超聲波檢測預應力混凝土T梁裂縫

劉汝生 李先超 梁嘉彬

1 概述

隨著我國經濟的發展，在目前的土木建設工程中，以混凝土結構占主導地位。混凝土結構由于內外因素的作用不可避免地存在裂縫，而裂縫是混凝土結構物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。傳統的混凝土裂縫深度檢測方法采用跨縫鉆取芯樣或鉆孔壓水進行裂縫深度觀測，這些傳統方法既操作不便又對混凝土結構造成局部破壞，而且檢測的裂縫深度局限性很大。采用超聲波脈沖法檢測混凝土裂縫深度，既方便省事，又不受裂縫深度限制，而且可以進行重復檢測，以便觀察裂縫發展情況。

2 超聲波單面平測法檢測原理和方法

2.1 超聲波單面平測法檢測基本原理

將電—聲換能器接觸在混凝土表面，由發射換能器發射的超聲波被接收換能器接收，超聲波在混凝土中遇到裂縫時將產生繞射、反射和衰減。根據聲時、波幅等參數變化，通過回歸分析，由此判別和計算裂縫深度大小。

2.2 超聲波單面平測檢測方法

當結構的裂縫部位有一個可測表面估計裂縫深度又不大于500 mm時，可采用單面平測法。平測時應在裂縫的被測部位以不同的測距按跨縫和不跨縫布置測點，布置測點時應用鋼筋混凝土雷達定位儀確定裂縫檢測區域的鋼筋位置，避開鋼筋的影響進行檢測，其檢測步驟如下:

1)將T，R換能器置于裂縫附近同一側，分別測量兩個換能器內邊緣間距li'=100 mm，150 mm，200 mm，250 mm……的聲時值ti。由于超聲波的實際傳輸距離要大于兩個換能器內邊緣間距，并且很難直接確定，為了求取的超聲波傳播聲速值誤差最小，應采用最小二乘方法來做線性回歸，以便確定較為精確的超聲波實際傳輸li距離以及不跨縫時混凝土中的超聲波傳播聲速值，見圖1。線性回歸方程如下:

其中，v為回歸系數，即為不跨縫時混凝土中的聲速值，km/s;a為回歸常數。

2)將T，R換能器置于以裂縫為軸線的對稱兩側(見圖2)。兩換能器中心連線垂直于裂縫走向，以li'=100 mm，150 mm，200 mm，250 mm，300 mm分別讀取聲時值toi，同時觀察首波相位的變化。

3)各測點裂縫深度計算值按式(2)計算。

測試部位裂縫深度的平均值按式(3)計算。

其中，hci為裂縫深度;l為超聲測距;ti為不跨縫測量的混凝土聲時;為跨縫測量的混凝土聲時;v為不跨縫測量的混凝土聲速。

2.3 裂縫深度的確定方法

1)三點平均值法:在跨縫測試發現首波反相時，用該測距與其兩個相鄰測距的聲時測量值分別計算hci，取三點hci的平均值作為該裂縫的深度hc。

2)平均值加剔除法:當跨縫測量難以發現首波反相時，可先求出各測距計算深度(hci)的平均值(mhc)。再將各測距li'與mhc相比較，若測距li'＜mhc和li'＞3mhc，則剔除hci，取余下hci的平均值作為該裂縫深度hc。

3 工程概況

某黃河大橋，主橋為先簡支后連續箱梁，全橋共計38片梁。該橋2片跨度50 m的預應力混凝土T梁在預制過程中出現腹板開裂現象，裂縫方向均為垂直于梁體軸線的豎向裂縫，從兩片梁上分別選取5條主要裂縫對此采用超聲波單面平測法檢測裂縫深度。裂縫分布見圖3，圖4。

4 測試結果及分析

使用非金屬超聲波檢測儀采用單面平測法檢測裂縫深度，測試結果見表1。

表1 裂縫測試結果

從表1中可以得到:T梁腹板裂縫寬度范圍在0.11 mm～0.26 mm，裂縫長度范圍為99 cm～195 cm，裂縫較深。梁體腹板豎向裂縫具有相似的特征，呈中間寬、兩端窄的棗核形，屬于典型混凝土早期收縮裂縫。此外，梁體澆筑后保溫、保濕措施不周，混凝土水化熱與環境溫差共同作用，加之腹板構造鋼筋配置不足，混凝土齡期較短，抗拉強度較低，混凝土溫度應力過大，造成腹板嚴重開裂。

5 結語

1)采用超聲波單面平測法，檢測出梁體腹板裂縫最大深度為82.6 mm，這對橋梁的安全性、使用性、耐久性造成了嚴重的影響，為評價裂縫對工程安全的影響提供了基本依據，以便相關單位采取有效措施，確保梁體質量。

2)此次測試中，裂縫走向均為與腹板縱向鋼筋垂直的豎向裂縫，除保證T，R換能器的連線離開鋼筋一定距離外，還要使T，R換能器的連線與穿縫鋼筋軸線保持一定夾角。否則，極易造成超聲信號“短路”。

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