超声波对测及数字成像在混凝土裂缝检测中的应用

陈金春

江苏城工建设科技有限公司 江苏 常州 213000

伴随国民经济高速发展，我国在工程建设方面投入力度持续加大，并在一定程度上推动混凝土的广泛应用。但具体施工过程中，混凝土易因温度差异、混凝土收缩、荷载过高及施工材料不达标等因素导致裂缝产生，影响工程质量。为对工程质量加以保障，针对混凝土裂缝现象应予以及时处理，而行相应处理前则需结合裂缝发育情况制定处理措施，此也为确保混凝土裂缝得以良好处理的重要前提，增强工程使用性能，保障工程质量。

1.混凝土裂缝产生原因

混凝土裂缝产生原因主要可分为以下几方面：一为因温度差异所导致的裂缝。若混凝土内部温度过高，此时混凝土内外部将会产生温度差，导致温度应力产生，形成裂缝。此现象在天气恶劣情况下尤为明显，当外界温度处于极低、极高状态下，所形成的温度应力将会高于承载力，加剧裂缝形成，影响工程使用性能。二为因收缩所导致的裂缝。混凝土结构在硬化或凝固过程中易因养护条件及施工工艺等因素形成收缩裂缝，产生收缩应力，加之受混凝土徐变影响，加大混凝土裂缝宽度。三为施工材料质量不达标所导致的裂缝。因现阶段施工过程中应用的混凝土多为水、水泥、砂石等混合搅拌而成，而一旦其中所选取某项原材料质量不达标，则会影响混凝土质量，导致混凝土产生裂缝。如混凝土配制过程中，若所选择砂石过小、过大均会对施工造成影响。同时，搅拌过程中若水加入比例不合理，将会对混凝土强度产生直接影响。此外，若所选取砂石中含有较高含量的云母等矿物质，也会对混凝土凝固性造成影响。四为荷载过高所导致的裂缝。工程施工过程中，若大型机械未合理放置，加之未注重预制结构工艺，工程后期将会产生荷载力超标现象，易导致裂缝产生。此外，若施工人员在施工过程中未严格遵循施工设计展开施工，也并未分析工程承载能力，理论计算、数据支持欠缺，也会加大后期承载力，导致混凝土产生裂缝，影响工程质量。

2.混凝土裂缝检测流程设计

2.1 检测布置

主机间右侧端墙设置ZKJ01、ZKJ02两个钻孔，水平深度分别为28m、20m，同安装间混凝土地面所形成的垂直距离分别为3.3m、9.6m，ZKJ01透过L3、L4、L7、L9裂缝形成投影，ZKJ02透过L2、L3、L4、L7裂缝形成投影。以钻孔数字成像法展开钻孔测试，检测上述裂缝能否透过钻孔。

安装间地面L2裂缝周围设置ZKJ03、ZKJ04、ZKJ05三个钻孔，钻孔深度均为6m，L2两侧分别设置ZKJ03、ZKJ04，ZKJ05与ZKJ04同侧，两钻孔间间距为2m。以超声波对测法、钻孔数字成像法两种方法检测上述钻孔，检测L2深度状态，详细设置如图1所示。

图1 钻孔设置示意图

2.2 检测结果分析

2.2.1 钻孔数字成像

ZKJ01钻孔检测发现如下：发现3段宽度范围为10.52cm-27.13cm的破碎，0m-3m孔深内为破碎集中范围，经图像表明为部分破碎，由此推测，为钻孔时所产生的掉块；4条节理，4.6°-2.1°为倾角范围，可见为缓倾角节理，裂缝缝宽处于0.14cm-1.08cm间，可见为张开节理。ZKJ02钻孔检测发现如下：发现1条0.2cm宽度裂缝，呈85°倾角，1条19°缓倾角节理，裂缝缝宽为0.13cm。ZKJ03钻孔检测发现如下：发现5处宽度范围为8.74cm-17.46cm的破碎；1条25.9°缓倾角张开节理，裂缝缝宽为0.21cm-0.28cm。ZKJ04钻孔检测发现如下：发现4段宽度范围为9.12cm-27.37cm的破碎；2条29.7°缓倾角节理，裂缝宽度为0.13cm-0.41cm。ZKJ05钻孔检测发现如下：发现5段宽度范围6.66cm-21.60cm的破碎；1条31.9°缓倾角节理，裂缝缝宽0.23-0.70cm。上述钻孔均无陡倾角裂缝或节理。

2.2.2 超声波对测法

分析钻孔数字成像数据可见，ZKJ03、ZKJ04、ZKJ05钻孔4m深度周围存在1条水平发育破碎，当现场孔深高于4m时无法蓄水，因此，上述3组钻孔超声波对测法检测范围为4.0m-6.0m。ZKJ04及ZKJ05检测发现：跨孔纵波波速处于5.40km/s-5.58km/s范围内，均值为5.49km/s；钻孔振幅处于48.4dB-56.0dB范围内，均值为51.6dB。以整体视角分析而言，振幅值、波速值均未见大幅度变化，较为稳定；同侧跨孔范围内未见裂缝穿透，所收集振幅值可用作背景参考值。ZKJ03及ZKJ04检测发现：跨孔纵波波速处于5.12km/s-5.28km/s范围内，均值5.23km/s；钻孔振幅处于47.8dB-60.8dB范围内，均值53.3dB。以整体视角分析而言，振幅值、波速值均未见大幅度变化，较为稳定，同背景参考值相较而言，未见显著改变，由此判断，跨孔4.0m-6.0m范围内未见裂缝穿透。

结束语：综上所述，经超声波对测法、钻孔数字成像法综合应用至混凝土裂缝检测过程中，可对混凝土裂缝深度、裂缝发育情况予以准确测量，为科学高效混凝土裂缝处理措施的制定提供重要参考，确保混凝土裂缝得以良好处理，对工程质量加以保障。同时，因上述两种方法具备成本低廉、工期短及精度高等优势，在混凝土裂缝检测中将得以广泛应用。