周 楊，李 子

（江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司，南昌 33000）

隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)物中的裂縫是結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性及防水性等降低的主要原因，因此對其采取相應(yīng)的修補(bǔ)和加固措施是十分必要的。在實(shí)施具體的修補(bǔ)工作之前首先需要進(jìn)行裂縫調(diào)查，包括裂縫的寬度及深度，推斷開裂原因、分析有無修補(bǔ)必要，然后選擇修補(bǔ)方法。在修補(bǔ)工程結(jié)束之后，應(yīng)按需要確認(rèn)修補(bǔ)效果，可用超聲波測量修補(bǔ)前后的裂縫深度，以對修補(bǔ)結(jié)果的有效性作出評價(jià)。由此發(fā)現(xiàn)，對修補(bǔ)前后的裂縫，都需應(yīng)用無損檢測技術(shù)對深度以及裂縫密實(shí)度進(jìn)行判斷，按照我國相關(guān)的技術(shù)規(guī)程（CECS 21—2000）［1］的要求，結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個(gè)可測表面，估計(jì)裂縫深度≤50mm時(shí)，可采用單面平測法。但此時(shí)裂縫中往往會存在對檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾的水、砂、水泥漿及裂縫灌漿樹脂等填充物，文章即以德上高速第三方試驗(yàn)檢測中心裂縫深度的試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皺z測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究了裂縫中各種可能的填充物對檢測結(jié)果的影響，對提高裂縫深度檢測的準(zhǔn)確性有一定的參考價(jià)值［2］。

1 超聲單面平測法檢測原理

1.1 不跨縫的聲時(shí)測量

將發(fā)射傳感器T和接收傳感器R置于裂縫附近同一側(cè)，以兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣間距l(xiāng)′i分別等于100，150，200，250mm 時(shí)，讀取聲時(shí)值ti，繪制“時(shí)－距”坐標(biāo)圖（見圖1）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：

每測點(diǎn)超聲實(shí)際傳播的距離應(yīng)為：

式中 li——第i點(diǎn)的超聲實(shí)際傳播距離；

圖1 時(shí)－距坐標(biāo)圖

l′i——第i點(diǎn)的R、T換能器內(nèi)邊緣距離；

a——時(shí)－距坐標(biāo)圖中l(wèi)′軸的截距或直線回歸方程的常數(shù)項(xiàng)。

不跨縫平測的混凝土聲速值為：

式中 l′n，l′1——第n點(diǎn)和第1點(diǎn)的測距；

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

b——回歸系數(shù)。

1.2 跨縫的聲時(shí)測量

如圖2所示，將收發(fā)傳感器分別置于以裂縫為對稱的兩側(cè)，以T，R內(nèi)邊緣間距l(xiāng)′＝100，150，200，250mm等分別讀聲時(shí)值。

圖2 跨縫測試圖

1.3 平測法檢測裂縫深度計(jì)算公式

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；

hci——第i點(diǎn)計(jì)算的裂縫深度值；

mhc——各測點(diǎn)計(jì)算裂縫深度的平均值；

n——測點(diǎn)數(shù)。

2 裂縫深度檢測試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

2.1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

裂縫深度檢測試驗(yàn)主要內(nèi)容如下：

（1）通過對檢測原理的深入分析，結(jié)合小尺寸仿真模型，探究不同密實(shí)度下，水、砂、水泥漿、裂縫灌漿樹脂等對超聲波單面平測法檢測精度的影響。

（2）通過對裂縫修補(bǔ)前后的檢測，找出提高檢測精度及對裂縫修補(bǔ)后飽滿度進(jìn)行評價(jià)的方法。

2.1.2 試驗(yàn)步驟

（1）在裂縫內(nèi)無任何干擾因素的條件下，對裂縫實(shí)際深度分別為15，30，80，100，150mm 的模型進(jìn)行裂縫深度跨縫檢測。

（2）以100mm裂縫深度模型為例，對裂縫中不灌水和灌滿水的兩種工況進(jìn)行跨縫測量，以研究水對裂縫深度檢測的影響。

（3）以100mm裂縫深度模型為例，分裂縫中不填砂；填砂高度為50mm；填滿砂三種工況進(jìn)行跨縫測量，以研究砂對裂縫深度檢測的影響。

（4）以100mm裂縫深度模型為例，分裂縫中不填水泥漿；從頂面向內(nèi)填水泥漿20，80mm和填滿水泥漿四種工況進(jìn)行跨縫測量，以研究水泥漿對裂縫深度檢測的影響，四種工況均在水泥終凝過后進(jìn)行裂縫深度檢測。

（5）以100mm裂縫深度模型為例，分裂縫中不填灌漿樹脂；從頂面向內(nèi)填灌漿樹脂30，70mm及填滿灌漿樹脂四種工況進(jìn)行跨縫測量，以研究裂縫灌漿樹脂對裂縫深度檢測的影響。

2.1.3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

此次探索性試驗(yàn)的仿真模型是根據(jù)隧道襯砌常見的裂縫類型來制作，均在施工單位澆注隧道襯砌混凝土?xí)r于其拌合站成型。模型為C25混凝土，尺寸為150mm×150mm×600mm，共10余組，試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵娊M圖3。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 檢測精度的驗(yàn)證結(jié)果

檢測采用BJLF－1型超聲混凝土裂縫綜合檢測儀，該儀器利用脈沖波在上述仿真模型中傳播的時(shí)間、接收波的振幅、頻率和波形等聲學(xué)參數(shù)的相對變化，來判定該混凝土裂縫的深度。試驗(yàn)步驟中的步驟（1）驗(yàn)證結(jié)果見表1。

圖3 探索性試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D

表1 裂縫深度檢測精度驗(yàn)證結(jié)果匯總表

由檢測結(jié)果可以知道：在沒有其他干擾因素的情況下，采用BJLF－1型超聲混凝土裂縫綜合檢測儀，檢測誤差為±6.0%，能較好地反映裂縫實(shí)際深度狀況。

2.2.2 水對裂縫深度檢測的影響

試驗(yàn)方案中的步驟（2）檢測結(jié)果為裂縫不灌水檢測平均值為98.0mm，誤差為－2.0%；而裂縫灌滿水檢測平均值為68.1mm，誤差為31.9%。

從上發(fā)現(xiàn)，跨縫測量裂縫充水情況下，聲時(shí)值明顯小于不充水時(shí)的聲時(shí)值，說明該超聲波縱波在裂縫中有水時(shí)會直接通過水面?zhèn)鞑ザ粫?jīng)過縫底，其檢測聲時(shí)值為不灌水情況下非跨縫測量與跨縫測量裂縫兩者的平均值，再將計(jì)算得到的聲時(shí)值進(jìn)一步求解裂縫深度，可在有水的影響下，估算裂縫的實(shí)際深度，且與真實(shí)情況基本吻合。

2.2.3 砂對裂縫深度檢測的影響

按照試驗(yàn)方案中步驟（3）三種工況的檢測平均值均為98.0mm，檢測誤差為－2.0%。

從檢測結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，只要填充物為松散物質(zhì)（例如砂），對檢測結(jié)果均無太大影響。

2.2.4 水泥漿對裂縫深度檢測的影響

在隧道裂縫修補(bǔ)處理過程中，針對裂縫寬度較小（＜0.2mm）的情況，往往采用表面涂抹水泥漿進(jìn)行封閉和修補(bǔ)。按照試驗(yàn)方案中的步驟（4）結(jié)果為裂縫中不填水泥漿檢測平均值為98.0mm；裂縫中從頂面向內(nèi)填水泥漿20mm檢測平均值為72.4mm；裂縫中從頂面向內(nèi)填水泥漿80mm檢測平均值為24.5mm；裂縫中填滿水泥漿檢測平均值為0.8mm。而裂縫的實(shí)際深度為100mm。

由此可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)裂縫表層用水泥漿修補(bǔ)，而下層未修補(bǔ)的情況時(shí)，超聲波并非沿著縫底傳播，而是會沿著表層密實(shí)物質(zhì)傳播并且接收，導(dǎo)致最終檢測深度會比實(shí)際深度偏?。划?dāng)裂縫中填滿水泥漿并待其終凝后進(jìn)行檢測時(shí)，由于超聲波在水泥漿中的傳播速度略小于C25混凝土的傳播速度，檢測深度接近于0。因此以檢測最終深度值是否約等于0，可以判斷裂縫是否密實(shí)。

2.2.5 灌漿樹脂對裂縫深度檢測的影響

在隧道裂縫修補(bǔ)處理過程中，應(yīng)用較為廣泛的修補(bǔ)方法為采用灌漿樹脂對裂縫進(jìn)行封閉。按照試驗(yàn)方案中的步驟（5），試驗(yàn)結(jié)果為裂縫中不填灌漿樹脂檢測平均值為98.0mm；裂縫中從頂面向內(nèi)填灌漿樹脂30mm檢測平均值為58.1mm；裂縫中從頂面向內(nèi)填灌漿樹脂70mm檢測平均值為21.6mm；裂縫中填滿灌漿樹脂檢測平均值為0.6mm。而裂縫的實(shí)際深度為100mm。

由此可以發(fā)現(xiàn)，此種情況類似于水泥漿填補(bǔ)情況。同樣可以依據(jù)檢測最終深度值是否約等于0，來判斷經(jīng)灌漿樹脂修補(bǔ)后的裂縫是否密實(shí)。

3 裂縫深度檢測工程實(shí)例驗(yàn)證

德上第三方受項(xiàng)目辦的委托，在施工單位的配合和現(xiàn)場監(jiān)理的見證下，對德上高速某隧道進(jìn)行裂縫深度的初檢和用灌漿樹脂修補(bǔ)后裂縫飽滿度的復(fù)檢，并結(jié)合現(xiàn)場取芯進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果匯總見表2，4個(gè)裂縫的初檢和復(fù)檢結(jié)果均與實(shí)際情況吻合。

以1號、4號裂縫為例，現(xiàn)場取芯情況見圖4，5。

1～3號裂縫取芯時(shí)，裂縫貫穿芯樣孔，且向內(nèi)部發(fā)育，裂縫壓漿飽滿，1號裂縫初檢深度為16.7cm，復(fù)檢深度檢測值為0.4mm≈0，判定裂縫內(nèi)壓漿飽滿，而取芯結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，修補(bǔ)效果良好，芯樣長度15cm，初檢與復(fù)檢結(jié)果與實(shí)際情況吻合。

表2 裂縫深度初檢及復(fù)檢結(jié)果匯總表

4號裂縫初檢深度為11.2cm，復(fù)檢深度檢測值為7.8cm，判定裂縫內(nèi)壓漿不飽滿，而取芯結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，裂縫貫穿芯樣孔，且向內(nèi)部發(fā)育，裂縫未壓漿，芯樣長度10cm，初檢與復(fù)檢結(jié)果與實(shí)際情況吻合。

4 總結(jié)

德上第三方裂縫深度檢測試驗(yàn)，制作了仿真模型10余組，通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合工程實(shí)例，總結(jié)如下：

（1）對裂縫深度進(jìn)行初檢時(shí)，在沒有其他干擾因素的情況下，采用超聲裂縫綜合檢測儀，檢測誤差為±6.0%，能較好地反映裂縫實(shí)際深度狀況。

（2）裂縫中只要填充物為松散物質(zhì)（例如砂），對檢測結(jié)果均無太大影響。

（3）跨縫測量充水裂縫時(shí)，聲時(shí)值明顯小于不充水時(shí)的聲時(shí)，說明超聲波在裂縫中有水時(shí)會直接通過水面?zhèn)鞑ザ唤?jīng)過縫底，也充分證明了該儀器超聲波為縱波，其檢測聲時(shí)值為不灌水情況下非跨縫測量與跨縫測量裂縫兩者的平均值，再將計(jì)算得到的聲時(shí)值進(jìn)一步求解裂縫深度，可在有水的影響下，估算裂縫的實(shí)際深度，且與真實(shí)情況基本吻合。

（4）當(dāng)出現(xiàn)裂縫時(shí)，表層用水泥漿或灌漿樹脂修補(bǔ)，而下層未修補(bǔ)時(shí)，超聲波并非沿著縫底傳播，而是會沿著表層密實(shí)物質(zhì)傳播并且接收，導(dǎo)致最終檢測深度會比實(shí)際深度偏小；當(dāng)裂縫中填滿水泥漿或灌漿樹脂并待其終凝后檢測時(shí)，檢測深度接近于0，因此在對修補(bǔ)后的裂縫進(jìn)行復(fù)檢時(shí)，可以根據(jù)檢測最終深度值是否約等于0判斷裂縫是否密實(shí)。

［1］CECS 21—2000 超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］張冬梅，孫彥祥.常見混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及修補(bǔ)方法［J］.混凝土，2001，10（144）：59－61.