大壩面板裂縫寬度與深度關(guān)系的探討

孫紅雨，姚轉(zhuǎn)奇

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 引言

超聲波法檢測的原理是采用透射波法檢測，即用發(fā)射換能器重復(fù)發(fā)射超聲脈沖波，讓超聲波在所檢測的混凝土中傳播，然后由接收換能器接收，被接收的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后再經(jīng)超聲波儀放大顯示在屏幕上，用超聲波儀采集超聲信號(hào)的聲學(xué)參數(shù)——聲速、波幅、頻率、波形，通過聲學(xué)參數(shù)的采集及分析進(jìn)行裂縫質(zhì)量的判定。

2 裂縫深度超聲波檢測原理及投入設(shè)備

裂縫實(shí)施超聲波檢測時(shí)，主控儀器以一定的重復(fù)頻率發(fā)出脈沖信號(hào)，激勵(lì)發(fā)射換能器產(chǎn)生短暫的振動(dòng)。因此，實(shí)際進(jìn)入混凝土的是一系列具有固定時(shí)間間隔的、短暫的彈性波脈沖。在無缺陷的混凝土面板進(jìn)行檢測時(shí)，混凝土是連續(xù)體，超聲波在其中正常傳播，通過對(duì)不同距離波速的采集，可以得出超聲波在面板無缺陷混凝土中的傳播速度；混凝土面板存在缺陷時(shí)，混凝土的連續(xù)性中斷，缺陷區(qū)與混凝土之間形成界面，通過此缺陷區(qū)的超聲波發(fā)生能量的衰減，具體表現(xiàn)在聲時(shí)、振幅、主頻率、波形的變化。裂縫深度檢測分為單面平測法、雙面斜側(cè)法和鉆孔對(duì)測法，面板檢測一般采用單面平測法。

根據(jù)對(duì)水庫工程大壩現(xiàn)場查看，裂縫大部分為細(xì)小裂縫，分為結(jié)構(gòu)性裂縫和溫縮裂縫。裂縫寬度檢測運(yùn)用光學(xué)數(shù)顯裂縫測寬儀，裂縫深度檢測運(yùn)用非金屬超聲波檢測儀，儀器清單如表1。

表1 裂縫寬度和深度檢測儀器清單

3 裂縫現(xiàn)場檢測

3.1 現(xiàn)場測點(diǎn)布置及安全措施

根據(jù)制定的裂縫寬度和深度檢測方案，在有較大裂縫的斷面做好相應(yīng)的標(biāo)記，工程人員進(jìn)行高程的標(biāo)注。在現(xiàn)場檢測時(shí)，由于壩面傾斜度較大，檢測壩面時(shí)檢測人員均帶有安全帶，且安全帶帶有鎖定紐扣，隨時(shí)可以在扶梯上進(jìn)行鎖定。檢測時(shí)碰到較長的裂縫均進(jìn)行檢測，檢測時(shí)在檢測位置標(biāo)注裂縫的寬度和深度。

3.2 裂縫檢測的實(shí)施

裂縫寬度檢測運(yùn)用顯微鏡法進(jìn)行檢測，將BJQF-1裂縫測寬儀的鏡頭對(duì)準(zhǔn)裂縫，根據(jù)鏡頭內(nèi)裂縫的寬度，鏡頭會(huì)自動(dòng)鎖定裂縫的最寬裂縫，并顯示裂縫檢測數(shù)值。

由于大壩面板只有一個(gè)可測表面，估計(jì)裂縫深度又不超過500mm，采用單面平測法。平測時(shí)應(yīng)在裂縫的被測部位，以不同的測距，按跨縫和不跨縫布置測點(diǎn)(布置測點(diǎn)時(shí)應(yīng)避開鋼筋的影響)進(jìn)行檢測，檢測步驟為：

(1)不跨縫的聲時(shí)測量：將T和R換能器置于裂縫附近同一側(cè)，以兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣間距等于100mm、150mm、200mm、250mm分別讀出聲時(shí)值，繪制“時(shí)—距”坐標(biāo)圖或用回歸分析的方法求出聲時(shí)與測距之間的回歸直線方程：

li=a+bti

(1)

每測點(diǎn)超聲波實(shí)際傳播距離li為：

li=l′+|a|

(2)

式中：li——第i點(diǎn)的超聲波實(shí)際傳播距離(mm)；

l′——第i點(diǎn)的R、T換能器內(nèi)邊緣間距(mm)；

a——“時(shí)—距”圖中l(wèi)′軸的截距或回歸直線方程的常數(shù)項(xiàng)(mm)。

(2)不跨縫平測的混凝土聲速(km/s)值為：

(3)

或v=b

(4)

tn-t1——第n點(diǎn)和第1點(diǎn)讀取的聲時(shí)值(μs)；

b——回歸系數(shù)。

由混凝土面板的不跨縫檢測得出超聲波在正常狀態(tài)下在混凝土中的傳播速度，然后進(jìn)行跨縫測量，將T、R換能器分別置于以裂縫為對(duì)稱的兩側(cè)，l′取100mm、150mm、200mm、250mm等，分別讀取聲時(shí)值，同時(shí)觀察首波相位的變化。

(3)平測法檢測，裂縫深度應(yīng)按下式計(jì)算：

(5)

(6)

式中：li——不跨縫平測時(shí)第i點(diǎn)的超聲波實(shí)際傳播距離(mm)；

hci——第i點(diǎn)計(jì)算的裂縫深度值(mm)；

mhc——各測點(diǎn)計(jì)算裂縫深度的平均值(mm)；

n——測點(diǎn)數(shù)。

3.3 裂縫檢測結(jié)果

此次裂縫檢測，主要針對(duì)面板上的裂縫寬度及深度進(jìn)行檢測，裂縫①為一條長2.2m左右的裂縫，在此裂縫上共檢測了6個(gè)點(diǎn)，測點(diǎn)間距約為30cm，在進(jìn)行了裂縫寬度檢測后，即可進(jìn)行裂縫深度檢測，檢測數(shù)據(jù)如表2。

表2 裂縫①的寬度與深度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 裂縫①寬度與深度關(guān)系

裂縫②為一條長4.2m左右的一條裂縫，在此裂縫上共檢測9個(gè)點(diǎn)，測點(diǎn)間距約40cm，在進(jìn)行裂縫寬度檢測后，即可進(jìn)行裂縫深度檢測，檢測數(shù)據(jù)如表3。

表3 裂縫②寬度與深度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 裂縫②寬度與深度關(guān)系

4 結(jié)論

通過以上檢測數(shù)據(jù)的分析可以得出以下結(jié)論：

(1)同一部位的裂縫深度基本與裂縫寬度呈正比關(guān)系，即裂縫寬度越大，裂縫深度越大；

(2)同一條裂縫，一般是開始時(shí)寬度小，裂縫深度淺，中間寬度大，裂縫深度深，即呈中間大兩邊小的形式進(jìn)行分布；

(3)不同部位由于施工等因素的影響，裂縫深度與寬度與其他部位可比性不強(qiáng)。因此，在進(jìn)行混凝土面板檢測時(shí)，對(duì)于不同部位的裂縫，應(yīng)詳細(xì)收集施工時(shí)的澆筑資料，并進(jìn)行實(shí)際檢測，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)的分析提供下一步的處理方案，同時(shí)經(jīng)過總結(jié)，進(jìn)一步提高施工工藝。