T/CCTAS 67—2023桥梁水下结构声呐法检测技术规程
1 范围
本文件规定了桥梁水下结构声呐法检测技术的检测仪器设备、桥梁水下构件检测、基础冲刷检测、河床断面检测等内容。
本文件适用于公路、城市桥梁水下结构检测，铁路、水利等其他桥梁可参照使用。
2 规范性引用文件 规范性引用文件 规范性引用文件 规范性引用文件
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CJJ/T 233 城市桥梁检测与评定技术规范
JTG 5120 公路桥涵养护规范
JTG/T H21 公路桥梁技术状况评定标准
T/CECS G:J56-2019 公路桥梁水下构件检测技术规程
3 术语和定义 术语和定义 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 3.1
桥梁水下结构 桥梁水下结构 桥梁水下结构 underwater structure underwater structure underwater structure underwater structure underwater structure underwater structure underwater structure underwater structure of bridge of bridgeof bridge of bridge
位于常水位以下的桥梁构件及构造物，如墩台、基础及河床等。
3. 2
成像声呐 成像声呐 imaging sonarimaging sonarimaging sonarimaging sonar imaging sonarimaging sonar imaging sonar imaging sonar
利用声波对水下目标进行成像的声学设备。
3. 3
机械扫描声呐 机械扫描声呐 机械扫描声呐 mechanical scanning sonarmechanical scanning sonar mechanical scanning sonar mechanical scanning sonar mechanical scanning sonarmechanical scanning sonarmechanical scanning sonar mechanical scanning sonarmechanical scanning sonar mechanical scanning sonarmechanical scanning sonar
通过旋转云台的机械旋转实现波束成像的声呐设备。
3. 4
多波束声呐 多波束声呐 multimultimultimultimulti-beam sonar beam sonarbeam sonarbeam sonarbeam sonarbeam sonar
在一定空间范围内同时形成多个波束的声呐。
3.5 .5
前视声呐 前视声呐 forfor word lookinglooking looking lookinglooking sonar
由发射基阵、接收基阵、信号处理和显示设备等组成的声呐成像设备，也称二维声呐。
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3.6 .6
PingPingPing 率 Ping ratePing ratePing ratePing rate Ping ratePing rate Ping rate
声呐设备发射声波的速度，以每秒发射声波的数量表示，单位为Hz。
4 基本规定 基本规定 基本规定
4.1 4.1 一般规定 一般规定 一般规定
4.1.1.1.1 .1.1 声呐方法可用于公路或城市桥梁初始检查和养护检查等级为I、II级的水下结构检测。
4.1.2 4.1.2 4.1.2 检测设备的适用范围、精度以及技术参数应满足检测的要求。
4.1.3.1.3 .1.3 桥梁水下结构检测的声呐设备应定期进行检定或校准，检测前应对设备功能进行核查。
4.1.4.1.4 .1.4 桥梁水下结构检测采用水下机器人或无人船作为载体时，应确认环境能满足载体正常工作要求。
4.1.5.1.5 .1.5 桥梁水下结构检测应做好记录和数据存储，记录的内容符合检测项目的要求。
4.2 4.2 工作流程 工作流程 工作流程
4.2.1.2.1 .2.1 桥梁水下结构采用声呐法进行检测的工作流程应按照图1执行。
图 1 声呐法检测工作流程 声呐法检测工作流程 声呐法检测工作流程 声呐法检测工作流程
4.2.2 4.2.2 4.2.2 检测准备阶段的工作应包括：
a）资料收集。资料收集应根据桥梁结构水下检测的内容来确定，包括桥梁基本信息、勘察设计资
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料、所在水域的水文资料、以往检测及加固资料等；
b）现场踏勘或调研。主要内容包括桥梁水下结构检测（包括水下构件、基础冲刷、河床断面等）的现场检测条件、水文地质以及实际交通状况等；
c）检测方案编制。根据桥梁水下结构检测的要求，结合现场测试条件编制水下构件、基础冲刷、河床断面的检测方案，宜包括航迹规划、测线布置、检测设备与方法、检测组织等。
4. 2.3 现场声呐检测的工作内容应包括：
a）现场准备。包括测线布置，声呐设备、辅助测量设备（测量船、水下机器人和无人船等）、试验组织，仪器设备安装调试等；
b）现场检测。按照水下结构检测方案进行相关检测，采集并存储声呐检测数据。
4. 2.4 数据处理与分析阶段工作内容包括：
a）数据处理。对声呐检测的数据进行处理与分析，提取水下构件、基础冲刷、河床断面检测需要的数据及声呐图像等。
b）结果分析。根据声呐数据处理的结果，结合理论计算按照JTG/T J21-01或CJJ/T 233的规定检测结果做出判断与评价。
4.2.5.2.5 .2.5 对检测结果进行整理，出具检测报告。
4.3 4.3 检测方案 检测方案 检测方案
4. 3.1 制定检测方案前，应按照4.2.2中的要求进行资料收集、现场探勘或调研。
4. 3.2 公路桥梁水下结构检测应根据目的、内容以及要求制订声呐法检测方案，应包括但不限于以下内容：
a）桥梁概况：包括桥梁结构的基本信息、桥梁设计及竣工资料、所在水域的水文资料、与水下结构相关的历次检测及维修加固资料等。
b）桥梁水下结构检测目的、项目、技术要求和检测依据。
c）桥梁水下结构检测范围、检测内容及声呐检测的方法。
d）检测仪器设备及辅助设备。
e）检测进度计划。
f）水上检测安全保证措施及通航航道的水上交通组织方案。
g）质量保障措施。
5 检测设备 检测设备 检测设备
5.1 5.1 一般规定 一般规定 一般规定
5.1.1 5.1.1 5.1.1 声呐检测设备包括机械扫描声呐、前视多波束声呐、多波束探深声呐等，由信号源、发射装置、收发换能器以及数据处理系统组成，原理见附录A。
5.1.2 5.1.2 5.1.2 水下构件表面缺陷检测宜选用机械扫描声呐或前视声呐，基础冲刷及河床断面检测宜选用多波速声呐。
5.1. 5.1. 3 可通过测量船、水下机器人或无人船搭载声呐检测设备。
5.2 5.2 机械扫描声呐 机械扫描声呐 机械扫描声呐 机械扫描声呐
5.2.1 5.2.1 5.2.1 设备主要由声呐探头、声呐主机、旋转云台、数据采集与处理软件组成。
5.2.2 5.2.2 5.2.2 设备扫描范围应满足从0°～360°连续扫描。
5.2.3 5.2.3 5.2.3 设备的垂直波束宽度宜在15°～35°范围内，水平波束宽度宜在0.8°～3°范围内，声波脉冲宽度宜在5μs～1000μs。
5.2.4.2.4 .2.4 应根据水下检测项目对测量范围、精度、分辨率以及实际检测环境等要求选择工作频率。声呐
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最小测量距离应不小于0.5m，工作频率与测量范围、测量精度见表1。
表 1 声呐工作频率与测量范围、精度 声呐工作频率与测量范围、精度 声呐工作频率与测量范围、精度 声呐工作频率与测量范围、精度 声呐工作频率与测量范围、精度 声呐工作频率与测量范围、精度 声呐工作频率与测量范围、精度
声呐工作频率（kHz）
测量最大距离（m）
测量精度（cm）
330
300
±10
675
100
±5
1000
50
±3
5.3 5.3 前视多波束声呐 前视多波束声呐 前视多波束声呐 前视多波束声呐
5.3. 5.3. 1 声呐系统由多波束声呐基阵（天线）、声呐主机、数据采集及分析软件、连接线缆等组成。
5.3. 5.3. 2 前视声呐采用水下机器人（ROV或AUV）搭载，宜配备水下视频、水下定位系统等辅助检测。
5.3. 5.3. 3 应根据水下检测项目对测量范围、精度的要求选择单频或双频声呐的工作频率，声呐工作频率与主要技术参数的对应关系见表2。
表 2 前视声呐不同工作频率的技术参数表 前视声呐不同工作频率的技术参数表 前视声呐不同工作频率的技术参数表 前视声呐不同工作频率的技术参数表 前视声呐不同工作频率的技术参数表 前视声呐不同工作频率的技术参数表 前视声呐不同工作频率的技术参数表
声呐工作频率
375kHz
750kHz
1.2MHz
2.1MHz
最大测量范围（m）
200
100
30
10
最小测量范围
0.2
0.1
0.1
0.1
距离分辨率（mm）
8
4
2.5
2.5
水平波束开角（°）
130
130
70
60
垂直波束开角（°）
20
20
20
12
波束个数
256
512
512
512
角度分辨率（°）
2
1
0.6
0.4
波束间隔（°）
0.5
0.25
0.25
0.16
5.4 5.4 5.4 多波束探深声呐 多波束探深声呐
5.4. 5.4. 1 声呐系统硬件由多波束声学传感器、甲板单元、惯性姿态仪、卫星定位系统、定向罗经、表面声速仪、声速剖面仪等组成。
5.4. 5.4. 2 系统的软件包括：多波束设备控制软件、导航采集软件以及数据处理软件。
5.4. 5.4. 3 系统工作频率宜为400kHz，波束个数不小于512，测深分辨率不大于0.75cm。
5.4. 5.4. 4 声呐主要技术参数应符合下列规定：
a）平行航迹波束宽度宜为1°～3°，垂直航迹波束宽度宜为0.5°～3°；
b）声呐发射器发出的扇形波束垂直开角宜为 60°～150°，航迹方向的开角宜为0.5°～5°；
c）声呐系统的波束开角范围不小于140°；
d）最小测深范围不大于0.5m，最大测深范围不小于100m；
e）声呐系统的最小Ping率不小于10Hz。
6 准备工作
6.1 桥梁水下结构检测前，应对检测设备进行调试工作正常后方可开始检测。
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6.2 桥梁结构水下构件检测的准备工作，应符合以下规定：
a）根据现场条件及要求选用合适声呐检测设备及辅助测量设备（如水下机器人、测量船、安装甲板单元等）；
b）根据检测方案、现场条件、结构形式等合理布设测线，确保声呐成像范围覆盖待测水下构件。
6.3 桥梁基础冲刷检测的准备工作，应符合以下规定：
a）实施检测前，准备多波束探测声呐系统、测量装置、安装甲板单元以及其他辅助测量设备、工具等；
b）根据检测方案、现场条件、墩台基础形式等合理布设测线，使各测线成像范围有一定重叠以覆盖基础冲刷检测范围。
6.4 桥梁河床断面检测的准备工作，应符合以下规定：
a）实施检测前，根据桥梁断面检测的要求准备多波束探测声呐系统、搭载设备以及其他辅助测量设备、工具等；
b）根据检测方案、现场条件、水文地质等布设测线，采用自主导航时需在检测前进行航迹规划并在系统软件中设定。
7 桥梁水下构件检测 桥梁水下构件检测 桥梁水下构件检测 桥梁水下构件检测 桥梁水下构件检测
7.1 一般规定 一般规定 一般规定
7.1.1 7.1.1 7.1.1 检测对象包括位于常水位以下的桥墩、桥台及基础。
7.1..1. 2 缺陷检测主要包括破损、露筋、孔洞、冲蚀、变形等内容。
7.2 现场检测
7.2.1 采用机械扫描声呐对桥梁水下构件进行检测时，数据采集参数符合下列规定：
a）根据测试精度要求设置对应的声波脉冲宽度；
b）根据现场测试条件设置扫描方式或角度范围；
c）采样点的设置一般为238、476、952或1904，应根据检测精度要求合理设置。
7.2.2.2.2 .2.2 采用前视声呐对桥梁水下构件进行检测时，数据采集参数应符合下列规定：
a）根据单频或双频的工作频率设置对应的采集参数；
b）利用定位系统对测线进行调整，保证声呐成像范围能覆盖测试构件。
7.2.3 检测时应符合下列规定：
a）逐一对构件进行检测；
b）对测试的水下构件周围进行扫测，声呐成像范围覆盖水下构件部分；
c）当声呐垂直波束角开角不能覆盖水下构件，在水域中不同深度进行测试。
7.3 数据处理
7.3.1 采集的声呐数据通过处理软件进行后处理形成二维声呐图像。
7.3.2 采用机械扫描声呐采集的数据宜将二维声呐图像拼接形成构件整体或完整表面的图像。
7.3.3 采用前视多波束声呐采集的数据则根据机器人运动的航迹坐标对构件表面进行二维声呐成像。
7.3.4 声呐图像中结构表观的缺损应在图中进行标识，通过声呐图中结构尺寸定位其在结构上的相对位置。对于线状缺陷应定位其起始点的相对位置，对于不规则面状缺陷则定位其中心位置。
7.3.5 桥梁水下构件检测数据处理时，应符合下列规定：
a）声呐检测的结果异常时应进行复测；
b）构件的破损、露筋、孔洞、冲蚀、变形等严重表观缺陷，采用声呐坐标难以定位或量测时需要进行复核。
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7.4 7.4 结果分析
7.4.1 4.1 桥梁结构水下构件声呐法检测的结果整理应按照病害的类型进行分类统计，并整理典型病害的声呐图像或视频照片。
7.4.2 4.2 桥梁水下构件表观检测的结果整理应符合下列规定：
a）桥梁水下构件表观缺损应根据声呐图像进行统计复核；
b）构件表面缺损应给出其位置、尺寸（长度或面积），并分析病害的成因、发展趋势及对结构的影响；
c）桥梁有设计资料时，通过声呐检测对结构构件尺寸进行复核；无设计资料和历史检测数据时，测试的结构尺寸可作为桥梁构件基本信息数据存档；
d）桥梁病害结果宜根据声呐成像结果绘制构件病害分布图。
8 桥梁基础冲刷检测 桥梁基础冲刷检测 桥梁基础冲刷检测 桥梁基础冲刷检测 桥梁基础冲刷检测
8.1 一般规定 一般规定 一般规定
8.1.1 8.1.1 8.1.1 检测对象包括常水位以下墩台基础周围的河床。
8.1.2 8.1.2 8.1.2 桥梁基础冲刷主要检测墩台基础周围的冲刷、淘空等病害。
8.2 现场检测 现场检测 现场检测
8.2.1 8.2.1 8.2.1 采用多波束探深声呐对桥梁基础冲刷检测时，数据采集应沿测线进行连续采集。
8.2.2 8.2.2 8.2.2 数据采集应按照规划测线进行，测试时应使用配备的导航系统记录完整的测线轨迹。
8. 2.3 采用多波束探深声呐系统对桥梁基础冲刷进行检测时，应对常水位以下基础逐一进行检测。
8.3 数据处理 数据处理 数据处理
8.3. 8.3. 1 多波束探深声呐采集的连续数据，通过后处理软件生成桥梁基础周围地形的三维声呐图像。
8.3. 8.3. 2 多波束探深声呐在数据处理时应对船只的摇摆姿态进行校准，对航向、姿态、升沉以及位置等进行修正，以提高三维声呐图像精度。
8.3. 8.3. 3 声呐数据处理与分析应符合下列规定：
a）用于成果解释的声呐三维成像图清晰、信噪比高；
b）根据三维成像图的坐标信息，标识和记录桥梁基础冲刷、淘空病害的位置及程度；
c）结合桥梁结构基础的信息，识别和剔除异常数据；
d）声呐图像不清晰或测量尺寸与基础信息不符合时，需要进行复测。
8.4 结果分析 结果分析 结果分析
8.4. 8.4. 1 桥梁基础冲刷检测的结果整理时，应对每个基础冲刷情况进行统计，并整理典型病害的声呐图像或视频照片。
8. 4.2 桥梁基础冲刷检测的结果整理应符合下列规定：
a）桥梁基础冲刷的病害应根据声呐图像进行统计分类；
b）桥梁基础冲刷病害的结果统计表应给出其位置、尺寸、体积和评定标度，宜绘制基础周围的等高线图；
c）与设计资料对比，分析桥梁基础冲刷病害的成因、发展趋势及对桥梁结构的影响。
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9 桥梁河床断面检测 桥梁河床断面检测 桥梁河床断面检测 桥梁河床断面检测 桥梁河床断面检测
9.1 一般规定 一般规定 一般规定
9.1.1 9.1.1 9.1.1 检测对象包括桥下和桥梁上、下游一定范围内的河床地形及高程变化情况。
9.1.2 9.1.2 9.1.2 桥梁上、下游检测范围宜为50～100m，应根据桥梁水文地质条件确定。
9.2 现场检测 现场检测 现场检测
9.2.1 9.2.1 9.2.1 采用多波束探深声呐对桥梁河床断面检测时，数据采集应按照规划航线或测线进行连续采集，并记录完整的测线轨迹。
9.2.2 9.2.2 9.2.2 桥梁河床断面检测时应保证相邻测线测试范围有一定的重叠，确保覆盖待测河床范围。
9.3 数据处理 数据处理 数据处理
9.3. 9.3. 1 根据多波束探深声呐采集的连续数据生成桥梁河床断面的三维声呐图像。
9.3. 9.3. 2 多波束探深声呐在数据处理时应对船只的摇摆姿态进行校准，对航向、姿态、升沉以及位置等进行修正，以提高三维声呐图像精度。
9.3. 9.3. 3 声呐数据处理与分析应符合下列规定：
a）用于成果解释的声呐三维成像图清晰、信噪比高。
b）根据航线或测线的坐标信息，生成桥梁整个测试范围内三维声呐图像。
c）对河床高程变化比较大的位置，提取河床高程断面图。
9.4 结果分析 结果分析 结果分析
9.4. 9.4. 1 桥梁河床断面检测的结果整理应对每个基础及桥跨内河床冲刷及空洞等病害进行分类统计，并给出声呐图像检测的成果图或视频系统的病害图。
9.4. 9.4. 2 桥梁河床断面检测的结果整理应符合下列规定：
a）桥梁河床断面的检测成果宜绘制测试范围内河床的地形图或三维高程图。
b）根据桥梁水下河床断面冲刷情况，绘制多个横断面的河床断面图。
10 报告编制 报告编制
10 .1 检测报告应结论明确、用词规范、文字简练，对于容易混淆的术语和概念，以文字解释或图例、图像、图表说明。
10 .2 检测报告应包括但不限于以下内容：
a）项目概况；
b）检测目的、范围、内容、依据；
c）检测方法及设备；
d）检测实施情况；
e）检测数据和结果，包括典型病害的照片、声呐图像、文字说明及分布图，缺陷检测结果统计表、基础冲刷和河床断面图等。
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附 录 A
（资料性）
声呐技术原理及检测设备
A.1 声呐检测设备技术原理
声呐是利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成对水下目标或结构物进行探测、
定位和通信，通过声呐水下成像技术对水下目标或结构物的位置、形状有无缺陷等进行分析和判断，从
而实现水下结构物的检测和评定。
用于桥梁结构水下检测的声呐属于主动声呐，声呐发射某种探测信号，该信号在水中传播的路径
上遇到障碍物或目标反射回来到达发射点被接收，由于目标信息保存在被目标反射回来的回波之中，
所以可根据接收到的回波信号来判断目标的参量。主动声呐声波发射、声信号传播及接收处理的流程
见图A.1。
图A.1 主动声呐信息流程
声呐设备主要组成包括信号源、发射装置、收发换能器以及数据处理系统组成，见图A.2。声呐检
测设备由信号源生成脉冲信号，经发射装置发生声波，传播至探测目标被反射，然后再传回接收器，主
动声呐的发射器和接收器位置相同，即收发合置主动声呐。
信号源发射设备时、空处理判别、显示
背景噪声级NL
TL
SL-TL+TS
TL
SL-TL
目标
TS
发、收换能器阵
图A.2 声呐检测设备组成及信号传播
声呐方程的表达式见式（A.1）。
( ) ( ) ……………………………（A.1）
式中：??—主动声呐声源级，参考声压为1μPa 时距离声源中心1m 处的声源级，单位dB。
—传播损失，描述声波传播一定距离后声强度的衰减变化。
—目标强度，指一个目标反射回声的能力。
—环境噪声级，指噪声源发出的声波构成的，它是声呐设备的一种背景干扰。
