铁路桥梁水下基础病害诊断与修复技术应用研究

由于我国拥有为数众多的江河湖海,横跨水域的桥梁越来越多,桥梁工程服役期间,水下结构如墩台、基础等在长年累月的水流冲刷侵蚀和过往船只剐蹭碰撞下,不可避免的会出现表面破损、露筋锈蚀、结构变形等病害问题,从而危害桥梁工程服役寿命和正常运行。水下铁路桥梁维护是桥梁工程领域中的重要议题,随着水下铁路桥梁数量的增加和老化程度的加剧,对其维护的需求日益迫切。本文对铁路桥梁水下基础病害诊断与修复技术进行了研究,希望提供参考。

基于声呐成像的水下桩墩表观病害深度学习与智能检测

声呐成像检测水下桩墩表观病害时,其图像与光学图像的病害特征存在较大差异,病害的位置和类型需要人工识别且易出错。为解决这个问题,提出基于声呐成像的水下桩墩表观病害深度学习与智能检测方法。首先对水下实桥桩墩以及试验模型进行声呐扫描获取大量图像,并分析声呐图像中的病害特征;然后对Faster R-CNN框架下VGG16网络模型进行改进,采用水平、垂直等线性变换实现原始声呐图像的数据增强,对深度学习模型进行近似联合优化训练,用一定概率保证率的矩形识别框实现水下桩墩多类病害的分类定位;最后选取150幅未参与训练的声呐图像进行识别,验证所提出方法的有效性,并通过混淆矩阵、精确率、召回率、准确率以及F1值等评价指标对识别方法性能进行研究。研究结果发现,桩墩孔洞、剥落和位移等病害以及无病害类型的识别结果的总体准确率为88.3%,F1值分别为90.1%、84.9%、78.7%和94.6%,平均F1值为87%。这说明该方法在水下桩墩表观病害识别、定位以及自动化处理方面是可行、有效的,为桥梁水下桩墩表观病害的图像处理、智能化检测与桥梁安全评估提供技术支撑。

“夹克法”在预防修复水下墩柱病害中的应用与展望

长时间的水流冲刷和水的腐蚀性都容易造成桥梁墩柱基础表层的侵蚀和破坏,例如保护层脱落缺失、露筋锈蚀等病害。相对于传统的水下修复方法,近年来水下修复工艺"夹克法"以其免围蔽、后期场地无污染、施工便利、截面定制适应性高、作业工期短等优点得到了快速的发展,是一种经济、高效、适应性高的水下墩柱病害创新解决方案。主要针对材料特点、工艺便利性、经济性以及未来可能改进方向进行论述。

水库大坝水下安全保障技术探讨

水库大坝坝体开裂渗漏、破损塌陷等水下病害问题时有发生,因水库无法放空或放空代价大,需要通过水下检测和加固的方式处理。结合国内外水库大坝水下病害检测处理的丰富实践,分析了水库大坝的典型水下安全问题及深水检测、加固等水下安全保障技术现状,并对水下安全保障技术的发展趋势进行探讨。提出在水下缺陷检测、水下修复作业及水下修复材料等方面仍需要进一步发展和完善,以适应高坝深水大库大范围复杂水域环境的水下检测与加固处置需求,提升我国水库大坝应对重大病险隐患的水下安全保障能力。

双频识别声纳技术在水工建筑物水下外观病害检测中的应用

针对水工建筑物水下外观病害的类型特点,提出用双频识别声纳技术进行检测,并在工程实践中开展应用。实践表明,双频识别声纳技术对水工建筑物水下外观病害具有较好的检测效果,研究内容可为水工建筑物安全监测提供参考。

多波束测深结合声呐技术在河道堤防水下外观病害探测中的应用

针对河道堤防水面线以下的表观病害具有隐蔽性、难于探测和发现的特点,将多波束条带测深技术和双频识别声呐技术相组合,实现了准确布置计划测线确保水下外观病害全覆盖扫测。通过在双频识别声呐换能器上安置GPS接收机,基于位置信息将病害中心位置在多波束点云图上准确地标示出来,从而弥补了两种技术各自的局限性,并在工程实践中开展应用。实践表明,选择波束角小的多波束条带测深系统,可获取高质量、高分辨率的数据,便于发现细微的外观破碎、剥落等病害。在多波束扫测工作中船速不宜太快,应控制在5节以内,同时声呐探测时应平行水流方向布置测线。工程实例表明,将两种技术组合在一起,能准确发现水下破损、塌陷等表观病害。研究成果为类似工程的病害探测和除险加固提供技术支撑。

桥梁水下桩基病害分级区间确定方法研究

针对我国现有桥梁水下桩基病害损伤程度评定的相关分级标准存在评估指标难以定量化、分级标度不统一、划分过程主观性较强等不足,提出一种病害程度区间定量划分的方法,该方法将桥梁水下桩基常见病害分级标度统一为5级,并将有限元计算数据作为确定各标度区间范围的分析依据,以增强病害分级评定的客观性。首先,采用有限元软件ABAQUS研究了水下桩基6种常见病害对桥梁桩基水平承载力的影响程度;其次,根据有限元计算结果,基于类相关离散化思想将不同病害的损伤程度统一划分为5个连续区间;最后,对照现有规程给出的病害分级评定标准,验证了所提出的病害分级评定标准确定方法的正确性和科学性,为桥梁水下桩基安全评估奠定了基础。