超聲平測法在混凝土裂縫檢測中的應用

劉 鋼

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，江西 南昌 330001)

1 概述

混凝土裂縫大都是由混凝土收縮變形引起的，聲波在完整的混凝土中幅值較高，如遇混凝土缺陷(裂縫、孔洞等)，聲波幅值在一定范圍內(nèi)會迅速衰減，因此通過聲波的幅值能較好地反映混凝土中是否有裂縫存在[1- 5]。混凝土裂縫的處理措施與混凝土裂縫的走向、深度和寬度有關(guān)，目前常用的裂縫處理措施有表面處理及化學灌漿處理[6- 15]。

本文通過對混凝土大壩閘墩裂縫進行調(diào)查研究，統(tǒng)計了裂縫走向、長度、寬度及深度，分析了裂縫深度、寬度頻態(tài)分布情況，分類提出了裂縫處理及處理后效果驗證措施，研究成果可為今后類似工程施工提供指導，從而采取適宜的處理措施，解決混凝土大壩閘墩裂縫問題。

2 檢測依據(jù)技術(shù)標準

(1)DL/T 5010—2005《水電水利工程物探規(guī)程》。

(2)CECS 21：2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》。

(3)JGJ/T 152—2008《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》。

3 檢測內(nèi)容與方法

3.1 工程概況

攔河閘位于江西樂平烏龜塘村境內(nèi)，工程控制流域面積為517km2，設計洪水標準為30年一遇，設計灌溉面積2.495萬畝，是一座以灌溉為主，兼有供水、發(fā)電等綜合效益的大(2)型水閘工程。項目組受委托對閘墩裂縫進行了檢測，為查明閘墩混凝土裂縫發(fā)育情況，對包括裂縫走向分布、長度、寬度及深度等情況進行了調(diào)查。

3.2 儀器設備

裂縫檢測主要儀器設備是HC-F800混凝土裂縫缺陷綜合測試儀，包括檢測儀主機、平面換能器、顯微攝像頭。檢測過程中使用的器具主要有：油漆筆、卷尺或皮尺、定位尺、溫濕度計、耦合劑(凡士林)等。

3.3 技術(shù)方法

在檢測工作開始前對設備進行標定，包括攝像頭圖像寬度識別標定、超聲波探頭標定及零聲時校正；在測試過程中，保證采集裂縫圖像清晰，聲波測試信號穩(wěn)定；縫深測試數(shù)據(jù)進行了重復觀測及檢查測量，檢查數(shù)據(jù)占總工作量20%，相對誤差小于5%，檢測數(shù)據(jù)滿足要求。

(1)表觀調(diào)查

貼近混凝土面近距離檢查，采用人工、工器具及綜合測試儀器相結(jié)合的方式進行，對檢查出來的裂縫統(tǒng)一編號，現(xiàn)場使用紅色標記筆標注。然后對已編裂縫的詳細參數(shù)進行檢查并登記，主要包括裂縫測點編號、長度、寬度、深度，保存裂縫深度圖片等。

(2)光學測寬

采用光學攝像檢測方法，在測量狀態(tài)下，通過自動或手動測量模式進行寬度測量條件，當圖像顯示比較理想并且穩(wěn)定時，保存最終測量圖片和結(jié)果。

(3)裂縫深度

采用單面平測法，該方法適用于結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個可測表面，裂縫的估計深度不大于500mm且比被測構(gòu)件厚度至少小100mm以上時的情況。檢測中，將HC-F800如圖1所示，T和R換能器跨縫邊到邊間距分別設置為80mm，160mm，240mm。在采樣狀態(tài)下接收到的波形大小和左右位置，當波形顯示比較理想且穩(wěn)定時，可保存最終測量數(shù)據(jù)。

圖1 HC-F800混凝土裂縫缺陷綜合測試儀

4 裂縫檢測成果分析

4.1 裂縫檢測總體情況

根據(jù)裂縫檢查原始數(shù)據(jù)進行分析可以看出，本次檢查中，共對閘墩78條裂縫進行了調(diào)查，總長度合計278.55m。裂縫大多為干縫，濕縫(含析漿縫)較少，少部分裂縫在本次調(diào)查前已進行過處理。裂縫大多呈縱向分布。

4.2 裂縫詳細情況

以一閘墩為例，該閘墩共檢查出裂縫共計11條，合計長度36.5m，單條裂縫最長11.8m。檢測裂縫最深處為182mm，位于閘墩上部。閘墩五條典型裂縫統(tǒng)計分析見表1。

為了解裂縫分布情況，對檢查的78條裂縫深度、寬度進行了分布頻態(tài)統(tǒng)計。如圖2所示裂縫寬度分布頻態(tài)圖可以看出，寬度小于1.5mm的裂縫占閘墩裂縫總數(shù)的72.65%，其中寬度在0.5～1.0mm之間裂縫數(shù)量最大，占裂縫總數(shù)的41.88%；

如圖3所示裂縫深度分布頻態(tài)圖可以看出，深度介于60～400mm之間的裂縫數(shù)量最大，占閘墩裂縫總數(shù)的87.61%；深度大于400mm的裂縫占總數(shù)的12.39%。

表1 典型裂縫統(tǒng)計

圖2 閘墩裂縫寬度分布頻態(tài)圖

圖3 閘墩裂縫深度分布頻態(tài)圖

5 裂縫處理措施

5.1 處理方案

通過對閘墩裂縫進行全面細致的檢查及統(tǒng)計分布調(diào)查，確定了如下處理方案：

(1)對深度小于400mm的裂縫僅作環(huán)氧砂漿充填和表面抗沖刷處理。

(2)對裂縫深度大于400mm的裂縫，采用以防滲為主、結(jié)構(gòu)加固為輔的方法處理，即采用化學灌漿和表面防滲處理相結(jié)合的處理措施，如圖4所示。

圖4 化學灌漿和表面防滲處理相結(jié)合處理措施

5.2 化學灌漿施工

(1)鉆孔角度和孔距

鉆孔角度宜為0°～45°，孔距根據(jù)裂縫張開寬度而定，寬度在裂縫寬度在2.0～3.0mm之間，孔距1.0m；裂縫寬度在1.5～2.0mm之間，孔距0.6～0.8m；裂縫寬度在1.0～1.5mm之間，孔距0.5m；裂縫寬度在0.5～1.0mm之間，孔距0.3m。灌漿孔深度可根據(jù)裂縫調(diào)查情況調(diào)整，一般約0.3m。

(2)灌漿工藝

清洗裂縫及灌漿管孔，直至回水潔凈為止，然后埋設灌漿嘴，埋入深度約為鉆孔深度的2/3，灌漿嘴直徑為φ12mm。灌漿嘴的埋設采用HK- 962增厚型環(huán)氧涂料，在有滲水情況的部位，灌漿嘴采用賭漏王材料。洗縫壓力為灌漿壓力的80%。沿裂縫“V”型槽嵌HK- 962增厚型環(huán)氧涂料進行封縫，過10～24h待HK- 962增厚型環(huán)氧涂料有一定強度以后進行灌漿。

(3)計算灌漿用量

根據(jù)檢測得出的裂縫深度、寬度和長度初步計算灌漿用量情況，灌漿錢應進行裂縫清洗，以清除裂縫周及裂縫中的雜物等，提高漿液在裂縫中的滲透能力。灌漿時采用HY- 1型灌漿壓力泵，灌漿材料為LW水溶性聚氨酯漿液，壓力為0.4～0.6MPa。雙孔灌漿以相鄰孔出現(xiàn)漿液為止，單孔灌漿結(jié)束標準為持續(xù)2分鐘不進漿即可結(jié)束。

5.3 裂縫表面處理

化學灌漿處理完成并檢查合格7天后可進行縫口充填環(huán)氧砂漿處理。處理過程中應先清除表面材料，將裂縫表面鑿成寬100mm、深120mm的“U”型槽，然后用高壓水對槽進行反復沖洗，待風干后均勻涂刷環(huán)氧基液，自然再次風干后涂刷第二道環(huán)氧基液，之后進行環(huán)氧砂漿充填。

對涂刷HK- 962增厚型環(huán)氧涂料范圍內(nèi)的混凝土表面(外擴10cm)進行打磨、清洗、烘干，晾干或烘干后，在裂縫表面及周邊左右各10cm范圍的混凝土表面涂刷HK- 962增厚型環(huán)氧涂料，涂層厚度為2.0mm。

5.4 裂縫處理措施驗證

裂縫化學灌漿完工后，為驗證裂縫處理情況，布置孔進行壓水試驗，當壓力0.8Mpa時吸水量幾乎為0，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

(1)灌漿參數(shù)的確定至關(guān)重要。應對裂縫全面細致調(diào)查，根據(jù)裂縫深度、寬度，是否貫穿等，確定孔數(shù)、孔深、鉆孔角度、灌漿壓力、灌漿時間等參數(shù)。灌漿參數(shù)不是一成不變的，應根據(jù)裂縫灌漿施工過程進行優(yōu)化和調(diào)整，盡量將它們控制在最佳值，以達到最佳灌漿效果。

(2)掌握好U型槽內(nèi)涂抹環(huán)氧基液的時間，第一道基液需等灌漿完成且混凝土表面干燥后進行。充填環(huán)氧砂漿前需等第二道基液干燥后進行，否則影響封填效果。

(3)掌握好灌漿最佳時間，因氣溫高時，混凝土易產(chǎn)生膨脹，裂縫寬度變小，灌漿時吸漿量小，灌漿壓力大，效果不好，因此宜選擇較冷但無冰凍的時候進行，如12月、1月、2月。

(4)裂縫灌漿施工中應重點關(guān)注鉆孔裂縫清晰、埋設灌漿孔、漿液配置、填縫等工序，鉆孔完成后，應及時通水排氣檢查，保證鉆孔貫穿裂縫。