淺談無損檢測技術在水利工程質量檢測中的應用

（安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院 蚌埠 233000）

1 無損檢測技術概述

無損檢測是比較重要的一種檢測方法，能在保障檢測對象不被破壞的同時，利用物理或者化學檢測方法以及相關設備工具，對受檢對象的一些指標進行檢測。無損檢測技術種類繁多，常見的有滲透無損檢測、磁粉無損檢測、超聲無損檢測、射線無損檢測等；并且無損檢測技術還具備無損性、融合性、嚴謹性和實時性等特征。在實際應用中，根據水利工程焊縫類型、鋼材料、結構部位等選擇合適的無損檢測，可確保檢測結果的真實有效，保障工程建設質量。

2 無損檢測技術的優勢

2.1 連續性

傳統檢測手段由于需要取樣檢驗，需要重復進行取樣分開檢驗，所以造成檢驗過程不連續，檢驗周期長，無法即刻得到檢驗結果。檢測數量較少時，影響還不明顯，但水利工程建設規模大、待檢區域繁多，采用傳統的檢測手段就會造成檢測工作占用時間長，影響了后續施工工序。采用無損檢測技術能夠對檢測對象開展持久的檢測工作，且過程中不需人為中斷，確保了數據的連續實時可靠，進一步提高了原始數據的準確性，也提高了時間的使用效率，從而確保水利工程施工進度。

2.2 物理特性

無損檢測是利用聲光電磁等物理特性，在不損害或影響檢測對象性能的前提下，檢測構件是否存在缺陷的一種技術手段。基于這種特性，在水利工程建設中可隨時開展無損檢測，及時獲取構件的質量和性能，對工程質量提出科學合理的評斷，為建設施工單位把控工程質量、控制材料使用提供依據。

2.3 遠距離檢測

基于信息技術迅猛發展的時代背景，促進無損檢測技術與信息技術之間的深度結合，顯著提升了檢測工作的效率與水平。“無損檢測技術＋信息技術”可以進行遠距離工作，即在建筑工程檢測位置安裝相關設備，就能夠獲取此位置的各項數據信息，同時采集設備能夠把數據信息傳輸至相應的接收設備，工作人員通過計算機匯總、分析檢測結果，不但減輕了工作壓力，也提升了檢測效率與準確性。

3 無損檢測技術的工程應用

3.1 回彈法檢測技術

回彈法檢測技術利用彈簧及重錘實現水利工程的檢測作業，主要操作原理：利用彈簧的彈性形變產生的彈性勢能為重錘提供動力，在動力的作用下，重錘能夠敲擊混凝土表面；之后測試這一系列流程中彈簧產生的位移程度，并利用位移距離測算出具體的數值大小，根據數值大小與相關指標間的比對來鑒別建筑整體的強度。回彈法檢測技術的主要優勢是能夠獲得更加理想的檢測數據，也就是說回彈法檢測技術能夠檢測混凝土的強度及均勻度，并且確保測量目標建筑體的完整性及原本性能。

在應用回彈法檢測技術的過程中要注意以下幾點：（1）確保檢測目標建筑體表面平整干凈，避免污垢；（2）合理設定所有檢測結構的位置和范圍，如果測試結構尺寸相對較小，可以適當減小測試位置的預定數量，但要確保相鄰測試位置的間距為2m；（3）在測試位置中，需要保證檢測點設計的均勻性，測點外露的鋼筋間距≥30mm，同時測點不可以設置在氣孔或外凸的巖石中；（4）回彈值檢測完畢后，盡量選取合理的部位檢測碳化深度值，選取檢測結果的均值；（5）在計算回彈值過程中，需要在被測位置的全部回彈值中，去除3 個最大及最小的結果，在剩下的數據中計算出均值；（6）在檢測過程中，回彈儀周線和混凝土檢測表面需要保持垂直，對其勻速施壓，不可以用力過急或過快，以免瞬間沖擊力破壞工程建筑。

3.2 超聲波檢測技術

3.2.1 鋼焊縫質量檢測

鋼焊縫質量狀況采用超聲波法檢測具有一定優勢，如工藝操作簡單、檢測無輻射外泄隱患及適用于較小尺寸等。鋼焊縫質量檢測的受影響程度隨著金屬晶粒尺寸的減少而增大，通常采用超聲波脈沖變化情況探測鋼焊縫存在的缺陷。脈沖波和地面回波為超聲波檢測儀器能夠顯示的兩種信號，超聲波在鋼焊縫質量良好的情況下能夠順利到達物體底面，所以可根據缺陷回波信號確定裂縫缺陷情況，從而準確判斷質量問題。

3.2.2 混凝土強度檢測

預留混凝土試塊和現場取芯樣法為最常見的強度檢測方式。混凝土質量穩定性差且原材料組分多樣，即使同標號混凝土其組成材料的變化也會引起超聲波傳播速度的改變，另外混凝土內部存在水泥與砂、水泥與石子等多種界面，在穿透以上不同界面時超聲波將產生衍射、反射等現象。因此，要在超聲波變化與混凝土之間建立簡單的線性數學模型存在較大難度，通常將混凝土假定為彈塑性均質材料。

由于混凝土的組成材料復雜多樣，超聲波獲取的檢測結果往往存在一定偏差。超聲波傳遞速度與原材料質量狀況直接相關，即使在原材料相同的情況下，超聲波速度也會因混凝土配合比的不同而存在差異。硅酸三鈣等礦物摻合料的含量越高則水泥細度越大，超聲波傳遞速度隨著摻合料細度的增大而提高，由此檢測顯示的混凝土強度值偏高，而這與混凝土實際情況恰恰相反；另外，超聲波傳遞速度在粗骨料偏多時更快，因此檢測出的強度值要偏高。所以，為提高混凝土強度測試精度，應采用混凝土齡期－聲速、含水率－聲速、振幅－聲速、衰減系數－聲速、超聲聲速－混凝土等多參數綜合法。

3.2.3 混凝土裂縫檢測

（1）透射法。透射法一般適用于結構尺寸規則、面積相對較小的裂縫檢測，運用透射法檢測裂縫時應在裂縫兩側緩慢移動接收和發射探頭，超聲波在兩者不相交時不發生顯著變化，兩者相交時會在裂縫處形成衍射，接收到的超聲波時間和強度發生變化，據此獲得裂縫的位置及深度。

（2）平行反射法。該方法一般適用于結構尺寸復雜、裂縫面積較大的構件，其中準確獲取裂縫周邊的超聲波速度為平行反射檢驗的重要前提。其中，混凝土齡期、配合比和原材料組成等因素均可對超聲波速度產生較大影響，因此一般要先獲取周邊聲速值，沿裂縫兩側平行實現裂縫的檢測。移動過程中要確保探頭和裂縫的距離相近，距離較遠的情況下檢測結果明顯小于裂縫實際深度。

3.3 自然電位法檢測技術

無損檢測技術中自然電位法的應用較為廣泛，通過高內阻自然電位儀檢測界面上雙層點存在的電位差，以此判斷內部銹蝕情況。例如，采用自然電位法檢測某水庫水鋼筋銹蝕狀況時，應確保閘門面板上硫酸銅電極為飽和狀態，通過移動電極實時記錄數據變化情況。采用此項檢測技術可以明確陰影處鋼筋的銹蝕狀況，檢測精度較高。

3.4 地質雷達法

地質雷達法工作原理是借助超高頻電磁波來探測介質電性分布。在檢測過程中，需要通過發射天線，將高頻電磁脈沖以寬頻帶短脈沖的形式發送至混凝土內部，電磁脈沖在遇到不同電性介質分界面時會發生反射或散射，接收天線可接收這些信號，對信號進行分析，采用公式計算出結果。在檢測過程中，高頻電磁脈沖傳播的路徑及波形會隨著介質的電性質、幾何形態發生變化，如若混凝土介層存在空洞，雷達剖面相位、幅度會發生變化，據此發現施工缺陷。此外，電磁波遇到鋼筋會全部反射回來，在雷達剖面上顯示強異常，借此可剖析混凝土中鋼筋分布的情況。綜合探地雷達接收到的所有信息，與常見混凝土介質電參數進行對比，基本上可以判斷出介質的存在與分布情況，從而綜合判斷施工缺陷。

4 應用實例

4.1 工程概況

某設計面積超過160km2的水庫于1974年竣工，在東南、東、北、西和西南有5 個圍堤，全長約54km。在公路與水庫路堤的共建段（樁號為8+000～9+000）發現了縱向裂縫，主要分布在從北到南的公路路面上（約占路面縱向裂縫的80%），其在車道輪跡帶處出現較多，距離混凝土路面的邊緣為1.5m；而南北方向的縱向裂縫較少。

4.2 測線布置

4.2.1 測區布線

水庫西堤路面寬度為7m，考慮到8+500 處的嚴重裂縫，對其布設網格式測量線：（1）對垂直裂縫布置6 條間距10m 的橫向測量線；（2）對平行裂縫布置4 條間距0.5～2m 的縱向測量線。

4.2.2 地質雷達天線配置

使用美國的GSSISIR-30E 高速地質雷達，用于檢測30 條斷面的3 根天線的頻率分別為40MHz、100MHz 和200MHz。每根雷達天線布測10 條斷面，其中包括6 條橫向斷面和4 條縱向斷面。

4.3 地質雷達數據采集與分析

1 號縱向測量線位于裂縫外側。通過數據處理軟件的分析，發現能量團的分布相對均勻，規律性強，衰減快，同相軸相對完整，波形相對均勻。2 號縱向測量線位于表觀裂縫上方，通過數據處理軟件的分析，發現能量團分布不均勻、規律性差、衰減快、同軸連續性差，有非常明顯的斷裂，波形雜亂異常。結合其余的測量線，100MHz 天線可以檢測到的裂縫深度為5～6m。

測量線位于明顯裂縫上方，通過數據處理軟件的分析，發現能量團分布不均，衰減快，同相軸連續性有高明顯的斷裂，波形雜亂異常。

綜合分析表明，本次探測到的最大裂縫深度為6m，沿較大裂縫的兩側各0.5m 寬，約1.5～2m 深，并有土層破碎帶。

5 結語

綜上所述，水利工程在保障國家水安全中具有不可替代的基礎性作用，其質量與人們的生產生活息息相關。在完成施工之后，要及時進行工程結構檢測，消除質量安全隱患。采用無損檢測技術不僅可以科學地檢測施工質量，還能保障檢測的效率和準確性，為保障水利工程的整體質量奠定基礎■