公路工程混凝土构件裂缝的超声波单面平测法研究

汪传胜

摘 要：改革开放以来，公路工程一直是我国重要发展的项目之一。混凝土是公路工程中的主要材料，具有高强耐久环保的特点，但由于施工不当、外力冲撞和自然灾害等客观原因，致使混凝土构件出现裂缝，产生安全隐患。本文详细分析了公路工程混凝土构件裂缝出现的原因，并以为实例，探讨超声波单面平测法。

关键词：公路工程;混凝土构件裂缝;超声波检测;单面平测法

公路工程使交通变得更加便利，是连接农村与城镇的纽带，让农村生产发展水平得以改善，提高了人们的生活水平，促进社会经济的发展。要及时检测公路状况，保证这条纽带正常使用。因此，利用超声波单面平测法检测公路工程混凝土构件裂缝是必不可少的。

1 公路工程混凝土构件出现裂缝原因

公路工程中混凝土构件出现裂缝的原因主要有混凝土配比有偏差、施工不当、自然因素和外力冲撞等。

第一，混凝土是指将水泥、水、砂、石子、化学外加剂和矿物掺合料按一定配比混合，经过均匀搅拌而成的人造石材。不同工程所需混凝土类型不同，配比也不同，若在公路工程中混凝土按照其他配比进行调配，由其制作的混凝土构件荷载能力弱，在公路正式投入使用后，车辆在上面行驶，混凝土构件极易产生裂缝。

第二，公路工程大多都是露天工作，在天气炎热的状况下，部分作业人员在施工过程中比较懒散，出现施工不当的现象，导致混凝土构件在后期出现裂缝。

第三，我国夏季是光照最强也是雨水天气最多的季节。在阳光照射下，路面会发生干燥收缩的情况;下雨时，雨水会没过路面，致使路面变得潮湿，这样一冷一热，一干一湿，裂缝便在混凝土构件中产生。

第四，修建公路是为了交通便利，各类型车辆都在路面上行驶。大型车辆自身体积大，再加上运送货物的重量，总质量可达到十四吨以上。混凝土构件虽然承重力较强，但总是被重力压迫也会使其遭受破坏，因此，大型车辆经常行驶的路段混凝土构件易出现裂缝。此外，在大型车辆运送货物时，由于货物重量大，在刹车或转弯过程中因为惯性意外掉落在路面上，路面受到大力撞击也易导致混凝土构件出现裂缝。

2 超声波单面平测法原理

超声波单面平测法是指利用超声波在混凝土构件中传播产生的波动来判断其中是否出现裂缝及裂缝深浅的方法，包括不跨裂缝的声时测线和跨裂缝的声时测线。

2.1 不跨裂缝的声时测线

把两个换能器放在裂缝的同一侧，通过不断缩短两个换能器的内间距来获取不同声时，并绘制“时-距”坐标，故而了解裂缝情况。

2.2 跨裂缝的声时测线

把两个换能器对称放在裂缝的两侧，通过不断缩短两个换能器的内间距来获取不同声时，按照公式计算裂缝深度[1]。

3 超声波单面平测法检测公路工程混凝土构件裂缝实例

3.1 工程概况

以某公路工程为例，该公路工程施工长度约为1 600米，分为160跨，每跨由10件混凝土构件组成。该构件混凝土强度等级为高级，安全性能为一级。现该公路工程第四跨与第五跨混凝土构件出现裂缝，利用超声波单面平测法检测该构件裂缝深度与宽度。由于该路面表层涂有防火材料，检测前工作人员除掉部分防火材料，确保超声波能够穿透混凝土，测到准确的数据。放置换能器时避开钢筋的影响，并在换能器表面涂抹耦合剂，使其与混凝土表面完全贴合，测距以换能器内间距从长到短为基准。检测结果为该路段混凝土构件裂缝深度為35毫米，宽度为41.7毫米。

3.2 不同检测方法的选择

第一，当预估混凝土构件裂缝深度小于等于60厘米且混凝土构件裂缝路段有且仅有一个可测表面时，采用超声波单面平测法进行检测，按照不跨缝声时测线和跨缝声时测线躲避钢筋布置超声测点，以不同的内间距进行检测。

第二，当预估混凝土构件裂缝深度大于60厘米且裂缝出现在混凝土构件侧面时，采用钻孔压水检查法进行检测。在裂缝两侧同时钻孔，并向孔中注水，首先一级加压，观察裂缝是否漏水，若裂缝漏水则表明裂缝已到达钻孔深度，检查结束;若裂缝没有漏水则继续加压，裂缝漏水表明裂缝已到达钻孔深度，检查结束。

由于钻孔压水检查法应用限制较多，所以大部分混凝土构件裂缝检测都采用超声波单面平测法，检测过程更方便快捷，对原有路面的伤害也最轻。

3.3 超声波单面平测法应用中存在问题及解决办法

超声波单面平测法在检测裂缝中是应用最多的方法之一，专家也经过一系列实验最终总结出超声波单面平测法的计算公式，但是在实际操作过程中，超声波单面平测法仍存在着一些问题，具体表现在以下四个方面：

（1）超声波单面平测法的计算公式是在混凝土构件裂缝与路面达成90度的情况下制定出来的，但混凝土构件裂缝的产生在实际中并不是与路面垂直，而是与路面成斜角关系，并且裂缝的走向是曲折的，导致超声波回传的数据不一致，严重影响测量精准度。而且目前超声波单面平测法只能检测深度小于等于60厘米的裂缝，超过60厘米深的裂缝应用此方法检测也会出现检测结果不标准的情况。

（2）在跨缝声时测线方法中，超声波单面平测法的计算公式的使用前提是两个换能器分别在混凝土构件裂缝两侧并且要求换能器位置是对称的，但在实际检测中，由于出现裂缝位置等客观原因，两个换能器无法保证一直对称，因而最终计算结果会与实际出现偏差。

（3）部分公路工程如桥梁等，路面结构中除了混凝土外还有钢筋，在超声波单面平测法进行检测时，超声波易直接通过钢筋传播，而超声波在钢筋的传播速度是混凝土传播速度的1.5倍左右，使最终计算结果与实际偏差较大。如果钢筋与超声波呈九十度，影响较小，可以忽略不计;若钢筋与超声波平行，影响较大，所以在检测时，要尽量避开钢筋。

（4）混凝土的基本组成部分是水泥，水泥中易产生气泡，当外力撞击路面或者受到冷热温度的影响时，这些气泡会膨胀或者收缩，导致混凝土构件出现裂缝。此时由于混凝土内部气泡处于非正常状态，导致超声波单面平测法检测的结果不准确。

对于上述四个问题，相应给出了解决措施：

（1）加深对于混凝土构件裂缝与路面成夹角方面的研究，通过反复实验计算，得出新的计算公式，使工作人员在现场勘查裂缝后，根据裂缝存在形态选择合适的计算公式算出裂缝深度，对后续修补工作提供更精准的数据。

（2）针对超声波单面平测法深度限制的问题，要通过科学技术突破限制，让这种对路面伤害低的方法得以广泛应用。

（3）在检测前，通过钢筋检测仪器先探测检测路段是否存在钢筋以及钢筋的具体位置，用粉笔在路面进行标注。检测时，把换能器避开钢筋放置，尽可能减小钢筋对超声波的影响。

（4）由于外力和温度的影响，混凝土构件内部的稳定性会受到影响，在检测前，利用科学手段，使检测路段恢复稳定状态，减少检测时的误差[2]。

4 结束论

综上所述，超声波单面平测法是检测混凝土构件裂缝的有效方法，能够较好的测量出裂缝深度，检测公路工程是否存在安全隐患，同时也为施工人员进行修补作业提供准确诊断。科技在不断进步，超声波单面平测法也在逐渐优化，未来会为混凝土构件提供更精准的检测。

参考文献：

[1]候跃敏，王彦伟.超声平测法在混凝土裂缝检测中的应用研究[J].中国建筑金属结构，2020（9）：94-95.

[2]余园园，姜屏.表面平测法检测混凝土裂缝深度试验及问题分析[J].土木工程，2019（9）：6.