基于地質(zhì)雷達(dá)探測的墻體裂縫原因分析

劉金龍，袁小軍，浦琛琛，譚海亮，吳 旭

（1.江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 南京 210028；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

0 引 言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)建筑工程質(zhì)量提出了更高的要求，然而，最近一段時(shí)間，建筑物外墻面裂縫問題日益普遍，對(duì)人們的居住環(huán)境和安全造成了一定影響，更重要的是在無法對(duì)裂縫定性的前提下，會(huì)造成一定的社會(huì)恐慌。當(dāng)建筑物外墻面出現(xiàn)裂縫時(shí)，對(duì)建筑整體的外觀造成一定的影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到建筑物的質(zhì)量和使用壽命，所以首先要對(duì)裂縫進(jìn)行檢測鑒定并對(duì)裂縫進(jìn)行定性，為裂縫處理提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。地質(zhì)雷達(dá)法是近年來迅速發(fā)展起來的一種無損檢測技術(shù)，具有快速、無損、連續(xù)檢測、檢測結(jié)果直觀等特點(diǎn)［1-2］，該方法已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于建設(shè)工程的各個(gè)領(lǐng)域，該方法的普遍應(yīng)用對(duì)分析裂縫原因提供了一個(gè)好的解決途徑。

1 工程中常見的外墻面裂縫

工程中常見的外墻面裂縫有梁底水平通縫、柱邊豎向通縫，該類通縫多發(fā)生在混凝土構(gòu)件與砌體構(gòu)件的結(jié)合部，主要表現(xiàn)形式是在混凝土的梁、板、柱與砌體的交接處產(chǎn)生一條貫通的裂縫；還有貫通樓層的斜向通縫，且不同樓層的同一位置亦出現(xiàn)相同方向的斜向裂縫；門窗洞口角部常出現(xiàn)呈對(duì)稱的八字或倒八字形的裂縫；小孔洞周邊常出現(xiàn)長度較短、寬度較細(xì)的小裂縫；外墻面根部亦出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫形態(tài)，該類裂縫亦很普遍，這類裂縫的出現(xiàn)不僅對(duì)建筑整體的外觀造成一定的影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到建筑物的質(zhì)量和使用壽命，特定條件下還會(huì)造成一定的社會(huì)恐慌。因此，對(duì)建筑外墻面出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行定性，并提出相應(yīng)的處理措施尤為重要。

2 某工程外墻面裂縫分析

2.1 地質(zhì)雷達(dá)探測

2.1.1 工程概況

某工程主體結(jié)構(gòu)為地下 2 層，地上 25 層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主要采用混凝土柱、梁、剪力墻承重，樓、屋面為現(xiàn)澆板，該房屋使用過程中散水上部外墻面多處存在水平向裂縫（見圖1）。

圖1 散水上部外墻面水平向裂縫

2.1.2 地質(zhì)雷達(dá)探測

為分析裂縫原因，現(xiàn)場采用地質(zhì)雷達(dá)儀對(duì)散水下方進(jìn)行探測。根據(jù)現(xiàn)場探測深度、探測目標(biāo)體類型及探測部位的不同，本次采用地質(zhì)雷達(dá)儀配置 600 MHz 天線（見圖2）進(jìn)行探測，在散水上方布置2 條縱向測線。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)儀

地質(zhì)雷達(dá)由主機(jī)、天線和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等幾部分組成。根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，發(fā)射天線向地坪下方發(fā)射高頻脈沖電磁波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播路徑、電磁場強(qiáng)度和波形將隨所通過介質(zhì)的電性和幾何形態(tài)的變化而變化，地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)將對(duì)此部分的反射波進(jìn)行適時(shí)接收，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理后得到雷達(dá)圖像，根據(jù)得到的雷達(dá)圖像可探測散水下方土體的分布和特征。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)遇到存在電性差異的地坪下方目標(biāo)體，如空洞、分界面等時(shí)，電磁波發(fā)生反射，返回到地面時(shí)由接收天線接收。在對(duì)接收天線接收到的雷達(dá)波進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)接收到的雷達(dá)波形、強(qiáng)度、雙程時(shí)間等參數(shù)可探測到散水下方土體情況［3-4］。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，使用連接電纜連接雷達(dá)主機(jī)（DAD 控制單元）、天線、筆記本電腦、電池，手動(dòng)設(shè)置 TCP/IP 地址，使筆記本電腦與雷達(dá)主機(jī)（DAD 控制單元）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。檢查主機(jī)、天線以及運(yùn)行設(shè)備，使之均處于正常狀態(tài)。啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集軟件，選擇驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)置采集參數(shù)：時(shí)窗、掃描樣點(diǎn)數(shù)、電磁波速（現(xiàn)場檢測時(shí)，可先采用默認(rèn)值，后續(xù)數(shù)據(jù)處理時(shí)，根據(jù)標(biāo)定的電磁波速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理）；測量時(shí)窗由公式（1）確定，掃描樣點(diǎn)數(shù)由公式（2）確定；進(jìn)行完增益標(biāo)定后，新建文件存儲(chǔ)名稱即可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，增益標(biāo)定是為了實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)。

式中：ΔT為時(shí)窗長度，α為時(shí)窗調(diào)整系數(shù)，一般取1.5～2.0；d為深度；v為波速；S為掃描樣點(diǎn)數(shù)，ΔT為時(shí)窗長度，f為天線中心頻率，MHz；K為系數(shù)，一般取 6～10。

2.1.3 地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果

對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)濾波、背景去除、反褶積、增益恢復(fù)、時(shí)差校正、偏移等一系列處理后得到雷達(dá)灰度剖面圖，地質(zhì)雷達(dá)灰度剖面圖是地質(zhì)雷達(dá)資料解釋的基礎(chǔ)，只要路面下方介質(zhì)中存在電性差異，就可以在雷達(dá)剖面圖中找到相應(yīng)的反射波與之對(duì)應(yīng)。根據(jù)相鄰道上的反射波對(duì)比，把不同道上同一個(gè)反射波相同相位連接起來的對(duì)比線稱為同相軸，雷達(dá)剖面圖的識(shí)別主要是確定具有相同特征的反射波的同相軸。洞穴的反映波形一般是由許多細(xì)小的拋物線組成的一塊較大區(qū)域，與周圍波形存在明顯差異。經(jīng)分析，測線L1+3.5～+4.5 m 處散水下方土體存在空洞缺陷（見圖3）。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)圖像

對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測出的散水下方空洞缺陷進(jìn)行開挖驗(yàn)證，空洞尺寸為 1.0 m×0.9 m×0.16 m（長度×寬度×深度），雷達(dá)圖像異常特征與空洞缺陷實(shí)際位置吻合較好，驗(yàn)證結(jié)果如圖4 所示。

圖4 散水下方空洞缺陷開挖驗(yàn)證結(jié)果（圓框內(nèi)為空洞缺陷）

2.2 外墻面裂縫檢查檢測

現(xiàn)場對(duì)散水上部墻體開裂的部位，將表面粉刷層鑿除，對(duì)外墻表面的裂縫進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查，外墻面粉刷層開裂，混凝土剪力墻未見開裂，如圖5 所示。

現(xiàn)場沿外墻面粉刷層裂縫部位進(jìn)行鑿除，如圖6 所示。可見外墻面散水上方與裂縫下方之間的區(qū)域?yàn)楹筇钊炷练鬯硬糠?，后填塞混凝土粉刷層與其上方的混凝土粉刷層之間存在天然的冷縫。

圖5 外墻面粉刷層開裂，剪力墻未見開裂

圖6 后填塞混凝土粉刷層部分

2.3 外墻面裂縫原因分析

經(jīng)現(xiàn)場檢查檢測，所測裂縫為后填塞混凝土粉刷層與其上方的混凝土粉刷層之間的天然的冷縫，并與散水下方空洞缺陷有一定相關(guān)性，該裂縫屬于非結(jié)構(gòu)裂縫。

2.4 外墻面裂縫防治措施

通過對(duì)外墻面裂縫的原因分析，對(duì)施工過程中提出以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

①混凝土粉刷層粉刷時(shí)，要做到無死角，尤其是外墻面根部與散水交界的部位。粉刷時(shí)，應(yīng)先從上往下打底，應(yīng)注意先檢查底層粉刷是否有空鼓現(xiàn)象，如有空鼓現(xiàn)象應(yīng)剔鑿返修后再進(jìn)行下一道工序。

②混凝土粉刷層粉刷時(shí)，應(yīng)分層、間歇粉刷，單次粉刷層厚度應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行粉刷。若粉刷層厚度超過規(guī)范要求，尤其是一次施工完的，粉刷層極易墜裂。

③建筑周邊土體應(yīng)回填密實(shí)。回填前，應(yīng)將回填區(qū)域的垃圾、樹根等雜物清理干凈，排除積水，同時(shí)清除回填土中的草皮、垃圾、有機(jī)雜質(zhì)等雜物；回填土應(yīng)分層回填分層夯實(shí)，從場地最底層部分開始，自下而上分層鋪填，并注意控制輾壓機(jī)械行駛速度，在機(jī)械施工碾壓不到的填土，應(yīng)配合人工推土，采用人工夯實(shí)。

通過以上防范措施，可以減少或消除外墻面裂縫等工程質(zhì)量問題，降低工程維修費(fèi)用。

3 結(jié) 語

本文運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)散水下方土體進(jìn)行探測，經(jīng)探測，散水下方土體存在空洞缺陷，并經(jīng)開挖驗(yàn)證，雷達(dá)圖像特征與空洞缺陷實(shí)際位置吻合較好。該方法的普遍應(yīng)用對(duì)分析建筑外墻面根部裂縫成因提供了一個(gè)好的解決途徑。結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)裂縫進(jìn)行成因分析并進(jìn)行定性，將提供一個(gè)科學(xué)快速的檢測手段，為裂縫處理提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，并提出有效的防范措施，可以減少或消除這類工程質(zhì)量問題，降低工程維修費(fèi)用。