超聲波技術在黃金坪水電站混凝土裂縫檢測中的應用

姚 文 燚

(四川大唐甘孜水電開發有限公司，四川 康定　626001)

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超聲波技術在黃金坪水電站混凝土裂縫檢測中的應用

姚 文 燚

(四川大唐甘孜水電開發有限公司，四川 康定626001)

摘要：介紹了黃金坪水電站大壩廊道底板及溢洪道等關鍵部位混凝土工程在施工過程中裂縫發育情況以及根據工程實際情況所選擇的合適、可行的檢測方法，對混凝土裂縫進行了無損檢測，達到了檢測裂縫發育類型、長度、深度情況等工程目的，為裂縫危害性評價及處理提供了基礎資料。

關鍵詞：混凝土裂縫；平測法；雙面斜測；鉆孔對測；黃金坪水電站

1概述

在水電工程建設中，混凝土是一種主要的建筑材料。在混凝土施工過程中，由于施工工藝不當、溫度控制差或外界破壞(地震等地質災害)而導致混凝土結構構件產生裂縫，嚴重的裂縫可能會危害結構的耐久性、整體性和穩定性,對結構的安全運行產生很大影響。由于裂縫的成因、狀態、發展以及在結構中的位置等的不同，對結構的危害性亦有區別；對于危害性大的裂縫需要進行修補或補強，而對于裂縫的處理則需要在明確裂縫狀態、成因的基礎上才能合理、有效地進行，因而需對裂縫的深度、長度、寬度進行檢測。裂縫的深度通常采用鉆孔取芯的方法直接測試，但鉆孔取芯的方法不但費時費力，對結構也有一定的損害。鑒于裂縫發育的不規則性而導致鉆孔取芯也難以追蹤裂縫的發育走向，因此，采用合理的檢測方法是非常必要的。

目前水電工程中對裂縫進行檢測的儀器種類繁多、檢測方法多樣，其中主要的檢測方法為超聲波、表面波、沖擊回波以及縱橫波等方法。又以超聲波法在水電工程中應用比較成熟，該方法具有測試精度高、工期短、經濟實用等優點。

2各種檢測方法具有的技術特點

裂縫深度檢測技術從激振的方式出發可以分為超聲波法、聲波法和沖擊彈性波法。

(1)超聲波法：通過超聲波探頭產生和接收信號，其信號頻率高，但能量較低、頻譜響應性能差，一般適用于較淺裂縫的測試。

(2)聲波法：通過聲波管產生和接收信號，信號頻率較高但能量較低。由于聲波管的形狀和激振要求，一般只能用于孔內測試。

(3)沖擊彈性波法：主要采用錘擊等方式激振產生信號，由振動(如加速度)傳感器接受信號，其信號頻率低但能量高、頻譜響應性能好，適用于較深裂縫的測試。

裂縫深度檢測技術從激振信號發生和接收的位置關系出發可分為鉆孔對測法、單面法和雙面斜測法。

(1)鉆孔對測法：在裂縫兩側必須鉆檢測孔且對鉆孔孔斜、孔徑都有嚴格的要求，在被檢測的混凝土裂縫兩側允許鉆孔，對結構無破壞。該測試方法的基礎是以有、無縫的混凝土聲學參數相對比較而判定裂縫的所在范圍，故鉆孔深度必須達到裂縫末端完好混凝土的一定深度，一般規定鉆探深度應大于裂縫深度10 cm以上。鉆孔對測法主要適用于預計深度在500 mm以上的裂縫檢測且混凝土允許鉆孔。

(2)單面法：當結構的裂縫部位只有一個可測表面、估計裂縫深度又不大于500 mm時，可采用單面平測法。

(3)雙面斜測法：當結構的裂縫部位具有兩個相互平行的測試表面時，可以采用雙面穿透斜測法進行檢測。

3應用實例

3.1工程概述

黃金坪水電站壩基覆蓋層采用全封閉防滲墻防滲形式，覆蓋層壩基廊道作為壩基防滲墻與瀝青混凝土心墻之間的連接體采用圓拱直墻斷面，具有防滲、觀測、檢查、灌漿等功能，沿軸線方向長約318 m、縱向不分結構縫；廊道整體結構往左、右岸均伸入巖基。

2014年11月22日、25日,康定縣先后發生了6.3級、5.8級地震。震后，根據12月14日現場對該電站基礎廊道巡視排查結果發現廊道內部邊墻、頂拱共存在31條裂縫，其中Ⅰ類裂縫4條，Ⅱ類裂縫12條，Ⅲ類裂縫8條，Ⅳ類裂縫7 條。為了了解廊道裂縫的發展情況，現場加強了日常巡視排查和監測工作，根據巡視排查情況了解到底板縱向裂縫變化較為明顯，表現為裂縫開展寬度增加并向右岸延伸貫通。根據2015年1月31日全面復查巡視結果，發現廊道內共有裂縫33條，其中Ⅰ類裂縫4條，Ⅱ類裂縫12條，Ⅲ類裂縫9條，Ⅳ類裂縫8條。

3.2雙面斜測法在黃金坪水電站廊道刺墻中的應用

為確定廊道刺墻縱0+237樁號附近的裂縫是否連通，對廊道刺墻上述樁號附近的裂縫布置了剖面采用雙面斜測法進行了測試，現場裂縫剖面測試完成后，將該剖面測試數據繪制成波形圖(圖1)。

圖1　廊道刺墻1#剖面裂縫測線波形圖

從圖1中可以看出，測線上各測點初至波幅度較強，部分測點初至波幅度相對較弱，由此可以判斷，該條測線上裂縫并未連通。各條裂縫具體深度見表1。

表1　1#剖面裂縫檢測深度成果表

雙面斜測法在黃金坪水電站大壩廊道刺墻裂縫中的應用取得了較好的效果。該方法能夠準確地判別裂縫深度發育情況、裂縫發育走向以及裂縫發育貫通性；但該方法的使用需要裂縫發育部位具有兩個相互平行的測試表面，而且在測試過程中混凝土內的鋼筋對該方法的影響較大，因此，在剖面布置時應考慮避開混凝土內鋼筋的影響。

3.3鉆孔對測法在黃金坪水電站廊道底板中的應用

康定地震后，黃金坪水電站防滲墻廊道底板出現了多條裂縫且發育較長、較寬，根據現場裂隙發育情況，共布置了7組對穿聲波檢查孔、3個取芯孔進行裂縫檢測。

(1)對穿聲波典型資料分析。

在0+75～0+78樁號附近布置了第一組裂縫檢查孔，現場裂縫剖面測試完成后，將該剖面測試數據繪制成的波形圖見圖2、3。

圖2　第一組跨縫對穿聲波典型波形圖

圖3　第二組跨縫對穿聲波典型波形圖

從圖2可以看出，0～2 m振幅能量弱，2.2～2.6 m振幅能量較強，2.8～5 m測點振幅能量強。

從圖3可以看出，0～2.4 m振幅能量弱，2.6～3 m振幅能量較強，3～5 m測點振幅能量強。

通過上述分析得知第一組測試區裂縫深度為2.6～3 m。其它各組鉆孔對測資料經分析判斷得到的各組裂縫深度見表2。

表2　黃金坪水電站廊道底板裂縫深度成果表

鉆孔對測法在黃金坪水電站大壩廊道底板裂縫中的應用取得了較好的效果，該方法通過對比聲學參數在完整混凝土構件和裂縫發育混凝土構件中能量和振幅的變化情況，可以準確地判別裂縫深度發育情況；布置多組對測孔可以判別裂縫發育的貫通性。該方法應用的前提條件是被檢測混凝土裂縫兩側允許鉆孔、對混凝土結構無破壞；由于裂縫發育的不規則性，采用鉆孔對測法須保證裂縫發育在兩鉆孔之間，未偏出鉆孔對測檢查孔。

(2)鉆孔全景圖像。

在廊道底板裂縫處布置了3個取芯孔并進行了鉆孔全景圖像測試。實際施工中，QX1取芯后發現裂縫有點偏，故在QX1附近增加了一個取芯孔QX1-1，QX1、QX1-1、QX2三孔均在鉆至0.5 m后鉆到了鋼筋，遂結束鉆孔后取芯。

從鉆孔全景圖像看，QX1取芯孔裂縫深度在0.3 m時偏出鉆孔，QX1-1、QX2鉆孔的裂縫深度均超過0.5 m，QX3取芯孔裂縫發育深度為0～2.2 m。

鉆孔全景圖像在黃金坪水電站大壩廊道底板裂縫中的應用取得了較好的效果，該方法較為直觀地反映了裂縫深度發育情況，同時驗證了鉆孔對測裂縫深度成果。

4結語

筆者通過對以上工程實例進行分析后認為：

(1)根據工程現場情況，選擇合理的檢查方法和參數可以對混凝土裂縫深度、發育等情況進行有效的檢測。通過檢測，可以判斷混凝土裂縫發育深度、裂縫是否貫穿混凝土結構構件，從而為混凝土結構構件裂縫處理工作提供基礎資料；

(2)單面法、雙面斜測法相對于鉆孔對測法及鉆孔取芯更為經濟，工期更短且對混凝土結構構件無破壞，在混凝土裂縫檢測中應予以推廣和應用；

(3)鉆孔對測法及鉆孔取芯能夠直觀、準確地反映混凝土結構構件中的裂縫深度及裂縫走向等情況，但需對混凝土結構進行鉆探，工期長且可能會破壞混凝土結構。

參考文獻：

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[5]梁明進.鋼筋混凝土結構裂縫深度無損檢測技術的現狀及發展[J].四川理工學院學報(自然科學版)，2012，8(25)：25-4.

(責任編輯：李燕輝)

姚文燚(1983-)，男，湖北黃岡人，工程師 ，學士，從事水電工程建設技術與管理工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0006-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV698.1;TV544

收稿日期:2015-12-31