鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測與GPS-RTK技術(shù)研究

摘 要：鐵路交通橋梁不僅是基礎(chǔ)設(shè)施，更是經(jīng)濟(jì)、社會和技術(shù)發(fā)展的重要支撐，對現(xiàn)代社會的運(yùn)行至關(guān)重要。水下基礎(chǔ)作為橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵支撐部分，其健康狀況直接影響橋梁的安全性和使用壽命。然而，水下環(huán)境的復(fù)雜性和隱蔽性使得傳統(tǒng)檢測方法面臨諸多挑戰(zhàn)。GPS-RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)）憑借其高精度、實(shí)時(shí)性和無需通視的優(yōu)勢，為鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測提供了新的技術(shù)手段。結(jié)合某鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測實(shí)例分析，在人工檢測和水下成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行水下河床地形測量，能夠顯著提升鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測的精度和效率，研究成果不僅推動(dòng)了GPS-RTK技術(shù)在橋梁檢測領(lǐng)域的深入應(yīng)用，也為這類橋梁的長期安全運(yùn)營提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：鐵路交通 水下基礎(chǔ)檢測 水下成像 地形測量

隨著交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和老化，橋梁的安全性和可靠性變得越來越重要，特別是對于那些跨越水域的橋梁，由于服役環(huán)境惡劣，水下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更容易產(chǎn)生沖刷侵蝕、破損露筋、樁基外露等缺陷，其水下部分的結(jié)構(gòu)健康狀況直接影響到整個(gè)橋梁的安全性能。而橋梁檢測是確保橋梁結(jié)構(gòu)安全、延長使用壽命的重要手段，尤其是橋梁水下基礎(chǔ)檢測，因其復(fù)雜性和技術(shù)挑戰(zhàn)而備受關(guān)注。如果不及時(shí)修補(bǔ)處理，病害會進(jìn)一步惡化，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞?。因此管養(yǎng)單位需要定期對橋梁水下基礎(chǔ)進(jìn)行監(jiān)測，以保證橋梁安全。

1 水下基礎(chǔ)檢測現(xiàn)狀

水下檢測技術(shù)一般包括人工目視檢測和水下檢測成像技術(shù)，如使用水下攝像機(jī)等。然而，深水區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)檢測由于水流湍急和氣候惡劣，人工檢測難以進(jìn)行，需要自動(dòng)化設(shè)備如水下機(jī)器人、水下聲吶等來進(jìn)行。水下環(huán)境的惡劣條件，如水流湍急、能見度低、水溫變化等，給水下基礎(chǔ)檢測帶來了巨大挑戰(zhàn)。這些條件不僅影響檢測設(shè)備的穩(wěn)定性和精確性，也增加了作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。

總而言之，鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測難度和檢測重要性尤為突出，本文重點(diǎn)闡述了鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測及GPS-RTK技術(shù)研究應(yīng)用。

2 水下基礎(chǔ)檢測方法

鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測項(xiàng)目包括外觀檢測、結(jié)構(gòu)檢測、地形地貌檢測三部分，其中外觀檢測、結(jié)構(gòu)檢測與常規(guī)橋梁檢測項(xiàng)目一致。由于此類橋梁水下基礎(chǔ)檢測，受地形地貌對樁基健康影響程度不同，需開展結(jié)合橋梁所處地形地貌特點(diǎn)，應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)測深儀結(jié)合，對河床斷面形貌進(jìn)行精確測繪，確保掌握每個(gè)樁基附近河床變遷情況，了解樁基外露長度，為后續(xù)橋梁健康評級及后續(xù)加固方案提供準(zhǔn)確的檢測結(jié)果支持。具體內(nèi)容如下。

2.1 外觀檢測

采用目視及探摸檢查，主要檢查樁基結(jié)構(gòu)有無明顯：裂縫、混凝土剝落、露筋、孔洞、基礎(chǔ)淘空、機(jī)械損傷和纏繞雜物等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常部位應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的檢測，測量該區(qū)域面積、深度（或高度）等，并應(yīng)用相機(jī)或攝像機(jī)記錄。

2.2 結(jié)構(gòu)檢測

主要測量結(jié)構(gòu)的長度、寬度和高度，圓形橋墩測量其周長或直徑繪制得到結(jié)構(gòu)的三維尺寸。

2.3 河床沖刷檢查

主要對樁基周圍的河床情況進(jìn)行探摸測量，探摸檢查內(nèi)容包括樁基四周的沖刷深度、沖刷范圍、沖刷方位、雜物的淤積及樁基附近（3m范圍）河床地質(zhì)情況等。

2.4 地形地貌

河道橫斷面測量的主要任務(wù)是測量出河道斷面線上的各個(gè)地形點(diǎn)的高低起伏情況，并繪出河道橫斷面圖，以掌握橋梁橋墩基礎(chǔ)沖刷情況和橋址處河道變遷及河床沖刷、淤積情況。

2.5 周圍環(huán)境調(diào)查

對橋梁附近村民進(jìn)行走訪，了解橋址處水位情況、附近河堤或構(gòu)造物水毀情況；對橋梁上、下游采砂情況進(jìn)行調(diào)查、問詢；對通航河道中船舶類型進(jìn)行調(diào)查。

3 在役鐵路交通橋梁水下基礎(chǔ)檢測實(shí)例分析

3.1 橋梁概況

本橋?yàn)槟硨Ｓ镁€鐵路交通特大橋，全橋長度為3426m，由99跨組成。運(yùn)營時(shí)間超過20年之久。主橋上部結(jié)構(gòu)采用58m+100m+58m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土圓端形橋墩，橋臺均采用耳墻式橋臺，除主橋橋墩采用擴(kuò)大基礎(chǔ)外，其余均采用鉆孔樁基礎(chǔ)。

3.2 橋梁狀況

該鐵路交通橋梁的主橋基礎(chǔ)長時(shí)間浸泡在水中，水下基礎(chǔ)的表面混凝土出現(xiàn)大面積剝落，鋼筋外露，遭受著嚴(yán)重的銹蝕。湍急的水流不斷沖擊著水下基礎(chǔ)，使其周邊的河床被沖刷出深坑，大大削弱了基礎(chǔ)的承載能力，對橋梁安全構(gòu)成威脅?，F(xiàn)在采用潛水員人工探摸、水下攝像技術(shù)，與GPS-RTK技術(shù)測深儀結(jié)合對該橋主橋的水下基礎(chǔ)進(jìn)行檢測。

4 水下基礎(chǔ)檢測結(jié)果

4.1 外觀檢測

基礎(chǔ)外觀檢測分析通過橋墩水下探摸配合攝像的檢測方式進(jìn)行。主要病害表現(xiàn)為：（1）混凝土表面長滿浮游生物、貝類附著，存在沖刷侵蝕、粗骨料外露；（2）混凝土破損、露筋，鋼筋銹蝕；（3）河床沖刷，樁基外露。典型外觀病害如下圖1、圖2。

4.2 河床測量

通過采用GPS-RTK技術(shù)測深儀結(jié)合技術(shù)，智能無人船作為載體，確保RTK數(shù)據(jù)與測深數(shù)據(jù)同步傳輸至PC。PC根據(jù)水面高程計(jì)算水下點(diǎn)的高程坐標(biāo)，與RTK平面坐標(biāo)結(jié)合，形成三維坐標(biāo)，進(jìn)而生成精確的地形圖。將河床斷面本次的檢測結(jié)果與上年度檢測結(jié)果進(jìn)行對比可知，橋墩上、下游各25m橫斷面位置河床斷面基本穩(wěn)定，河床標(biāo)高最大升高1.803m、最大降低0.902m。

4.3 結(jié)構(gòu)狀態(tài)評定

根據(jù)外觀檢查結(jié)果，對各個(gè)構(gòu)件劣化狀態(tài)進(jìn)行評級，具體檢測結(jié)果見表下1。

4.4 河床沖刷檢測結(jié)果

河床沖刷影響橋梁樁基的承載力、樁基穩(wěn)定性，加劇橋梁損壞速度，進(jìn)而引發(fā)結(jié)構(gòu)整體垮塌。因此，在橋梁水下基礎(chǔ)檢測過程中，必須充分考慮河床沖刷對橋梁樁基的影響，表2為該鐵路交通橋梁基礎(chǔ)所在處河床沖刷現(xiàn)狀。

5 結(jié)論

（1）水流沖刷是導(dǎo)致水下基礎(chǔ)病害的主要原因之一，加上混凝土施工質(zhì)量存在一定的缺陷，水流夾雜細(xì)沙對樁基迎水面的沖擊和研磨，還有生物腐蝕等多方面作用所致，導(dǎo)致樁基混凝土缺損、露筋、骨料外露等病害。

（2）河床的變化致使原埋入河床的水下基礎(chǔ)外露，甚至部分樁基露出1～6m樁身，GPS-RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）技術(shù)起到關(guān)鍵作用。

綜上所述，鐵路交通橋梁在我國交通系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的作用，因此橋梁水下基礎(chǔ)檢測就是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的工作，發(fā)展前景十分廣闊，需要采用更為先進(jìn)和有效的檢測技術(shù)和方法，形成綜合檢測體系，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。同時(shí)，也需要加強(qiáng)對檢測人員的技術(shù)培訓(xùn)和安全教育，提高檢測效率和質(zhì)量。

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