桥梁水下构件检测搭载平台研究

孙希来，徐岚，张臣，刘志洋

(1.北京新桥技术发展有限公司，北京 100088；2.中交元洋（大连）桥梁水下检测有限公司，辽宁 大连 116026）

0 引言

桥梁桩基础承受着上部结构自重以及汽车、雨雪等可变荷载，桩基础将其上部的荷载传递给地基，其在桥梁所有构件中承担着重要的角色。对于跨海跨河桥梁，桩基础常工作在水下环境中，在运营期的桥梁水下检测时，由于受水深、水质及水流速度的影响导致相对于陆地检测难度更大，尤其是在急流环境下[3]。检测员进行探摸或手持水下专用摄像头摄像时，由于水流冲击作用导致水下检测定位存在偏差，对桥梁水下构件病害的尺寸及位置描述不准确，容易对后期针对桩基础缺陷的养护加固方案造成误导。因此，本文提出一种安全可靠的桥梁水下构件检测搭载平台装置，该装置由拼装环拼装连接而成的紧固圈固定于桥墩水平面之上，并可确定该装置与桥梁基准点的相对位置；进行桥梁水下构件检测时，可根据拼装环编号确定测点在水平面上的位置坐标，根据竖向伸缩装置上的刻度确定测点的竖向位置坐标，从而得到测点的相对三维坐标。该检测装置无需潜水员进行水下作业，同时能保证获取水下构件缺损的精确位置。

1 搭载平台装置简介

该装置包括水下摄像系统、紧固圈、伸缩杆、手摇绞盘、悬挂支架、挡块、支撑抓手及连接片。水下摄像系统包括水下摄像头、电缆、数据线、电源及计算机显示器；紧固圈为整个装置的载体，由多个拼装环组合而成，拼装环两端分别为延伸块和凸起结构，中间部分为悬挂扣，内部为橡胶层，不同拼装环之间的延伸块与凸起结构通过螺栓连接[1]；悬挂支架上固定有手摇绞盘，悬挂支架两端分别与拼装环和伸缩杆相连；绞盘的挂扣与伸缩杆底部的挡块相连接，从而实现伸缩杆的伸缩功能；伸缩杆设有表面刻度线及横向空心杆，伸缩杆底部与挡块之间通过螺钉紧固件连接；支撑抓手可在空心横向杆内进行伸缩，在上部悬挂支架固定完毕后支撑在被测结构物表面，挡块通过带垫圈的螺钉与连接片相连，连接片上的扣带通过螺栓紧固件穿过螺纹孔产生紧固作用来固定摄像头。该装置用于桥梁水下桩基础及桥墩部分的检测，在桩基水上部分进行平台搭载，利用拼装环和伸缩杆控制水平位置及竖向深度，提高了水下检测时摄像的效率及精确度。

2 装置研究技术方案

本装置包含了一种水下快速定位摄像装置，可快速确定各测点的位置，并通过伸缩功能在水下区域三维空间内对桥梁桩基础、桥墩等构件进行拍摄，提高了可靠性及精确性。本装置包括水下拍摄系统、紧固圈、悬挂支架、伸缩杆、手摇绞盘、支撑抓手、挡块及连接片8个子系统，见图1～图5。

（1）摄像系统设有计算机显示器、电源、水下摄像头、电缆、数据线[2]；

（2）紧固圈由拼装环组成，拼装环两端分别设置第一凸起结构及延伸块，中间侧面设置悬挂扣，内侧设有第一橡胶层；第一凸结构上设有第一圆形孔，延伸块上设有第二圆形孔，悬挂扣上设有第三圆形孔；

（3）悬挂支架一端设有螺纹杆，中间处四角设有第四圆形孔，另一端设有第五圆形孔，螺纹杆上设有调节螺栓；

（4）伸缩杆表面设有刻度线，顶端处设有贯通的第六圆形孔，中间处设有空心横向杆，底端设有第二螺纹孔；空心横向杆端部设有第一螺纹孔[4]；

（5）手摇绞盘底部四周设有第七圆形孔，中间设有缆索，所述缆索端部设有挂扣；

（6）支撑抓手内侧设有第二橡胶层；

（7）挡块底部中间处设有凹槽，底部两侧设有第四螺纹孔，侧面顶端设有第八螺纹孔；凹槽中间处设有贯穿的第三螺纹孔；

（8）连接片前后两侧设有扣带，左右两侧设有第五螺纹孔；扣带尽头设有第九圆形孔，内侧设有紧贴表面的泡棉。

3 装置研究实施方案

图1 装置整体结构示意图

图2 装置固定在结构物表面的顶面示意图

图3 拼装环结构局部示意图

图4 伸缩杆、挡块以及支撑抓手局部示意图

图5 挡块、连接片及摄像机集成示意图

（1）如图2、图3所示，紧固圈由8个拼装环1共同组成，拼装环1组装前先清理桩基或桥墩等结构物的表面，保证表面整洁无其他杂物。拼装环1首端设有第一凸起结构11，尾端设有延伸块12，不同拼装环1 之间的第一凸起结构11 与延伸块12 的圆形孔对准后利用第一紧固件17 连接。处于紧固圈闭合口处的一个拼装环1，其端部延伸块3 有所加长并且延伸部分设有一排较密集的圆形孔，在封闭时，为了使整个紧固圈与桩基础贴合紧密，另一个拼装环1 第一凸起结构11 第一圆形孔14的位置与闭合口处延伸块12的第二圆形孔15的位置可以灵活配对。利用多个拼装环1进行拼合，可使连接更灵活，并且随着不同桩基础周长的变化可进行第一凸起结构11 所处闭合位置的调整甚至拼装环1 数量的调整。

（2）如图1、图4 所示，悬挂支架2 中间矩形框架结构四角处设置有第四圆形孔22，将手摇绞盘4底部的第七圆形孔41 与第四圆形孔22 对中，利用第三紧固件44 固定，完成悬挂支架2 与手摇绞盘4 之间的连接。悬挂支架2 右侧的第五螺纹孔23 与拼装环1 悬挂扣13 上的第三圆形孔16 对中，再利用第二紧固件24 固定，完成悬挂支架2与紧固圈19的连接。

（3）如图1、图4 所示，支撑抓手5 的直杆部分的直径略小于伸缩杆3 中间位置处的空心横向杆33 的直径，将支撑抓手5伸入空心横向杆内部，利用调节旋钮35 进行挤压固定，完成伸缩杆3 与支撑抓手5 之间的连接。

（4）如图4、图5 所示，挡块6 中间小范围矩形处为凹槽61，凹槽内设有贯通的第三螺纹孔62，利用第四紧固件64 穿过第三螺纹孔62 并且拧进伸缩杆3 底部的第二螺纹孔36 内，完成挡块6 与伸缩杆3 之间的连接；挡块6右侧竖直部分设置有第八圆形孔65，将手摇绞盘4的挂扣43挂在第八圆形孔65上。

（5）如图4、图5 所示，挡块6 两侧设置有第四螺纹孔63，连接片7 两侧同样设置有第五螺纹孔72，将第五螺纹孔72 与第四螺纹孔63 对中，利用第五紧固件73 拧紧并固定，完成连接片7 与挡块6 之间的连接；将扣带71 夹住水下摄像头85，然后利用第六紧固件75穿过两个扣带71 上的第九圆形孔74 进行固定，内侧的泡棉76 可以防止扣带71 对水下摄像头85 表面挤压损坏，此过程完成连接片7 与水下摄像系统8 之间的连接。

（6）如图1、图2和图4所示，伸缩杆3顶部设置有贯穿的第六圆形孔32，将第六圆形孔32 套在悬挂支架2 左侧端部的螺纹杆21 上，然后利用两侧的调节螺栓25进行位置调整与固定，此刻伸缩杆3中间位置的空心横向杆33与支撑抓手5开始发挥作用，支撑抓手5利用自身的弧度及第二橡胶层51 的摩擦力贴紧在被测结构物的表面，再通过调节螺栓25 和调节旋钮35 调整伸缩杆3与被测结构物之间的距离，直至所在位置使摄像机成像效果达到最佳为止。

（7）如图1 所示，进行摄像时，起初挡块6 挡住三节伸缩杆3，伸缩杆3利用下部装置以及自身重力下降。由于是利用重力实现伸缩功能并且底部有挡块的抵挡，所以第二节伸缩杆首先下降，等第二节伸缩杆全部释放后开始第三节伸缩杆的下降；由于手摇绞盘4的挂扣43 挂在挡块6 的第八圆形孔65 上，因此主要通过手摇绞盘4控制整个伸缩杆3并调整释放的距离。

（8）如图1 所示，随着水下摄像头85 所在位置的变化，计算机显示器81 操作人员可随时记录所在水平位置和深度位置并录制视频，可以和伸缩杆3控制人员配合，抓拍关键位置。此伸缩装置与水下摄像系统有效的结合，无需工作人员潜水进行摄像，并可控制多个水平测点及深度。当被测结构物周长较大时，拼装环的数量也随之增加，工作人员可以依据录像范围灵活调整测点位置直至所有录制的视频能覆盖被测结构物表面；此装置辅助录制的能反映结构物状况的视频更有条理性，对后期出具检测报告以及加固方案有一定指导作用。

4 结语

本文研究了一种桥梁水下构件检测快速定位装置。与现有潜水员潜水探摸录像技术相比，此装置具有以下效果：

（1）安全性：检测人员通过操控摄像系统进行水下外观检测，避免了检测员亲自潜水进行检测作业，并且检测作业时装置固定于桥墩上，保证了检测人员的安全性；

（2）高效性：该装置可在短时间内完成组装或拆卸，节省了大量时间；且装置材料、仪器、设备较小，较轻盈，便于在途中运输，使得检测工作更高效；

（3）可靠性：该搭载平台装置可快速确定各测点的位置，通过装置的伸缩功能可在水下区域三维空间内对桥梁桥墩、河床面以上桩基础等构件进行拍摄，提高了检测的可靠性及精确性。