浅谈无损检测技术在水利工程质量检测中的应用

2021-04-02

治淮 2021年3期

（安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院蚌埠 233000）

1 无损检测技术概述

无损检测是比较重要的一种检测方法，能在保障检测对象不被破坏的同时，利用物理或者化学检测方法以及相关设备工具，对受检对象的一些指标进行检测。无损检测技术种类繁多，常见的有渗透无损检测、磁粉无损检测、超声无损检测、射线无损检测等；并且无损检测技术还具备无损性、融合性、严谨性和实时性等特征。在实际应用中，根据水利工程焊缝类型、钢材料、结构部位等选择合适的无损检测，可确保检测结果的真实有效，保障工程建设质量。

2 无损检测技术的优势

2.1 连续性

传统检测手段由于需要取样检验，需要重复进行取样分开检验，所以造成检验过程不连续，检验周期长，无法即刻得到检验结果。检测数量较少时，影响还不明显，但水利工程建设规模大、待检区域繁多，采用传统的检测手段就会造成检测工作占用时间长，影响了后续施工工序。采用无损检测技术能够对检测对象开展持久的检测工作，且过程中不需人为中断，确保了数据的连续实时可靠，进一步提高了原始数据的准确性，也提高了时间的使用效率，从而确保水利工程施工进度。

2.2 物理特性

无损检测是利用声光电磁等物理特性，在不损害或影响检测对象性能的前提下，检测构件是否存在缺陷的一种技术手段。基于这种特性，在水利工程建设中可随时开展无损检测，及时获取构件的质量和性能，对工程质量提出科学合理的评断，为建设施工单位把控工程质量、控制材料使用提供依据。

2.3 远距离检测

基于信息技术迅猛发展的时代背景，促进无损检测技术与信息技术之间的深度结合，显著提升了检测工作的效率与水平。“无损检测技术＋信息技术”可以进行远距离工作，即在建筑工程检测位置安装相关设备，就能够获取此位置的各项数据信息，同时采集设备能够把数据信息传输至相应的接收设备，工作人员通过计算机汇总、分析检测结果，不但减轻了工作压力，也提升了检测效率与准确性。

3 无损检测技术的工程应用

3.1 回弹法检测技术

回弹法检测技术利用弹簧及重锤实现水利工程的检测作业，主要操作原理：利用弹簧的弹性形变产生的弹性势能为重锤提供动力，在动力的作用下，重锤能够敲击混凝土表面；之后测试这一系列流程中弹簧产生的位移程度，并利用位移距离测算出具体的数值大小，根据数值大小与相关指标间的比对来鉴别建筑整体的强度。回弹法检测技术的主要优势是能够获得更加理想的检测数据，也就是说回弹法检测技术能够检测混凝土的强度及均匀度，并且确保测量目标建筑体的完整性及原本性能。

在应用回弹法检测技术的过程中要注意以下几点：（1）确保检测目标建筑体表面平整干净，避免污垢；（2）合理设定所有检测结构的位置和范围，如果测试结构尺寸相对较小，可以适当减小测试位置的预定数量，但要确保相邻测试位置的间距为2m；（3）在测试位置中，需要保证检测点设计的均匀性，测点外露的钢筋间距≥30mm，同时测点不可以设置在气孔或外凸的岩石中；（4）回弹值检测完毕后，尽量选取合理的部位检测碳化深度值，选取检测结果的均值；（5）在计算回弹值过程中，需要在被测位置的全部回弹值中，去除3 个最大及最小的结果，在剩下的数据中计算出均值；（6）在检测过程中，回弹仪周线和混凝土检测表面需要保持垂直，对其匀速施压，不可以用力过急或过快，以免瞬间冲击力破坏工程建筑。

3.2 超声波检测技术

3.2.1 钢焊缝质量检测

钢焊缝质量状况采用超声波法检测具有一定优势，如工艺操作简单、检测无辐射外泄隐患及适用于较小尺寸等。钢焊缝质量检测的受影响程度随着金属晶粒尺寸的减少而增大，通常采用超声波脉冲变化情况探测钢焊缝存在的缺陷。脉冲波和地面回波为超声波检测仪器能够显示的两种信号，超声波在钢焊缝质量良好的情况下能够顺利到达物体底面，所以可根据缺陷回波信号确定裂缝缺陷情况，从而准确判断质量问题。

3.2.2 混凝土强度检测

预留混凝土试块和现场取芯样法为最常见的强度检测方式。混凝土质量稳定性差且原材料组分多样，即使同标号混凝土其组成材料的变化也会引起超声波传播速度的改变，另外混凝土内部存在水泥与砂、水泥与石子等多种界面，在穿透以上不同界面时超声波将产生衍射、反射等现象。因此，要在超声波变化与混凝土之间建立简单的线性数学模型存在较大难度，通常将混凝土假定为弹塑性均质材料。

由于混凝土的组成材料复杂多样，超声波获取的检测结果往往存在一定偏差。超声波传递速度与原材料质量状况直接相关，即使在原材料相同的情况下，超声波速度也会因混凝土配合比的不同而存在差异。硅酸三钙等矿物掺合料的含量越高则水泥细度越大，超声波传递速度随着掺合料细度的增大而提高，由此检测显示的混凝土强度值偏高，而这与混凝土实际情况恰恰相反；另外，超声波传递速度在粗骨料偏多时更快，因此检测出的强度值要偏高。所以，为提高混凝土强度测试精度，应采用混凝土龄期－声速、含水率－声速、振幅－声速、衰减系数－声速、超声声速－混凝土等多参数综合法。

3.2.3 混凝土裂缝检测

（1）透射法。透射法一般适用于结构尺寸规则、面积相对较小的裂缝检测，运用透射法检测裂缝时应在裂缝两侧缓慢移动接收和发射探头，超声波在两者不相交时不发生显著变化，两者相交时会在裂缝处形成衍射，接收到的超声波时间和强度发生变化，据此获得裂缝的位置及深度。

（2）平行反射法。该方法一般适用于结构尺寸复杂、裂缝面积较大的构件，其中准确获取裂缝周边的超声波速度为平行反射检验的重要前提。其中，混凝土龄期、配合比和原材料组成等因素均可对超声波速度产生较大影响，因此一般要先获取周边声速值，沿裂缝两侧平行实现裂缝的检测。移动过程中要确保探头和裂缝的距离相近，距离较远的情况下检测结果明显小于裂缝实际深度。

3.3 自然电位法检测技术

无损检测技术中自然电位法的应用较为广泛，通过高内阻自然电位仪检测界面上双层点存在的电位差，以此判断内部锈蚀情况。例如，采用自然电位法检测某水库水钢筋锈蚀状况时，应确保闸门面板上硫酸铜电极为饱和状态，通过移动电极实时记录数据变化情况。采用此项检测技术可以明确阴影处钢筋的锈蚀状况，检测精度较高。

3.4 地质雷达法

地质雷达法工作原理是借助超高频电磁波来探测介质电性分布。在检测过程中，需要通过发射天线，将高频电磁脉冲以宽频带短脉冲的形式发送至混凝土内部，电磁脉冲在遇到不同电性介质分界面时会发生反射或散射，接收天线可接收这些信号，对信号进行分析，采用公式计算出结果。在检测过程中，高频电磁脉冲传播的路径及波形会随着介质的电性质、几何形态发生变化，如若混凝土介层存在空洞，雷达剖面相位、幅度会发生变化，据此发现施工缺陷。此外，电磁波遇到钢筋会全部反射回来，在雷达剖面上显示强异常，借此可剖析混凝土中钢筋分布的情况。综合探地雷达接收到的所有信息，与常见混凝土介质电参数进行对比，基本上可以判断出介质的存在与分布情况，从而综合判断施工缺陷。

4 应用实例

4.1 工程概况

某设计面积超过160km2的水库于1974年竣工，在东南、东、北、西和西南有5 个围堤，全长约54km。在公路与水库路堤的共建段（桩号为8+000～9+000）发现了纵向裂缝，主要分布在从北到南的公路路面上（约占路面纵向裂缝的80%），其在车道轮迹带处出现较多，距离混凝土路面的边缘为1.5m；而南北方向的纵向裂缝较少。

4.2 测线布置

4.2.1 测区布线

水库西堤路面宽度为7m，考虑到8+500 处的严重裂缝，对其布设网格式测量线：（1）对垂直裂缝布置6 条间距10m 的横向测量线；（2）对平行裂缝布置4 条间距0.5～2m 的纵向测量线。

4.2.2 地质雷达天线配置

使用美国的GSSISIR-30E 高速地质雷达，用于检测30 条断面的3 根天线的频率分别为40MHz、100MHz 和200MHz。每根雷达天线布测10 条断面，其中包括6 条横向断面和4 条纵向断面。

4.3 地质雷达数据采集与分析

1 号纵向测量线位于裂缝外侧。通过数据处理软件的分析，发现能量团的分布相对均匀，规律性强，衰减快，同相轴相对完整，波形相对均匀。2 号纵向测量线位于表观裂缝上方，通过数据处理软件的分析，发现能量团分布不均匀、规律性差、衰减快、同轴连续性差，有非常明显的断裂，波形杂乱异常。结合其余的测量线，100MHz 天线可以检测到的裂缝深度为5～6m。

测量线位于明显裂缝上方，通过数据处理软件的分析，发现能量团分布不均，衰减快，同相轴连续性有高明显的断裂，波形杂乱异常。

综合分析表明，本次探测到的最大裂缝深度为6m，沿较大裂缝的两侧各0.5m 宽，约1.5～2m 深，并有土层破碎带。