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[摘 要]文章介绍水下探摸和水下摄像方法对桥梁的水下基础进行检测的具体方法，分析其优缺点，并针对其存在的问题，提出采用水下机器人进行检测， 具有一定的实用价值。
[关键词]桥梁；水下基础；检测
中图分类号：U446.1 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）08-0117-02
桥梁基础是桥梁主要的承重结构，其工作状态直接影响桥梁的承重能力。桥梁基础多置于水中，长期处于复杂的水文地质中，受水流冲刷还经常遇到汛期威胁及漂流物的撞击，特别是近年河道大量抽砂，改变了桩身的自由长度等人为活动的影响，基础病害日益严重和普遍，这些病害经常性检查时难于发现，而且时刻威胁着人民生命财产的安全。因些，为确保交通运输安全，对桥梁水下基础的检查、维修、加固已成为当前公路部门的当务之急。本人通过实际参与的清远国省道桥汾的水下基础检查，并结合前人调研结果，主要针对桥梁水下检测的具体方法进行分析，结合桥梁水下桩基础检测中存在的问题，提出具有针对性的建议。
1.桥梁水下基础常规检查方法
桥梁基础水下外观检查是使用水下拍照、录像系统，水下超声波探伤仪等测量工具。主要采取水上、水下联合检查，潜水员在水下通过探摸及目视检测，视检测时水质情况采用水下录像机把检测的内容显示到水上监视器。检测工程师通过监视器和潜水员电话述说的内容对检查内容进行判断，对于作業时发现的混凝土脱落、蜂窝、水下结构裂纹、露筋、孔洞和机械损伤等缺陷要进行水下拍照和定位、定量测量，垂直位置是潜水员在水下利用量具对病害与墩台（或系梁、桩顶）的相对距离进行测量，水平位置是潜水员与水面工作人员联合利用定位杆在水上判断钟点位（圆桩的水平位置模拟钟点位），定量是潜水员在水下利用量具测量病害的面积、深度等相关数据。
1.1承台（或系梁或重力式桥墩基础）的外观检查
检测人员首先通过目视、探摸，对承台（或系梁或重力式桥墩基础）进行一般性外观检查。目的是了解结构的表面情况，如有无机械损伤、裂缝、腐蚀、露筋、砼（或块石）脱落等现象以及水生物生长情况等，潜水员要一边检查一边随时报告检查的情况，对于异常情况要通过潜水电话通知水面进行记录，异常部位潜水员要准确测出缺陷的面积，如果有露筋还要测出每一根钢筋的长度和直径及缺陷的相对位置（垂直和钟点定位）。潜水员检查完后要对承台（或系梁或重力式桥墩基础）外观进行一次录像，异常部位要拍照。
1.2桩与承台（或系梁）连接处
桩与承台连接处是受力比较集中的部位，检测人员需要仔细检测，首先潜水员应对连接处一周进行目视检查，了解连接处的情况，潜水员检查完后要对桩与承台（或系梁）连接处外观进行一次录像，异常部位应拍照。
1.3混凝土桩的检测
（1）无护筒保护的桩。混凝土桩基检测采用目视及探摸检查，主要检查混凝土表面有无明显：砼脱落、裂缝、露筋、孔洞、缩颈、机械损伤和缠绕杂物等。检查时一般是潜水员先对桩四周进行外观检查。如果没有发现异常情况潜水员要对桩进行一次外观录像，当发现异常部位应进行详细的检测，如缩颈、孔洞、露筋、裂缝、砼脱落和机械损伤等。方法是先将异常部位的水生物、腐蚀物、附着物等清理干净，然后测量该处的面积、深度（或高度）以及到参照点的距离和所在的钟点位等，测量应用相机记录下来。
测量桩的实际周长计算出桩现在的直径，在报告中和桩身设计直径进行比较分析，计算出直径磨损多少，特别是有缺陷处。
一般情况下，度量尺等都是必要的设备。为了进一步地调查在检测期间有怀疑的发现，还应备有相关的清理工具。
（2）有护筒保护的桩。在对有钢制护筒的水中桩基进行检测时，除了按（1）的检测方式方法外，还应重点检查钢护筒的腐蚀情况、护筒底部至河床（或承台）距离及其它异常情况等。对护筒进行腐蚀检查时应在护筒上中下三个部位（可根据水深增加测点）用钢铲和钢丝刷进行表面清理，清理范围约为300mm×300mm，然后详细观察护筒表面的腐蚀程度，如果钢护筒没有达到河床面或没有与承台连接，此处桩身应按（1）的要求进行检测。
（3） 砼扩大基础。砼扩大基础检测采用目视及探摸检查，主要检查墩基有无明显：裂缝、砼脱落、露筋、孔洞、基础淘空、机械损伤和缠绕杂物等；检查时一般是潜水员先对墩四周进行外观检查。如果没有发现异常情况潜水员要对墩进行一次外观录像，当发现异常部位应进行详细的检测，方法是先将异常部位的水生物、腐蚀物、附着物等清理干净，然后测量该处的面积、深度（或高度）以及到参照点的距离和所在的钟点位等，测量应用相机记录下来（水生物、腐蚀物、附着物等清理，拍照图像应反映水生物、腐蚀物、附着物等清理前后的效果）。
（4） 石砌体扩大基础。石砌墩基检测采用目视及探摸检查，主要检查墩基有无明显：裂缝、砌缝剥落、基础淘空、机械损伤和缠绕杂物等；检查时一般是潜水员先对墩四周进行外观检查。如果没有发现异常情况潜水员要对墩进行一次外观录像，当发现异常部位应进行详细的检测，方法同砼扩大基础。
1.4水生物检测
首先是确定水生物的类别：硬质、软质，然后对其各占比例情况和最大厚度及覆盖率进行测量。
1.5基础冲刷检测
主要对桩基（或重力式桥墩基础）周围局部的河床情况进行探摸测量，探摸检查内容包括桩基（或重力式桥墩基础）四周的冲刷深度、冲刷范围、冲刷方位、杂物的淤积及桩基附近（3米范围）河床地质情况，河床地质主要是判断河床表层组成材料及河床回填的材料等；测量是对桩基（或重力式桥墩基础）四周河床进行测量并与大桥竣工时的河床进行对比。
2.桥梁水下基础检测中存在的问题
上述桥梁水下基础检测方法中，检测结果能提供较为直观的基础外表病害情况和数据，能较为详细描述河床变迁、冲刷等情况。但在实际检测过程中还是存在着一些问题： （1）水下目视检测法不仅要耗费较大的人力、物力，而且还很容易受到环境的影响； 对于水下能见度较低（ 尤其是水质浑浊） 的区域，即使派有经验的潜水员，也很难保证检测结果的准确性。
（2）桥梁水下基础其混凝土缺陷中的空隙常被水充满，如使用超声波法对其裂缝进行检测，则很难保证检测结果的准确性。
（3）桥梁损伤检测方法大多是依靠人工来完成的，对于处于深水区的桥梁基础，由于有些区域水流湍急，气候环境恶劣，人工检测很难进行。
（4）检测主要以目测外观检查为主，检查结果的评定也大多是基于表面现象和经验。
3.桥梁水下基础检测新技术
由于现有的桥梁水下基础检测方法本身存在上述分析的问题和缺陷，应用这些方法时存在诸多困难，因此可运用自动化设备的研究成果（ 如水下机器人） 来进行桥梁水下基础检测的数据采集，并结合目前桥梁健康监测研究中较为先进的损伤识别技术对数据进行识别和综合诊断，从而建立一个完整的桥梁水下基础检测、诊断与评估体系。
水下机器人是集水下高技术于一体的仪器设备，它集成了动力电源、控制、推进、导航等仪器设备，还按照不同的应用目的相应配置了不同类型的探测仪器。水下机器人是人类智能和各种感官、器官在水下的延伸，可利用水下机器人进行水下检测和研究作业，去完成人类肌体无法适应的各种水下环境的检测、探索和研究。目前已研制的观测型水下机器人可应用于代替潜水员观察和水下设施检测等方面。因而，在桥梁水下基础的检测过程中，可考虑以遥控水下机器人为载体，在機器人上配备浅剖声呐、高频成像声呐等检测传感器，使之成为一个装备有声、光、电等多种先进传感器的综合体，去实现桥梁水下基础检测的数据采集。
对于通过水下机器人采集到的数据进行识别和综合诊断，可采用工程结构健康监测研究中提出的人工神经网络与专家系统。由于人工神经网络已成功应用了滤波、谱估计、信号检测、系统辨识、模式识别等技术，因此神经网络识别法可有效避免高噪音干扰和模式损失等不利因素。由于桥梁水下基础损伤检测难以获得完备的检测数据，然而利用人工神经网络法，并结合小波分析法，可提取基础损伤特征和处理检测信号。利用有限的数据训练，神经网络法在无数学模型的情况下，可根据不完备的数据识别较好地解决非线性和不确定性引起系统的辨识问题。目前，基于误差反向传播算法的神经网络（ BP） 、径向基函数神经网络（ RBF） 、自组织神经网络（ ART） 等已应用于结构损伤识别。人工神经网络法的准确性是与训练数据集的完整程度有很大的关系，训练数据集越完整则其准确性越高。
此外，桥梁水下基础的缺陷诊断与评估可考虑结合使用专家系统。如果仅有深厚的理论基础而没有丰富的专家经验，或仅有丰富的专家经验而没有深厚的理论基础，则诊断与评估结果往往会发生较大偏离。因为人工神经网络具备学习能力，但不具备解释能力； 而专家系统是基于符号的推理系统，虽具备解释功能，但获取知识困难，因此将专家系统和人工神经网络结合起来，建立损伤智能诊断系统，可综合诊断桥梁水下基础病害。
4.结语
桥梁水下基础检测尚处在经验积累阶段，多采用常规的水下探摸和水下摄像方法对桥梁的水下桩基进行检测。随着桥梁检测和评价技术的发展，要求具有更为准确可靠的检测数据，这客观上对桥梁检测仪器设备提出了更高或全新的要求。水下机器人将极大地丰富和完善水下基础检测技术，更加科学有效。
参考文献
[1]王建华，孙胜江.桥涵工程试验检测技术[M].北京：人民交通出版社，2004.
[2]欧进萍，肖仪清.海洋平台结构实时安全监测系统[J].海洋工程，2001，19（2）.
[3]张敬芬，赵德有.工程结构裂纹损伤振动诊断的发展现状和展望[ J].振动与冲击，2002，21（4）.
[关键词]桥梁；水下基础；检测
中图分类号：U446.1 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）08-0117-02
桥梁基础是桥梁主要的承重结构，其工作状态直接影响桥梁的承重能力。桥梁基础多置于水中，长期处于复杂的水文地质中，受水流冲刷还经常遇到汛期威胁及漂流物的撞击，特别是近年河道大量抽砂，改变了桩身的自由长度等人为活动的影响，基础病害日益严重和普遍，这些病害经常性检查时难于发现，而且时刻威胁着人民生命财产的安全。因些，为确保交通运输安全，对桥梁水下基础的检查、维修、加固已成为当前公路部门的当务之急。本人通过实际参与的清远国省道桥汾的水下基础检查，并结合前人调研结果，主要针对桥梁水下检测的具体方法进行分析，结合桥梁水下桩基础检测中存在的问题，提出具有针对性的建议。
1.桥梁水下基础常规检查方法
桥梁基础水下外观检查是使用水下拍照、录像系统，水下超声波探伤仪等测量工具。主要采取水上、水下联合检查，潜水员在水下通过探摸及目视检测，视检测时水质情况采用水下录像机把检测的内容显示到水上监视器。检测工程师通过监视器和潜水员电话述说的内容对检查内容进行判断，对于作業时发现的混凝土脱落、蜂窝、水下结构裂纹、露筋、孔洞和机械损伤等缺陷要进行水下拍照和定位、定量测量，垂直位置是潜水员在水下利用量具对病害与墩台（或系梁、桩顶）的相对距离进行测量，水平位置是潜水员与水面工作人员联合利用定位杆在水上判断钟点位（圆桩的水平位置模拟钟点位），定量是潜水员在水下利用量具测量病害的面积、深度等相关数据。
1.1承台（或系梁或重力式桥墩基础）的外观检查
检测人员首先通过目视、探摸，对承台（或系梁或重力式桥墩基础）进行一般性外观检查。目的是了解结构的表面情况，如有无机械损伤、裂缝、腐蚀、露筋、砼（或块石）脱落等现象以及水生物生长情况等，潜水员要一边检查一边随时报告检查的情况，对于异常情况要通过潜水电话通知水面进行记录，异常部位潜水员要准确测出缺陷的面积，如果有露筋还要测出每一根钢筋的长度和直径及缺陷的相对位置（垂直和钟点定位）。潜水员检查完后要对承台（或系梁或重力式桥墩基础）外观进行一次录像，异常部位要拍照。
1.2桩与承台（或系梁）连接处
桩与承台连接处是受力比较集中的部位，检测人员需要仔细检测，首先潜水员应对连接处一周进行目视检查，了解连接处的情况，潜水员检查完后要对桩与承台（或系梁）连接处外观进行一次录像，异常部位应拍照。
1.3混凝土桩的检测
（1）无护筒保护的桩。混凝土桩基检测采用目视及探摸检查，主要检查混凝土表面有无明显：砼脱落、裂缝、露筋、孔洞、缩颈、机械损伤和缠绕杂物等。检查时一般是潜水员先对桩四周进行外观检查。如果没有发现异常情况潜水员要对桩进行一次外观录像，当发现异常部位应进行详细的检测，如缩颈、孔洞、露筋、裂缝、砼脱落和机械损伤等。方法是先将异常部位的水生物、腐蚀物、附着物等清理干净，然后测量该处的面积、深度（或高度）以及到参照点的距离和所在的钟点位等，测量应用相机记录下来。
测量桩的实际周长计算出桩现在的直径，在报告中和桩身设计直径进行比较分析，计算出直径磨损多少，特别是有缺陷处。
一般情况下，度量尺等都是必要的设备。为了进一步地调查在检测期间有怀疑的发现，还应备有相关的清理工具。
（2）有护筒保护的桩。在对有钢制护筒的水中桩基进行检测时，除了按（1）的检测方式方法外，还应重点检查钢护筒的腐蚀情况、护筒底部至河床（或承台）距离及其它异常情况等。对护筒进行腐蚀检查时应在护筒上中下三个部位（可根据水深增加测点）用钢铲和钢丝刷进行表面清理，清理范围约为300mm×300mm，然后详细观察护筒表面的腐蚀程度，如果钢护筒没有达到河床面或没有与承台连接，此处桩身应按（1）的要求进行检测。
（3） 砼扩大基础。砼扩大基础检测采用目视及探摸检查，主要检查墩基有无明显：裂缝、砼脱落、露筋、孔洞、基础淘空、机械损伤和缠绕杂物等；检查时一般是潜水员先对墩四周进行外观检查。如果没有发现异常情况潜水员要对墩进行一次外观录像，当发现异常部位应进行详细的检测，方法是先将异常部位的水生物、腐蚀物、附着物等清理干净，然后测量该处的面积、深度（或高度）以及到参照点的距离和所在的钟点位等，测量应用相机记录下来（水生物、腐蚀物、附着物等清理，拍照图像应反映水生物、腐蚀物、附着物等清理前后的效果）。
（4） 石砌体扩大基础。石砌墩基检测采用目视及探摸检查，主要检查墩基有无明显：裂缝、砌缝剥落、基础淘空、机械损伤和缠绕杂物等；检查时一般是潜水员先对墩四周进行外观检查。如果没有发现异常情况潜水员要对墩进行一次外观录像，当发现异常部位应进行详细的检测，方法同砼扩大基础。
1.4水生物检测
首先是确定水生物的类别：硬质、软质，然后对其各占比例情况和最大厚度及覆盖率进行测量。
1.5基础冲刷检测
主要对桩基（或重力式桥墩基础）周围局部的河床情况进行探摸测量，探摸检查内容包括桩基（或重力式桥墩基础）四周的冲刷深度、冲刷范围、冲刷方位、杂物的淤积及桩基附近（3米范围）河床地质情况，河床地质主要是判断河床表层组成材料及河床回填的材料等；测量是对桩基（或重力式桥墩基础）四周河床进行测量并与大桥竣工时的河床进行对比。
2.桥梁水下基础检测中存在的问题
上述桥梁水下基础检测方法中，检测结果能提供较为直观的基础外表病害情况和数据，能较为详细描述河床变迁、冲刷等情况。但在实际检测过程中还是存在着一些问题： （1）水下目视检测法不仅要耗费较大的人力、物力，而且还很容易受到环境的影响； 对于水下能见度较低（ 尤其是水质浑浊） 的区域，即使派有经验的潜水员，也很难保证检测结果的准确性。
（2）桥梁水下基础其混凝土缺陷中的空隙常被水充满，如使用超声波法对其裂缝进行检测，则很难保证检测结果的准确性。
（3）桥梁损伤检测方法大多是依靠人工来完成的，对于处于深水区的桥梁基础，由于有些区域水流湍急，气候环境恶劣，人工检测很难进行。
（4）检测主要以目测外观检查为主，检查结果的评定也大多是基于表面现象和经验。
3.桥梁水下基础检测新技术
由于现有的桥梁水下基础检测方法本身存在上述分析的问题和缺陷，应用这些方法时存在诸多困难，因此可运用自动化设备的研究成果（ 如水下机器人） 来进行桥梁水下基础检测的数据采集，并结合目前桥梁健康监测研究中较为先进的损伤识别技术对数据进行识别和综合诊断，从而建立一个完整的桥梁水下基础检测、诊断与评估体系。
水下机器人是集水下高技术于一体的仪器设备，它集成了动力电源、控制、推进、导航等仪器设备，还按照不同的应用目的相应配置了不同类型的探测仪器。水下机器人是人类智能和各种感官、器官在水下的延伸，可利用水下机器人进行水下检测和研究作业，去完成人类肌体无法适应的各种水下环境的检测、探索和研究。目前已研制的观测型水下机器人可应用于代替潜水员观察和水下设施检测等方面。因而，在桥梁水下基础的检测过程中，可考虑以遥控水下机器人为载体，在機器人上配备浅剖声呐、高频成像声呐等检测传感器，使之成为一个装备有声、光、电等多种先进传感器的综合体，去实现桥梁水下基础检测的数据采集。
对于通过水下机器人采集到的数据进行识别和综合诊断，可采用工程结构健康监测研究中提出的人工神经网络与专家系统。由于人工神经网络已成功应用了滤波、谱估计、信号检测、系统辨识、模式识别等技术，因此神经网络识别法可有效避免高噪音干扰和模式损失等不利因素。由于桥梁水下基础损伤检测难以获得完备的检测数据，然而利用人工神经网络法，并结合小波分析法，可提取基础损伤特征和处理检测信号。利用有限的数据训练，神经网络法在无数学模型的情况下，可根据不完备的数据识别较好地解决非线性和不确定性引起系统的辨识问题。目前，基于误差反向传播算法的神经网络（ BP） 、径向基函数神经网络（ RBF） 、自组织神经网络（ ART） 等已应用于结构损伤识别。人工神经网络法的准确性是与训练数据集的完整程度有很大的关系，训练数据集越完整则其准确性越高。
此外，桥梁水下基础的缺陷诊断与评估可考虑结合使用专家系统。如果仅有深厚的理论基础而没有丰富的专家经验，或仅有丰富的专家经验而没有深厚的理论基础，则诊断与评估结果往往会发生较大偏离。因为人工神经网络具备学习能力，但不具备解释能力； 而专家系统是基于符号的推理系统，虽具备解释功能，但获取知识困难，因此将专家系统和人工神经网络结合起来，建立损伤智能诊断系统，可综合诊断桥梁水下基础病害。
4.结语
桥梁水下基础检测尚处在经验积累阶段，多采用常规的水下探摸和水下摄像方法对桥梁的水下桩基进行检测。随着桥梁检测和评价技术的发展，要求具有更为准确可靠的检测数据，这客观上对桥梁检测仪器设备提出了更高或全新的要求。水下机器人将极大地丰富和完善水下基础检测技术，更加科学有效。
参考文献
[1]王建华，孙胜江.桥涵工程试验检测技术[M].北京：人民交通出版社，2004.
[2]欧进萍，肖仪清.海洋平台结构实时安全监测系统[J].海洋工程，2001，19（2）.
[3]张敬芬，赵德有.工程结构裂纹损伤振动诊断的发展现状和展望[ J].振动与冲击，2002，21（4）.