淺談無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

（安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述

無(wú)損檢測(cè)是比較重要的一種檢測(cè)方法，能在保障檢測(cè)對(duì)象不被破壞的同時(shí)，利用物理或者化學(xué)檢測(cè)方法以及相關(guān)設(shè)備工具，對(duì)受檢對(duì)象的一些指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)種類繁多，常見(jiàn)的有滲透無(wú)損檢測(cè)、磁粉無(wú)損檢測(cè)、超聲無(wú)損檢測(cè)、射線無(wú)損檢測(cè)等；并且無(wú)損檢測(cè)技術(shù)還具備無(wú)損性、融合性、嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)時(shí)性等特征。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)水利工程焊縫類型、鋼材料、結(jié)構(gòu)部位等選擇合適的無(wú)損檢測(cè)，可確保檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)有效，保障工程建設(shè)質(zhì)量。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 連續(xù)性

傳統(tǒng)檢測(cè)手段由于需要取樣檢驗(yàn)，需要重復(fù)進(jìn)行取樣分開(kāi)檢驗(yàn)，所以造成檢驗(yàn)過(guò)程不連續(xù)，檢驗(yàn)周期長(zhǎng)，無(wú)法即刻得到檢驗(yàn)結(jié)果。檢測(cè)數(shù)量較少時(shí)，影響還不明顯，但水利工程建設(shè)規(guī)模大、待檢區(qū)域繁多，采用傳統(tǒng)的檢測(cè)手段就會(huì)造成檢測(cè)工作占用時(shí)間長(zhǎng)，影響了后續(xù)施工工序。采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)z測(cè)對(duì)象開(kāi)展持久的檢測(cè)工作，且過(guò)程中不需人為中斷，確保了數(shù)據(jù)的連續(xù)實(shí)時(shí)可靠，進(jìn)一步提高了原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也提高了時(shí)間的使用效率，從而確保水利工程施工進(jìn)度。

2.2 物理特性

無(wú)損檢測(cè)是利用聲光電磁等物理特性，在不損害或影響檢測(cè)對(duì)象性能的前提下，檢測(cè)構(gòu)件是否存在缺陷的一種技術(shù)手段。基于這種特性，在水利工程建設(shè)中可隨時(shí)開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)獲取構(gòu)件的質(zhì)量和性能，對(duì)工程質(zhì)量提出科學(xué)合理的評(píng)斷，為建設(shè)施工單位把控工程質(zhì)量、控制材料使用提供依據(jù)。

2.3 遠(yuǎn)距離檢測(cè)

基于信息技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代背景，促進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與信息技術(shù)之間的深度結(jié)合，顯著提升了檢測(cè)工作的效率與水平?！盁o(wú)損檢測(cè)技術(shù)＋信息技術(shù)”可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離工作，即在建筑工程檢測(cè)位置安裝相關(guān)設(shè)備，就能夠獲取此位置的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，同時(shí)采集設(shè)備能夠把數(shù)據(jù)信息傳輸至相應(yīng)的接收設(shè)備，工作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)匯總、分析檢測(cè)結(jié)果，不但減輕了工作壓力，也提升了檢測(cè)效率與準(zhǔn)確性。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的工程應(yīng)用

3.1 回彈法檢測(cè)技術(shù)

回彈法檢測(cè)技術(shù)利用彈簧及重錘實(shí)現(xiàn)水利工程的檢測(cè)作業(yè)，主要操作原理：利用彈簧的彈性形變產(chǎn)生的彈性勢(shì)能為重錘提供動(dòng)力，在動(dòng)力的作用下，重錘能夠敲擊混凝土表面；之后測(cè)試這一系列流程中彈簧產(chǎn)生的位移程度，并利用位移距離測(cè)算出具體的數(shù)值大小，根據(jù)數(shù)值大小與相關(guān)指標(biāo)間的比對(duì)來(lái)鑒別建筑整體的強(qiáng)度?；貜椃z測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是能夠獲得更加理想的檢測(cè)數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)回彈法檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度及均勻度，并且確保測(cè)量目標(biāo)建筑體的完整性及原本性能。

在應(yīng)用回彈法檢測(cè)技術(shù)的過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：（1）確保檢測(cè)目標(biāo)建筑體表面平整干凈，避免污垢；（2）合理設(shè)定所有檢測(cè)結(jié)構(gòu)的位置和范圍，如果測(cè)試結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較小，可以適當(dāng)減小測(cè)試位置的預(yù)定數(shù)量，但要確保相鄰測(cè)試位置的間距為2m；（3）在測(cè)試位置中，需要保證檢測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)的均勻性，測(cè)點(diǎn)外露的鋼筋間距≥30mm，同時(shí)測(cè)點(diǎn)不可以設(shè)置在氣孔或外凸的巖石中；（4）回彈值檢測(cè)完畢后，盡量選取合理的部位檢測(cè)碳化深度值，選取檢測(cè)結(jié)果的均值；（5）在計(jì)算回彈值過(guò)程中，需要在被測(cè)位置的全部回彈值中，去除3 個(gè)最大及最小的結(jié)果，在剩下的數(shù)據(jù)中計(jì)算出均值；（6）在檢測(cè)過(guò)程中，回彈儀周線和混凝土檢測(cè)表面需要保持垂直，對(duì)其勻速施壓，不可以用力過(guò)急或過(guò)快，以免瞬間沖擊力破壞工程建筑。

3.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

3.2.1 鋼焊縫質(zhì)量檢測(cè)

鋼焊縫質(zhì)量狀況采用超聲波法檢測(cè)具有一定優(yōu)勢(shì)，如工藝操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)無(wú)輻射外泄隱患及適用于較小尺寸等。鋼焊縫質(zhì)量檢測(cè)的受影響程度隨著金屬晶粒尺寸的減少而增大，通常采用超聲波脈沖變化情況探測(cè)鋼焊縫存在的缺陷。脈沖波和地面回波為超聲波檢測(cè)儀器能夠顯示的兩種信號(hào)，超聲波在鋼焊縫質(zhì)量良好的情況下能夠順利到達(dá)物體底面，所以可根據(jù)缺陷回波信號(hào)確定裂縫缺陷情況，從而準(zhǔn)確判斷質(zhì)量問(wèn)題。

3.2.2 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

預(yù)留混凝土試塊和現(xiàn)場(chǎng)取芯樣法為最常見(jiàn)的強(qiáng)度檢測(cè)方式?；炷临|(zhì)量穩(wěn)定性差且原材料組分多樣，即使同標(biāo)號(hào)混凝土其組成材料的變化也會(huì)引起超聲波傳播速度的改變，另外混凝土內(nèi)部存在水泥與砂、水泥與石子等多種界面，在穿透以上不同界面時(shí)超聲波將產(chǎn)生衍射、反射等現(xiàn)象。因此，要在超聲波變化與混凝土之間建立簡(jiǎn)單的線性數(shù)學(xué)模型存在較大難度，通常將混凝土假定為彈塑性均質(zhì)材料。

由于混凝土的組成材料復(fù)雜多樣，超聲波獲取的檢測(cè)結(jié)果往往存在一定偏差。超聲波傳遞速度與原材料質(zhì)量狀況直接相關(guān)，即使在原材料相同的情況下，超聲波速度也會(huì)因混凝土配合比的不同而存在差異。硅酸三鈣等礦物摻合料的含量越高則水泥細(xì)度越大，超聲波傳遞速度隨著摻合料細(xì)度的增大而提高，由此檢測(cè)顯示的混凝土強(qiáng)度值偏高，而這與混凝土實(shí)際情況恰恰相反；另外，超聲波傳遞速度在粗骨料偏多時(shí)更快，因此檢測(cè)出的強(qiáng)度值要偏高。所以，為提高混凝土強(qiáng)度測(cè)試精度，應(yīng)采用混凝土齡期－聲速、含水率－聲速、振幅－聲速、衰減系數(shù)－聲速、超聲聲速－混凝土等多參數(shù)綜合法。

3.2.3 混凝土裂縫檢測(cè)

（1）透射法。透射法一般適用于結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)則、面積相對(duì)較小的裂縫檢測(cè)，運(yùn)用透射法檢測(cè)裂縫時(shí)應(yīng)在裂縫兩側(cè)緩慢移動(dòng)接收和發(fā)射探頭，超聲波在兩者不相交時(shí)不發(fā)生顯著變化，兩者相交時(shí)會(huì)在裂縫處形成衍射，接收到的超聲波時(shí)間和強(qiáng)度發(fā)生變化，據(jù)此獲得裂縫的位置及深度。

（2）平行反射法。該方法一般適用于結(jié)構(gòu)尺寸復(fù)雜、裂縫面積較大的構(gòu)件，其中準(zhǔn)確獲取裂縫周邊的超聲波速度為平行反射檢驗(yàn)的重要前提。其中，混凝土齡期、配合比和原材料組成等因素均可對(duì)超聲波速度產(chǎn)生較大影響，因此一般要先獲取周邊聲速值，沿裂縫兩側(cè)平行實(shí)現(xiàn)裂縫的檢測(cè)。移動(dòng)過(guò)程中要確保探頭和裂縫的距離相近，距離較遠(yuǎn)的情況下檢測(cè)結(jié)果明顯小于裂縫實(shí)際深度。

3.3 自然電位法檢測(cè)技術(shù)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中自然電位法的應(yīng)用較為廣泛，通過(guò)高內(nèi)阻自然電位儀檢測(cè)界面上雙層點(diǎn)存在的電位差，以此判斷內(nèi)部銹蝕情況。例如，采用自然電位法檢測(cè)某水庫(kù)水鋼筋銹蝕狀況時(shí)，應(yīng)確保閘門面板上硫酸銅電極為飽和狀態(tài)，通過(guò)移動(dòng)電極實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)變化情況。采用此項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)可以明確陰影處鋼筋的銹蝕狀況，檢測(cè)精度較高。

3.4 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)法工作原理是借助超高頻電磁波來(lái)探測(cè)介質(zhì)電性分布。在檢測(cè)過(guò)程中，需要通過(guò)發(fā)射天線，將高頻電磁脈沖以寬頻帶短脈沖的形式發(fā)送至混凝土內(nèi)部，電磁脈沖在遇到不同電性介質(zhì)分界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射或散射，接收天線可接收這些信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，采用公式計(jì)算出結(jié)果。在檢測(cè)過(guò)程中，高頻電磁脈沖傳播的路徑及波形會(huì)隨著介質(zhì)的電性質(zhì)、幾何形態(tài)發(fā)生變化，如若混凝土介層存在空洞，雷達(dá)剖面相位、幅度會(huì)發(fā)生變化，據(jù)此發(fā)現(xiàn)施工缺陷。此外，電磁波遇到鋼筋會(huì)全部反射回來(lái)，在雷達(dá)剖面上顯示強(qiáng)異常，借此可剖析混凝土中鋼筋分布的情況。綜合探地雷達(dá)接收到的所有信息，與常見(jiàn)混凝土介質(zhì)電參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，基本上可以判斷出介質(zhì)的存在與分布情況，從而綜合判斷施工缺陷。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

某設(shè)計(jì)面積超過(guò)160km2的水庫(kù)于1974年竣工，在東南、東、北、西和西南有5 個(gè)圍堤，全長(zhǎng)約54km。在公路與水庫(kù)路堤的共建段（樁號(hào)為8+000～9+000）發(fā)現(xiàn)了縱向裂縫，主要分布在從北到南的公路路面上（約占路面縱向裂縫的80%），其在車道輪跡帶處出現(xiàn)較多，距離混凝土路面的邊緣為1.5m；而南北方向的縱向裂縫較少。

4.2 測(cè)線布置

4.2.1 測(cè)區(qū)布線

水庫(kù)西堤路面寬度為7m，考慮到8+500 處的嚴(yán)重裂縫，對(duì)其布設(shè)網(wǎng)格式測(cè)量線：（1）對(duì)垂直裂縫布置6 條間距10m 的橫向測(cè)量線；（2）對(duì)平行裂縫布置4 條間距0.5～2m 的縱向測(cè)量線。

4.2.2 地質(zhì)雷達(dá)天線配置

使用美國(guó)的GSSISIR-30E 高速地質(zhì)雷達(dá)，用于檢測(cè)30 條斷面的3 根天線的頻率分別為40MHz、100MHz 和200MHz。每根雷達(dá)天線布測(cè)10 條斷面，其中包括6 條橫向斷面和4 條縱向斷面。

4.3 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集與分析

1 號(hào)縱向測(cè)量線位于裂縫外側(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件的分析，發(fā)現(xiàn)能量團(tuán)的分布相對(duì)均勻，規(guī)律性強(qiáng)，衰減快，同相軸相對(duì)完整，波形相對(duì)均勻。2 號(hào)縱向測(cè)量線位于表觀裂縫上方，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件的分析，發(fā)現(xiàn)能量團(tuán)分布不均勻、規(guī)律性差、衰減快、同軸連續(xù)性差，有非常明顯的斷裂，波形雜亂異常。結(jié)合其余的測(cè)量線，100MHz 天線可以檢測(cè)到的裂縫深度為5～6m。

測(cè)量線位于明顯裂縫上方，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件的分析，發(fā)現(xiàn)能量團(tuán)分布不均，衰減快，同相軸連續(xù)性有高明顯的斷裂，波形雜亂異常。

綜合分析表明，本次探測(cè)到的最大裂縫深度為6m，沿較大裂縫的兩側(cè)各0.5m 寬，約1.5～2m 深，并有土層破碎帶。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程在保障國(guó)家水安全中具有不可替代的基礎(chǔ)性作用，其質(zhì)量與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。在完成施工之后，要及時(shí)進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)，消除質(zhì)量安全隱患。采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不僅可以科學(xué)地檢測(cè)施工質(zhì)量，還能保障檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，為保障水利工程的整體質(zhì)量奠定基礎(chǔ)■