混凝土结构裂缝的无损检测方法

闫占豹，王战军，俞海龙，王春阳

（1.无锡声学聚像传感探测技术有限公司，江苏 无锡 214412；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130062）

混凝土出现裂缝十分普遍，无论是荷载作用，还是温度变化等原因引起的裂缝，都需要测量、分析裂缝对混凝土结构性能或使用功能的影响。裂缝的分布、走向、长度及宽度等外观特征可直接检查和测量，裂缝深度可采用塞尺法、声波法、钻孔法检测。下文对某风电工程风机基础的裂缝进行了检测，根据检测内容与结果，对裂缝的检测方法进行了梳理与总结。

1 无损检测方法

裂缝无损检测主要是裂缝深度检测。混凝土内部存在质量缺陷时，声波在遇到缺陷时，其传播特征会发生改变，无损检测的原理就是利用声波传播特征的变化（绕射、反射、散射）及振幅、频率与相位的变化分析判断缺陷特性。常用的无损检测方法有对测法、斜测法及平测法。其中，平测法只需一个测试面即可检测裂缝深度，因此，适用于绝大多数的检测环境。同济大学声学研究所在2001 年以前即对平测法做过深入总结，根据其声波传播特性，发展出了tc-t0法、相位反转法、表面波/横波法、脉冲回波法等。

2 现场检测方法

根据现场要求，此次现场检测需同时检测裂缝深度与裂缝宽度。裂缝深度检测采用声波仪及平面喇叭探头，根据现场工作时相位反转距离初步推测裂缝深度，在内业工作绘制声时曲线采用多项式拟合的方式计算裂缝深度。裂缝宽度检测采用基于图像显示自动判读裂缝宽度的专用测试仪器，其通过摄像头拍摄裂缝图像并放大显示在显示屏上，然后对裂缝图像进行图像处理和识别，并利用专用算法自动判读出裂缝宽度。

1）现场调查

检测前首先调查收集风机基础裂缝的数量、长度及走向，裂缝内部填充情况。

2）宽度检测

检测采用JC-FK102 裂缝观测仪，将裂缝放大成像于显示器上，直接读取记录裂缝宽度数据并存储照片。

3）深度检测

检测采用WSD-2A 型智能声波仪及专用高频纵波测试探头，检测时将发射及接收探头分别在两端同步移动并记录波形和收发距，直到检测完成。检测时，根据相位发生反转时探头与裂缝距离，可进行裂缝深度的初判。

3 检测实例

3.1 现场调查

该风机为01338 塔筒风机，基础为圆形现浇钢筋混凝土扩展基础，直径19.40 m，高度为3.70 m，基础台柱直径6.40 m，基础埋深2.97 m。设计的基础混凝土强度等级为C40，根据现场检测结果，混凝土纵波波速4 100～5 000 m/s。风机基础于2020 年 5 月 4 日完成混凝土浇筑，5 月 4—7 日监测温度异常，5 月 8—9 日陆续出现 24 条裂缝。5 月10 日前为连续多天的干燥炎热天气，裂缝内无水填充，满足表面声波法检测裂缝深度的条件。5 月10—18 日连续多天为阴雨天气，随着环境温度降低，湿度加大，施工方采取了有效的养护措施，部分裂缝逐渐开始自愈。根据现场调查结果，裂缝长度在0.50～3.60 m 之间。

3.2 宽度检测

在基础侧面选取了16条裂缝进行宽度检测，除了 LF7 及 LF22 检测 3 个点与 4 个点，其余每条裂缝均检测5 个点，累计检测77 个点，其中LF3 号裂缝的2 号点1.46 mm 为裂缝穿过的蜂窝气孔的直径，不做统计。对76 个检测点进行统计，各裂缝宽度的最大值在0.13～0.36 mm 之间，平均值在0.10～0.26 mm 之间。裂缝检测点最大值为0.36 mm，平均值0.17 mm，出现最多的值为0.19 mm。其中，3 个点宽度小于0.10 mm，占总测点数的3.9%；56 个点在0.10～0.20 mm 之间，占总测点数的73.7%；16 个点在0.20～0.30 mm 之间，占总测点数的21.1%；大于0.30 mm 的点位1 个，占总测点数的1.3%。

3.3 深度检测

基础侧面和坡面分别选取了7 条裂缝和1 条裂缝进行深度检测，检测结果最大值为侧面LF1号裂缝，深度208.00 mm，最小值为侧面LF17 号裂缝，深度66.00 mm，平均深度117.00 mm。各裂缝深度检测成果见表1。

表1 裂缝深度检测成果统计表

3.4 检测成果

裂缝宽度检测结果根据GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》，采用统计学的方法进行了评价。裂缝深度检测结果根据GB 50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》，对裂缝属性（表面裂缝、深部裂缝、贯穿裂缝）进行了判断。

1）裂缝宽度的平均值为0.17 mm，多数裂缝宽度在0.10～0.20 mm 之间。其中宽度小于0.20 mm的测点占比80%，宽度小于0.25 mm 的测点占比95%，宽度小于0.30 mm 的测点占比99%。根据GB 50010-2010 中3.4 的要求，钢筋混凝土允许的裂缝宽度为0.20～0.30 mm。多数裂缝宽度满足该要求。

2）裂缝最大深度208.00 mm，最小深度66.00 mm，平均深度117.00 mm，推测为表面裂缝。表面裂缝不影响结构安全，一般危害性较小。根据GB 50204-2015 可认定为一般缺陷。

4 结语

裂缝检测需从裂缝长度、宽度及深度进行量化的检测，其中，裂缝长度及宽度用于评价潮湿环境中构筑物的防水性能及耐久性，裂缝深度用于评价结构受力性能及结构安全；裂缝宽度检测非常必要，GB 50010-2010 中对裂缝宽度有严格的规定，采用基于图像显示自动判读裂缝宽度的专用测试仪器，可以快速、高效地检测裂缝宽度；对于细小裂缝，深度检测是现场质量验收的难点。采用平测法检测裂缝深度具有现场检测方便、不受检测面限制的优点。虽然平测法有时候具有较大的误差，但用于判定裂缝是否影响混凝土结构安全是足够的。