水中结构物成像检测技术适用性分析及实例

张锴

摘 要：文章基于水中桥梁桩基病害类型，介绍了水中结构物常用的检测方法，分析比较了目视法、成像法、应力波法等在桥梁检测中应用的适宜性，并在实际工程中通过研发的简便的摄像头下放和回收装置，较好地完成了水中结构物病害检测工作。

关键词：水中基础 成像检测 目视检查

1.水中桥梁桩基病害类型

我国现有的桥梁水中结构物多数为水中基础，如群桩基础，桩柱式基础以及沉井基础等，这些基础组成材料基本为钢筋混凝土结构。水中结构物病害调查结果表明，在长期的水流冲击、冲蚀等作用下，部分结构物出现病害，主要病害形式为混凝土开裂、剥落、表面缺损（蜂窝麻面等）、冲蚀等表观病害，以及钢筋锈胀等材料性质等。

根据调查资料，水中桥梁桩基病害类型主要有以下几种：

（1）施工质量缺陷。其典型表现为混凝土质量差而形成冲蚀和钢筋的锈蚀等病害。

（2）钢筋锈蚀。主要表现为锈斑、锈胀。钢筋锈蚀后由于水流作用导致混凝土脱落，进而钢筋外露。

（3）混凝土冲蚀。混凝土逐渐被消磨，造成混凝护层变薄。

水中结构物位于水下，发生病害后不易观测。因此需针对不同病害类型，采用适宜的检测方法，以保证及时有效地对水中结构物进行检测。

2.常用检测方法

（1）目视检查技术。目测检查是水下观测的一种重要方法。目测的方式包括潜水员摸测和目测、静水摄像、遥控电视和动态摄像等。

目前，进行目视检查的实施方法有多种，大多数规范也没有进行详细的规定。在实践中，检测单位通常按以下方式进行检测：①首先洁净目标物的表面；②建立参照坐标系统，以明确检查区部位、高程、坐标等的相对关系

而水利部门则明确，对于立方体型的结构物表观检测，应向结构物表面划分成若干竖向条带，每条带自上而下依次检测，这种规定对于提高检测实施的条理性很有帮助

（2）水下光电探测技术。水下光电探测技术主要为激光探测技术。水下光电探测系统现在已有美、英、俄、日、加拿大等国进行研究，有的产品已投入实际使用。

水下光电探测系统已经在水下工程安装、检修，水下环境监测、救生打捞、海底地貌勘探、石油勘探钻井位置测定、生物研究等海洋开发等领域应用。

对于混凝土水下结构，由于被检测对象位置固定，其适用性应该更强。

（3）水下成像检测技术。在浑浊水质环境条件下，由潜水员完成的传统的水下目视检测（如目力、水下录像、水下电视等） 一般难以实施。其中水下检测成像技术作为一种重要的水下无损检测和识别手段，越来越受到重视，各国都开展浑浊水检测成像技术的研究。目前水下检测成像技术主要有：水下声成像技术等。

水下声成像技术目前以声呐成像为主，可以形成物体轮廓的成像，但对于结构物表面的细部成像还有待深入研究。

（4）波动检测技术。结构物受到外界激振后，结构物将传递激振引起的波动信号。而结构物如果存在开裂、缺损等现象，将导致经结构物传递后的波动信号出现异常。利用这一特性，可以利用波动法进行水中结构物检测。

大坝的特征是体积大，表面形状较为规则。因此，针对大坝的波动检测技术采用表面波技术是合适的。此外，大坝上部是不淹没于水中的，便于激振设备等的安装和作业，也便于人员靠近。

而对于桥梁基础，其体积相对大坝要小很多，而且经常部分或全部浸泡于水中。如果采用表面波法等进行检测，存在激振设备安装和作业等的诸多不便。因此在进行桥梁水中基础检测时，表面波法不是首选。

为此，近年来，相继发展了水中结构物的低应变、超声波等桩基础检测方法。除了直接应用低应变反射波法以外，还发展了改进的低应变反射波检测法——旁孔测试法。

3.检测方法的适宜性比选

我国桥梁跨越的水域基本为内河，其水流特点总体为水深相比海洋较小，流速总体较低。针对这些特点，结合上述检测方法的特点，根据水下建筑表观检测诊断技术调研分析，对各项检测技术进行适应性分析，见表1。

总体而言，从技术可行性、技术成熟度以及实施便捷性分析，对于浅水区的水中结构物，应首先考虑采用水下目视检测，对于深水区的水中结构物，应优先考虑目视、摄影、摄像技术相结合的方式。

4.工程实例

我国东南沿海省份有多条高速公路处于江河入海口附近流域，受常年较大潮差水流的影响，桥梁水中结构物部分可能存在病害。为及时掌握桥梁水中结构物的状况，亟需采取有效方法对水中结构物进行快速、有效检测。

针对这些桥梁所处水水域的特点，目前检测机构总结了以下表观检测方式：

（1）水深较大的结构物，采用人工携带水下摄像机的方法进行检测。此类条件下，为保证检测效果，采用人工携带水下摄像机的方法进行检测比较适宜。

（2）水深较小的结构物，采用吊放水下摄像机的方法进行检测。此类结构物检测较为方便，采用吊放水下摄像头摄像检测的方法比采用潜水员的方法更为有效。

为开展这项工作，福建省高速技术咨询有限公司已经研发了简便的摄像头下放和回收装置，避免因水流冲刷导致的摄像头定位不稳定。

该装置由水下摄像机装载框架、框架扶杆等构成。框架扶杆为空心杆件，水下摄像机的电源线等通过扶杆内的空腔延展到操作平台。

使用时，将待检测的水中结构物表面分成若干竖向检测条带，条带宽度稍小于摄像机的摄像视场宽度，沿检测条带中心线位置下放框架。

该装置的侧壁安装有多个推进装置。作业时，操作人员手握扶杆，根据扶杆受水流冲击的变形，调节不同推进装置的推进方向和功率，使扶杆基本保持竖直状态。在这种状态下，徐徐下方扶杆，即可带动框架下沉，并进行检测条带内的摄录。观看现场拍摄照片可知，采用上述装置拍摄的照片清晰，水中结构物表观情况层次分明，说明该装置在水中稳定性较好。

5.结束语

综上所述，水中结构物病害检测是一项复杂程度很高的无损检测项目，文章结合桥梁水中结构物的特点，介绍了可用的检测方法并进行了适宜性分析，结合工程现状，介绍了在实际工作中得以应用的有效检测方法，可为工程实际应用提供参考。

參考文献：

[1]张剑波.水下结构物检测与维修技术概论[M].西安：石油工业出版社，2005.

[2]杨宇，陈彦平，马晔.桥梁水中基础振动波法无损检测技术研究[J].公路交通科技，2017（S1）：22-27