁基礎(chǔ)貼合緊密，另一個(gè)拼裝環(huán)1 第一凸起結(jié)構(gòu)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(duì)。利用多個(gè)拼裝環(huán)1進(jìn)行拼合，可使連接更靈活，并且隨著不同樁基礎(chǔ)周長的變化可進(jìn)行第一凸起結(jié)構(gòu)11 所處閉合位置的調(diào)整甚至拼裝環(huán)1 數(shù)量的調(diào)整。

（2）如圖1、圖4 所示，懸掛支架2 中間矩形框架結(jié)構(gòu)四角處設(shè)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(duì)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(cè)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(duì)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(nèi)部，利用調(diào)節(jié)旋鈕35 進(jìn)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(nèi)設(shè)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(jìn)伸縮桿3 底部的第二螺紋孔36 內(nèi)，完成擋塊6 與伸縮桿3 之間的連接；擋塊6右側(cè)豎直部分設(shè)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(cè)設(shè)置有第四螺紋孔63，連接片7 兩側(cè)同樣設(shè)置有第五螺紋孔72，將第五螺紋孔72 與第四螺紋孔63 對(duì)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(gè)扣帶71 上的第九圓形孔74 進(jìn)行固定，內(nèi)側(cè)的泡棉76 可以防止扣帶71 對(duì)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(shè)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(cè)端部的螺紋桿21 上，然后利用兩側(cè)的調(diào)節(jié)螺栓25進(jìn)行位置調(diào)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(cè)結(jié)構(gòu)物的表面，再通過調(diào)節(jié)螺栓25 和調(diào)節(jié)旋鈕35 調(diào)整伸縮桿3與被測(cè)結(jié)構(gòu)物之間的距離，直至所在位置使攝像機(jī)成像效果達(dá)到最佳為止。

（7）如圖1 所示，進(jìn)行攝像時(shí)，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(shí)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(gè)伸縮桿3并調(diào)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(jì)算機(jī)顯示器81 操作人員可隨時(shí)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(guān)鍵位置。此伸縮裝置與水下攝像系統(tǒng)有效的結(jié)合，無需工作人員潛水進(jìn)行攝像，并可控制多個(gè)水平測(cè)點(diǎn)及深度。當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)物周長較大時(shí)，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(diào)整測(cè)點(diǎn)位置直至所有錄制的視頻能覆蓋被測(cè)結(jié)構(gòu)物表面；此裝置輔助錄制的能反映結(jié)構(gòu)物狀況的視頻更有條理性，對(duì)后期出具檢測(cè)報(bào)告以及加固方案有一定指導(dǎo)作用。

4 結(jié)語

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

（1）安全性：檢測(cè)人員通過操控?cái)z像系統(tǒng)進(jìn)行水下外觀檢測(cè)，避免了檢測(cè)員親自潛水進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)，并且檢測(cè)作業(yè)時(shí)裝置固定于橋墩上，保證了檢測(cè)人員的安全性；

（2）高效性：該裝置可在短時(shí)間內(nèi)完成組裝或拆卸，節(jié)省了大量時(shí)間；且裝置材料、儀器、設(shè)備較小，較輕盈，便于在途中運(yùn)輸，使得檢測(cè)工作更高效；

（3）可靠性：該搭載平臺(tái)裝置可快速確定各測(cè)點(diǎn)的位置，通過裝置的伸縮功能可在水下區(qū)域三維空間內(nèi)對(duì)橋梁橋墩、河床面以上樁基礎(chǔ)等構(gòu)件進(jìn)行拍攝，提高了檢測(cè)的可靠性及精確性。