超聲法在鋼筋混凝土結構裂縫檢測中的應用實例分析

文/黃世霖 廣西壯族自治區建筑科學研究設計院 廣西南寧 530011

1、項目概況

某在建高層住宅樓工程，為地下二層、地上二十四層部分框支剪力墻結構建筑，轉換層（五層）建筑面積約832.82m2，建筑物總高度為77.70m。基礎形式為獨基、樁基、筏板。場地土類型為軟弱土～中硬土層。結構的安全等級為二級，結構設計基準期為50年，結構設計使用年限為50年。工程所在地區的抗震設防烈度為7度，按地震烈度7度設防，設計基本地震加速度為0.10g。

在施工過程中，建設單位相關人員發現該工程的轉換層梁（五層梁）（部位為7-4×7-G～7-N軸，梁截面寬900mm、截面高2005mm）有豎向開裂現象，為了解該梁的裂縫走勢、寬度及深度，建設單位特委托我單位對該梁的裂縫進行檢測及分析。檢測時該工程施工至二十層。

2、檢測原理

2.1 裂縫寬度檢測原理

檢測前應對裂縫寬度觀測儀進行校驗，校驗時將測量頭的兩尖腳對準校驗刻度板上下邊緣的兩基準線，在屏幕上即可看到標準刻度的2mm刻度線。調整測量頭的位置，使放大后標準2mm刻度的圖像與屏幕上2mm刻度線重合，若誤差不超過0.02mm，則說明儀器放大倍數屬正常范圍，可以正常使用。檢測時將測量頭的兩尖腳緊靠被測裂縫，即可在LCD顯示屏上看到被放大的裂縫，微調測量頭的位置使裂縫盡是與刻度基線垂直，根據裂縫所占刻度線的多少判讀出裂縫的寬度。

2.2 超聲波檢測裂縫深度原理

由超聲脈沖發射源在砼內激發高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統記錄該脈沖波在砼內傳播過程中表現的波動特征。當砼內存在不連續或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低，當砼內存在松散、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，將產生波的散射和繞射，根據波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測區范圍內砼的密實度等參數。測試記錄不同測點的超聲波波動特征，經過處理分析就能判別測區內砼的參考強度和內部存在缺陷的性質、大小及空間位置。

一般混凝土越密實，聲波在混凝土中的傳播時間（聲時）越短，波速和波幅值越高。如果存在不密實區、空洞或裂縫，則傳播時間就明顯增大，波速和波幅值就較小，甚至接收不到信號。

采用超聲波檢測裂縫深度，一般有三種方法：單面平測法、雙面穿透斜測法、鉆孔對測法。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500mm時，可采用單面平測法；當結構的裂縫部位具有兩個相互平行的測試表面時，可采用雙面穿透斜測法檢測；當混凝土體積較大，預計深度在500mm以上的裂縫可采用鉆孔對測法進行檢測，被檢測混凝土應允許在裂縫兩側鉆測試孔。

3、本次檢測采用的方法及檢測過程

本次所檢的轉換層梁（五層梁）（7-4×7-G～7-N軸），由裂縫走勢來看，呈豎向走勢，且僅在梁的一側有分布，另一側未發現有明顯開裂現象，為確定該裂縫的寬度及深度，在裂縫較寬處進行了寬度測量，同時采用單面平測法進行裂縫深度檢測。檢測前清理干凈裂縫中的積水或泥漿等，磨平布置測點處的砼表面，布置測點時應盡量避開鋼筋的影響。另外，經建設單位要求及原設計單位同意，在測點處附近采用鉆芯法跨裂縫進行鉆芯驗證超聲法所測得的裂縫深度。

采用超聲法檢測裂縫深度時，在裂縫的被測部位，以不同的測距，按跨縫和不跨裂縫布置測點進行檢測。

圖1 不跨縫平測“時—距”圖

圖2 跨裂縫平測時超聲波繞過裂縫示意圖

圖3 部分檢測過程照片

圖4 跨裂縫鉆芯驗證超聲法所測得的裂縫深度

4、檢測結果

對轉換層梁（五層梁）（7-4×7-G～7-N軸）的裂縫檢測結果見表1：

從檢測結果看，該裂縫為梁柱節點附近豎向裂縫，側面裂縫從梁底延伸至板底，最寬處為0.36mm，裂縫寬度已超過《混凝土結構設計規范》GB50010-2010第3.4.5條規定的裂縫控制等級三級中最大裂縫寬度限值0.3mm，裂縫推定深度為355.70mm。從跨裂縫鉆芯得到的結果來看，芯樣中的裂縫長度約358mm，這證明了超聲法檢測裂縫深度的可靠性。

5、檢測結果分析

由于所檢的梁為轉換層梁，是結構承重受力的關鍵構件，裂縫存在會影響結構的安全、耐久性和使用壽命。鑒于該工程主體結構尚未封頂，在后續的施工過程中，轉換層梁（五層梁）所承受的荷載將不斷增加。委托單位必須委托有資質的檢測單位對該梁再進行幾何尺寸、配筋及混凝土強度等方面復核檢測，將綜合的檢測結果給原設計單位或相關有設計資質的設計單位進行結構驗算，如需進行加固處理，須出具加固處理設計方案并進行加固設計，然后委托有加固資質的施工單位進行加固處理，以確保結構安全，確保結構可以在設計年限內正常使用。

6、建議

在該工程后續的施工及施工過程中，應注意對曾出現裂縫的構件定期進行檢查和維護，不得隨意改變建筑物的使用功能，如發現有受力構件開裂，或受力構件已有裂縫寬度增大、長度增長等異常現象，需立即采取相應的處理措施。

表1