[发明专利]一种适合单向水流的高承台桥墩局部冲刷在线监测平台及方法

说明书

本发明公开一种适合单向水流的高承台桥墩局部冲刷在线监测平台，包括飘浮本体、控制模块、测杆、配重模块和测距仪；飘浮本体的头部和尾部之间具有一垂直方向贯通的腔室，尾部为敞口结构并与腔室连通；腔室的形状与桥墩的截面相匹配，飘浮本体在水面漂浮时，尾部朝向并逐渐接近桥墩，以将桥墩圈入所述腔室；测杆被构造为具有依次连接的第一水平套管、垂直套管、第二水平套管，一端固定于所述飘浮本体的头部，另一端用于连接测深换能器；测杆内穿设有用于连接控制模块和测深换能器的线缆。进一步本发明还提出一种基于上述监测平台的监测方法。通过本发明可解决高承台桥墩的声波阻挡和机电装置在涉水环境中容易损坏的技术问题。

技术领域

本发明属于桥梁监测技术领域，具体涉及一种适合单向水流的高承台桥墩局部冲刷在线监测技术。

背景技术

桥墩冲刷是桥梁水毁的主要原因之一，是桥梁建设、运行必不可少的关注因素。桥墩冲刷一般有两种主要形式：桥墩束窄水流，增加桥墩之间的单宽流量所引起的桥下河 道全断面冲刷，称一般冲刷；桥墩阻水改变水流结构，水流在桥墩周围产生强烈涡流而 引起的桥墩周围河床一定范围内的冲刷，称局部冲刷。局部冲刷在一般冲刷基础上完成， 是两种冲刷综合作用的结果，一定程度上会削弱桥墩基础的稳固性，可能诱发桥墩因受 力不均而产生下沉、倾斜等不稳定现象，不仅会增大桥墩基础日常维护加固费用，严重 时还可能引发工程质量问题或工程事故。

冲坑深度和形态是桥墩局部冲刷的两个典型的特征要素，影响因素众多，与桥墩形 状、桥墩布置、河床形态、来流强度以及床沙粒径等密切相关，十分复杂，与之相关的 冲刷机理、分析方法、原位监测及防护处理等都是当前研究的热点，其中原位监测作为 一项基础性工作，可以较为准确的提供桥墩冲刷现状，为桥梁施工和运行提供安全监测， 为桥梁基础结构或防护设计的改进和提高积累资料，同时为桥墩冲刷问题的机理分析、 经验公式推导、数值计算、物理模型试验等提供参考数据，重中之重，成为研究桥墩冲 刷不可或缺的技术手段。目前，原位观测一般分为人工定期观测和在线实时观测两种， 人工定期观测又以船载多波束的测量方式最为盛行，R2Sonic2024、Reson7125等是常用 的多波束型号，多波束的优势在于可以较为精准的获取桥墩周边水下地形地貌，但是缺 点是仪器设备精贵，单次监测的费用高，受往来通航船舶的影响，作业存在一定的安全 风险，因而难以及时更新桥墩冲刷状况，不能形成桥墩局部冲刷的实时风险预警。

回声探测是桥墩局部冲刷监测最常用的一类技术，一般将超声波、雷达等回声测深 装置的换能器固定安装在水面以下的墩身上，换能器发射某一频率的声波，声波经过水体的传播到达冲坑的水沙交界面后反射，反射波被换能器接收，之后根据声波的传播速 度和回波时间来计算监测位置处的冲刷深度。回声探测方法具有设备成本低、精度较高、 可操作性好、对冲坑变化过程动态监测方便等优点，但同时其只能单点测量，且“桥墩 周边复杂流态的声波传输干扰”、“高承台的声波传输遮挡”等因素会对其测量产生较大的 影响。其中，流态的影响因素一般通过增强换能器抗干扰能力、增加数值滤波、以及适 当的调整探测仪的测点位置(例如是迎水面还是背水面测量)等处理；“高承台的声波 传输遮挡”是决定回声探测仪安装方式的关键影响因素，“高承台”一般是指水深较大的河 道，为便于施工，桥墩承台顶高程高于河底高程，如图2所示的长江某桥梁桥墩的立面 图，承台顶高程-7m，低于该江段历史最低水位，长年淹没于水下。这种情况下，如果 按照图1所示的桥墩侧壁安装回声探测仪的方法，声波遇到承台就已经发生了反射。

综上可见，现有技术中，现有的监测平台也均未考虑承台遮蔽的影响，使用范围受限，且大多监测装置需要采用水下固定安装的方式，且运用机电装置进行驱动，但由于 涉水环境恶劣，机电装置存在损坏的风险极高，导致监测平台的稳定性也较差。

发明内容

为解决高承台桥墩的声波阻挡和机电装置在涉水环境中容易损坏的技术问题，本发 明提出一种适合单向水流的高承台桥墩局部冲刷在线监测平台及方法，具体技术方案包括：