趙建旻

（商丘市引黃灌區(qū)管理處，河南 商丘 476000）

在水利工程建設(shè)過(guò)程中，混凝土是基礎(chǔ)的建筑施工材料，但是在混凝土實(shí)際施工運(yùn)用中，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題，但是此種問(wèn)題并不能完全不能控制。要想使混凝土的質(zhì)量達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，就要采取材料質(zhì)量控制以及科學(xué)合理的施工管理制度等多項(xiàng)手段。在水利工程施工中，一旦混凝土出現(xiàn)裂縫，就要運(yùn)用合適的加固方法，在最大程度上保證其結(jié)構(gòu)安全性，這樣一來(lái)，在保證混凝土施質(zhì)量的同時(shí)，也能使水利工程的施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)水工混凝土構(gòu)件進(jìn)行裂縫檢測(cè)的方法主要分為三類，分別為人工探視法、破損檢測(cè)法和無(wú)損檢測(cè)法。裂縫寬度檢測(cè)儀法屬于人工探視法的一種，該方法可自動(dòng)采集裂縫圖像，并對(duì)裂縫寬度進(jìn)行判讀，具有簡(jiǎn)單直觀、容易操作的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是僅能對(duì)混凝土構(gòu)件表觀的裂縫進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)構(gòu)件內(nèi)部的裂縫沒(méi)有效果;鉆孔錄像和鉆芯取樣法均屬于破損檢測(cè)方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接檢測(cè)到裂縫的寬度、深度、方向等參數(shù)，不足之處是成本高、對(duì)混凝土構(gòu)件具有破壞性，且“一孔之見(jiàn)”難以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部裂縫的大范圍平面檢測(cè);超聲波法、雷達(dá)波法、紅外熱像法等均屬于無(wú)損檢測(cè)法，優(yōu)點(diǎn)是不破壞水工混凝土構(gòu)件的原有結(jié)構(gòu)，不足之處是只能進(jìn)行定性檢測(cè)，無(wú)法對(duì)裂縫長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量。

一、水利工程混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

關(guān)于水利工程的建設(shè)，需要使用大量的混凝土，而混凝土由水泥、集料、外加劑、粉煤灰等組成。在混凝土凝集成型這個(gè)過(guò)程中內(nèi)部會(huì)形成細(xì)小的裂縫，為了避免這些細(xì)小裂縫對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響，需要了解這些來(lái)裂縫的產(chǎn)生原因。根據(jù)現(xiàn)有水利工程使用，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間蓄水、攔水等，加上使用年限的影響，水利工程會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫問(wèn)題。為了保證水利工程的使用價(jià)值，往往會(huì)對(duì)工程局部裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，若修補(bǔ)不及時(shí)，不但會(huì)降低水利工程抗?jié)B能力，還可能對(duì)水利工程質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

二、技術(shù)路線

本研究以無(wú)損檢測(cè)方法為主，輔以破損檢測(cè)法和人工探視法。其中，鑒于紅外熱像法中的外加熱源對(duì)混凝土構(gòu)件溫度場(chǎng)的影響作用，主要采用超聲波法和雷達(dá)波法。

在從“定性”到“定量”的一體化檢測(cè)思路指導(dǎo)下，具體實(shí)施過(guò)程分為四部分:在普探階段，采用探地雷達(dá)法探測(cè)裂縫的總體分布;在詳查階段，采用超聲橫波反射三維成像的方法，詳查裂縫的縱深向分布;在判定階段，分別采用裂縫測(cè)寬法和表面聲波法來(lái)判定裂縫的表面寬度和貫穿深度;在驗(yàn)證階段，采用鉆孔電視來(lái)驗(yàn)證探測(cè)結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確性。

三、探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)是一種基于電磁波傳播理論的物探方法，利用電磁波理論對(duì)水工混凝土構(gòu)件進(jìn)行裂縫檢測(cè)，其理論基礎(chǔ)是當(dāng)電磁波遇到電性(介電常數(shù)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率)差異的界面時(shí)，其傳播路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度及波形等將因界面的電性差異而產(chǎn)生變化。根據(jù)電磁波反射原理可知:當(dāng)混凝土均勻、質(zhì)量較好時(shí)，只在混凝土襯砌界面與圍巖界面形成反射波;當(dāng)混凝土與圍巖之間存在裂縫時(shí)，因脫空縫中多以空氣或水充填，則會(huì)產(chǎn)生較大的波阻抗差異，形成強(qiáng)反射現(xiàn)象。

探地雷達(dá)檢測(cè)混凝土裂縫具有速度快、穿透能力強(qiáng)、無(wú)需耦合劑等特點(diǎn)，可確定裂縫缺陷的形狀和方向，不足之處是對(duì)混凝土裂縫的識(shí)別需要借助探地雷達(dá)圖像來(lái)進(jìn)行，因此，對(duì)檢測(cè)人員的水平要求較高。除此之外，該方法適用于大尺度混凝土裂縫的監(jiān)測(cè)，對(duì)局部小尺寸裂縫的識(shí)別存在困難。

四、超聲橫波反射三維成像法

超聲波法的探測(cè)方式有三種，即單面平測(cè)法、雙面斜測(cè)法和鉆孔對(duì)測(cè)法，其中，單面平測(cè)法適用于混凝土構(gòu)件只有一個(gè)可測(cè)表面且裂縫預(yù)估深度不大于被測(cè)構(gòu)件厚度一半的情況。

超聲橫波反射法有三個(gè)主要特點(diǎn):

（一）其基本原理是采用橫波反射，即超聲橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致，也就是平行于混凝土表面，與超聲縱波相比，其反射系數(shù)和反射波幅更大，因此，對(duì)混凝土內(nèi)部脫空、裂縫等缺陷的反應(yīng)也更敏感;

（二）陣列式干耦合換能器，傳統(tǒng)探測(cè)換能器為“一發(fā)一收”，超聲橫波反射的換能器則為單發(fā)多收，以4×12 點(diǎn)陣列換能器為例，換能器控制單元將第一列換能器用作發(fā)射，其余列的換能器用作接收，重復(fù)進(jìn)行，直到前11 列都作過(guò)發(fā)射器為止，可形成21(2n-3)條有效孔徑掃查線(圖3);

（三）采用陣列合成孔徑原理，即通過(guò)采用合成孔徑聚焦算法，對(duì)同一點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)延和疊加處理，由此得到高信噪比、高分辨率的圖像。

如水工混凝土構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷，一部分應(yīng)力脈沖在缺陷位置會(huì)提前發(fā)生反射，缺陷部位的反射信號(hào)就會(huì)經(jīng)過(guò)構(gòu)件底部到達(dá)接收端，因此射線路徑更短。信號(hào)處理軟件根據(jù)換能器接收到的反射脈沖的到達(dá)時(shí)間，來(lái)推斷構(gòu)件內(nèi)部缺陷的位置。

超聲橫波反射三維成像法的優(yōu)點(diǎn)與其特性密切相關(guān):①超聲橫波避免了超聲縱波在混凝土中的散射問(wèn)題，提高了探測(cè)精度;②干耦合技術(shù)提高了工作效率，陣列式換能器提高了數(shù)據(jù)的采集量;③合成孔徑技術(shù)不僅提高了數(shù)據(jù)精度，還提高了圖像質(zhì)量。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下目標(biāo)高精度、高信噪比、高分辨率、高效率的采集與成像。

綜上所述，采用多種方法的綜合技術(shù)路線克服了單一物探方法的限制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水工混凝土構(gòu)件中裂縫的系統(tǒng)檢測(cè)。