涉水工程水下结构检测现状分析及展望

泥面以上部分的桩基损坏情况进行检测。除码头外，桥梁的 养护规范如《公路桥涵养护规范》（JTJH11-2004）、《城市 桥梁养护技术规范》（CJJ99-2003），则将下部结构检测单 独列出，对水下墩台和基础的安全性给予高度重视。
二、水下结构检测现状及分析
目前水上结构检测设备先进、方法成熟，然而水下结构 检测仍以潜水员水下肉眼观察和探摸为主，该方法具有诸多 弊端：（1）潜水员水下工作检测效率低，不能对水下结构进 行全面检测；（2）潜水员通常不具备专业背景，并且水下视 觉和触觉误差大，检测结果可靠性差；（3）恶劣的水文条件 和复杂的水下结构均会对潜水员的生命安全造成威胁，因而 水下探摸检测适用情况较为有限。
第 17 卷 第 5 期 2017 年 5 月
中国水运 China Water Transport
Vol.17 May
No.5 2017
涉水工程水下结构检测现状分析及展望
李鹏飞 1，2，吉同元 1，2，汤子璇 3，徐 亮 1，2，胡文高 1，2
（1.江苏省水运技术研究中心，江苏 南京 210014；2.中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014； 3.河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210024；）
测系统、侧扫声纳、合成孔径声纳和浅地层剖面仪等。
国外学者对声纳技术的研究和应用比国内更加普遍，且
研究范围更广，不仅有理论和技术研究，还有成品应用，而
国内学者对声纳技术的应用研究主要集中在应用软件和设备
功能探索方面。如赵建虎等提出了两套声呐图像进行信息融
合来获取高质量的海底地貌数据的测绘方法，并且详细介绍
一、水下结构检测规范要求
涉水工程水下结构的重要性不言而喻，而由于工作环境 恶劣等问题，更容易发生安全问题，为此相关部门出台了一 系列规范文件，如交通运输部在 2006 年发布的《港口水工 建筑物检测与评估技术规范》（JTJ302-2006）对各类码头 水下构件破损以及码头前沿冲淤情况均有明确的检测要求， 在 2013 年 颁 布 的 《 港 口 设 施 维 护 技 术 规 程 》 （JTS310-2013）则明确指出每年应对高桩码头水面以下、
图 1 水下机器人
图 2 侧扫声纳
收稿日期：2017-02-26 作者简介：李鹏飞（1989-），男，江苏南通人，硕士，中设设计集团股份有限公司工程师，主要从事水运工程的检测评
估工作。
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中国水运
第 17 卷
源自文库图 3 多波束测深系统
图 4 浅地层剖面仪
三、声纳技术研究现状
由水下结构的检测现状可知，声纳技术是水下检测的重
了声纳数据融合处理方法。杨志等引起三维成像声纳
Blueview，将其应用到泵站、岸坡等工程中，发现三维成像
声纳扫测结果清晰、检测效率搞高，具有广阔的应用前景。 四、三维成像声纳检测技术展望
在的弊端。基于目前的检测现状，本文针对性地分析了声纳的研究情况和前沿技术，重点介绍了三维成像声纳的基
础理论和应用前景，为水下结构检测提供参考。
关键词：水下结构；检测；现状分析；展望
中图分类号：U698
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2017）05-0301-02
随着科学技术的进步，水下资源的开发成为当代的热点 问题，桥梁、港口、航道等一系列涉水工程得到了飞速发展。 至 2014 年底全国公路桥梁七十五万余座、四千多万米，其 中大桥七万余座、将近两千万米，特大桥梁三千余座、六百 多万米。内河航道总里程十二万公里，比上年末增加四百多 公里，其中等级航道达到六万多公里。生产性码头泊位三万 多个，其中沿海港口码头泊位五千多个，内河港口码头泊位 两万五千多个。在全国港口中，建设有万吨级及以上泊位两 千多个，比上年末增加一百多个。
涉水工程在飞速发展的同时，我们必须清醒的认识到涉 水工程所面临的安全威胁。涉水工程一般包含水上结构和水 下结构两部分，涉水工程的水下结构主要包括桩基、墩台等， 它们承载着上部的所有荷载并且将其传递给地基。下部结构 的重要性不言而喻，但与此同时，它们的工作环境相对更为 恶劣。例如：水流泥沙的常年冲刷、磨损；船舶的循环撞击 等。水下结构在上述影响因素作用下很容易发生各种形式的 损伤，而这些细小的损伤由于水下结构的隐蔽性很难在日常 养护中被发现，进而损伤程度逐渐扩大，影响到整个涉水工 程的安全运营。为此本文拟从规范文件、检测现状、声纳技 术的研究现状等方面对涉水工程的水下结构检测进行分析展 望。
摘 要：随着科学技术的进步，桥梁、港口、航道等涉水工程得到了大力发展。涉水工程在为经济社会发展贡献力
量的同时，也面临着大量的安全威胁，尤其是水下结构的技术状况更不容忽视。本文首先对水下结构相关的检测规
范进行分析，在此基础上总结归纳了目前水下结构检测常用的探摸、多波束、侧扫声纳等技术方法的适用情况及存
为了解决上述问题，水下可视化检测设备应运而生如： 水下机器人、侧扫声呐、多波束测深系统和浅地层剖面仪等。 水下机器人主要是通过光学成像，只有在水质较好、流速缓 慢的条件下才能获得较为准确的检测结果。测扫声呐和多波 束测深系统都是基于声学原理，主要用于大面积的水下地行 测绘，由于其分辨率较低很难对水下结构的细部构造进行扫 测呈现。浅地层剖面仪主要用于水下地质调查，但仪器尺寸 偏大，作业运输均十分不便，需要耗费较大的人力物力，无 法在结构检测中应用。
起步早，相关的理论成果丰富，声纳产品也较为成熟。目前，
声纳按工作原理可分为两类：主动声纳和被动声呐，目前大
部分的水下声呐探测仪器均为主动声纳。主动声纳是自身发
出特定频率和方向的声波，并且主动接收回波信息，通过对
回波的声速、波幅等声学参数进行处理，提取有效信号并判
断目标物的距离和方向。主动声呐的成熟产品包括多波束探
点发展方向。声波在水中进行观察和测量，具有得天独厚的
优势。光波和电磁波在水中船舶距离都非常短，且受水体的
浑浊度影响大。声波在水中传播的衰减就小得多，并且可以
通过不同频率的声波达到不同深度、不同分辨率的检测效果。
声纳技术已有 100 多年的发展历史，它最早起源于英国
海军，并在第一次世界大战中得到应用。国外对声纳的研究