[发明专利]监测河床冲刷深度用监测装置、远程自动监测系统及桥梁

说明书

技术领域

本发明有关桥梁基础的监测装置，特别是台风暴雨期间桥梁基桩附近受到剧烈冲刷下，能自动监测冲刷深度并进一步示警以防止意外伤害发生的监测装置及远程监测系统。

背景技术

任意坡陡流湍的河川，或有台风瞬间暴雨与洪水涨落时，常因河床冲刷而屡屡造成桥墩及桥台基础处被掏空的危害，工程单位维护桥墩的工法多采用抛石来阻止冲刷，但因水流湍急，河床容易移动，其成效往往不佳。例如图1a所示，危及原本裸露的桥基，甚至导致桥梁倾斜、倒塌，造成交通中断，对人民生命安全及财产造成莫大的伤害。

一座桥梁断面可能遭受的总冲刷深度包括一般冲刷(GeneralScour)及局部化冲刷(Localized Sour)所造成。一般冲刷是指河床全面性的下降，其成因主要为自然或人为因素，使河川泥砂运移丧失平衡所致；局部化冲刷可再区分成(1)束缩冲刷(Contraction Scour)，是指因设置桥梁造成通水断面减小增加流速而导致的河床冲刷行为；(2)桥墩及桥台的局部冲刷(Local Scour)，则指洪水流经桥墩或桥台周围时，桥基周围底床受到涡流侵蚀所导致的桥墩或桥台周围的淘刷现象。

例如图1b所示为桥梁基桩附近的局部化冲刷现象，即属于束缩冲刷，当水流流经桥墩时，墩柱迎水面而受到冲刷掏空的状况；但当台风暴雨期间，河流的涡流效应明显上升，桥墩及桥台的局部冲刷对桥基的掏空能量庞大，使桩基因瞬间的漂流木或乱石撞毁甚至使桥梁倒塌的机会甚高，因此冲刷深度的监测及对通过人车的实时示警与管制就变得非常重要。

公知用以监测桥梁基桩受冲刷深度的技术包括超声波量测、传统重力式及光纤量测等原理。

超声波量测的缺点在于声波对于温度的敏感性高，且因涉及范围广而不易定义环境温度。再者，声波传递路径经过不同介质(如河水混浊)，影响到声波速度值之测得精度。另外，声波行进期间易受周遭噪音干扰，特别是台风暴雨期间，涡流扰动、漂木与乱石撞击及强风呼啸等。总之，超声波量测技术因运用性不佳而渐被淘汰。

例如，中国台湾专利新型第172,991号的重力式冲刷测量装置，其揭示一种利用绞索将重锤沿固定套管延伸至冲刷面，并由绞索的收放量测出冲刷深度。但其缺点在于：重锤容易受洪水、涡流或漂浮木的干扰而飘移，导致在洪水中进行量测的困难及测得数据不易准确等。再者，所测得河床面无法判断是冲刷面或是已经回淤的河面。最后，巨大飘石浮木容易破坏套管，甚至存在与绞索纠结的问题。

再如中国台湾专利新型第199,325号的光纤量测技术，揭示一种河床沉积冲刷监测装置，利用内置光纤光栅感测单元的可挠曲杆体，直立设置于河床上，当河床冲刷到预定高度时，可通过光纤产生的挠曲应变，并由分析器所获得的对应物理量变化监测冲刷深度。光纤量测技术的优点在于无噪声及多点遥测，但其缺点也多，包括其监测仪器不易在水面下设置，且易受河床上飘石破坏，经设置后不易维修等问题，特别在台风暴雨等恶劣环境下常有断电(讯)的危机。

又如中国台湾发明专利，申请第094102692号“桥墩之导水防冲刷装置”，揭示一种利用导水引流方式将水流向上或侧导引，以防止水向下射流掏空河床的装置，发明者宣称目前防冲刷效果可达50％到70％，然而防冲刷效果与实时监测义意不同，前者虽可减缓冲刷却无法了解冲刷深度是否已达危险阶段。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种监测装置，能自动监测桥梁基础河床冲刷深度，用以改善传统河床冲刷监测系统的缺失。

为了实现上述目的及其它目的，本发明的监测装置其主要包括：重力检测杆，具有实心重质量的不锈钢高强度的杆体，其表面上形成有多个用于指示冲刷深度的刻度，下端包含一个向径向扩大的圆盘形抵接部抵接在河床上，上端朝垂直方向延伸。保护套管，具有内套管与外套管，两者之间通过多个加劲钢筋连接成一体，及该内套管的内径供该重力检测杆穿过且容许其垂直方向滑动。滑套，其一端具有导引部松套设在该套管外侧，另一端固定于桥梁的桥墩上，用于维持该套管和重力检测杆能垂直方向滑动。如此，当河床因冲刷而下陷时，该重力检测杆和保护套管亦跟随着下降，其通过与桥墩上的标准之间的相对变位，即能获得正确冲刷深度。

根据本发明，该重力检测杆是通过重力来量测冲刷深度，该保护套管用来增强抵抗飘流物撞击，该滑套则用来支撑及维持两者的滑动方向。其构造不但简单化、可防撞、容易装设、不需电力、能自动检测、可目视，而且装设成本低廉。此为本发明另一目的。