超声平测法在混凝土裂缝检测中的应用

刘 钢

(江西省水利水电开发有限公司，江西 南昌 330001)

1 概述

混凝土裂缝大都是由混凝土收缩变形引起的，声波在完整的混凝土中幅值较高，如遇混凝土缺陷(裂缝、孔洞等)，声波幅值在一定范围内会迅速衰减，因此通过声波的幅值能较好地反映混凝土中是否有裂缝存在[1- 5]。混凝土裂缝的处理措施与混凝土裂缝的走向、深度和宽度有关，目前常用的裂缝处理措施有表面处理及化学灌浆处理[6- 15]。

本文通过对混凝土大坝闸墩裂缝进行调查研究，统计了裂缝走向、长度、宽度及深度，分析了裂缝深度、宽度频态分布情况，分类提出了裂缝处理及处理后效果验证措施，研究成果可为今后类似工程施工提供指导，从而采取适宜的处理措施，解决混凝土大坝闸墩裂缝问题。

2 检测依据技术标准

(1)DL/T 5010—2005《水电水利工程物探规程》。

(2)CECS 21：2000《超声法检测混凝土缺陷技术规程》。

(3)JGJ/T 152—2008《混凝土中钢筋检测技术规程》。

3 检测内容与方法

3.1 工程概况

拦河闸位于江西乐平乌龟塘村境内，工程控制流域面积为517km2，设计洪水标准为30年一遇，设计灌溉面积2.495万亩，是一座以灌溉为主，兼有供水、发电等综合效益的大(2)型水闸工程。项目组受委托对闸墩裂缝进行了检测，为查明闸墩混凝土裂缝发育情况，对包括裂缝走向分布、长度、宽度及深度等情况进行了调查。

3.2 仪器设备

裂缝检测主要仪器设备是HC-F800混凝土裂缝缺陷综合测试仪，包括检测仪主机、平面换能器、显微摄像头。检测过程中使用的器具主要有：油漆笔、卷尺或皮尺、定位尺、温湿度计、耦合剂(凡士林)等。

3.3 技术方法

在检测工作开始前对设备进行标定，包括摄像头图像宽度识别标定、超声波探头标定及零声时校正；在测试过程中，保证采集裂缝图像清晰，声波测试信号稳定；缝深测试数据进行了重复观测及检查测量，检查数据占总工作量20%，相对误差小于5%，检测数据满足要求。

(1)表观调查

贴近混凝土面近距离检查，采用人工、工器具及综合测试仪器相结合的方式进行，对检查出来的裂缝统一编号，现场使用红色标记笔标注。然后对已编裂缝的详细参数进行检查并登记，主要包括裂缝测点编号、长度、宽度、深度，保存裂缝深度图片等。

(2)光学测宽

采用光学摄像检测方法，在测量状态下，通过自动或手动测量模式进行宽度测量条件，当图像显示比较理想并且稳定时，保存最终测量图片和结果。

(3)裂缝深度

采用单面平测法，该方法适用于结构的裂缝部位只有一个可测表面，裂缝的估计深度不大于500mm且比被测构件厚度至少小100mm以上时的情况。检测中，将HC-F800如图1所示，T和R换能器跨缝边到边间距分别设置为80mm，160mm，240mm。在采样状态下接收到的波形大小和左右位置，当波形显示比较理想且稳定时，可保存最终测量数据。

图1 HC-F800混凝土裂缝缺陷综合测试仪

4 裂缝检测成果分析

4.1 裂缝检测总体情况

根据裂缝检查原始数据进行分析可以看出，本次检查中，共对闸墩78条裂缝进行了调查，总长度合计278.55m。裂缝大多为干缝，湿缝(含析浆缝)较少，少部分裂缝在本次调查前已进行过处理。裂缝大多呈纵向分布。

4.2 裂缝详细情况

以一闸墩为例，该闸墩共检查出裂缝共计11条，合计长度36.5m，单条裂缝最长11.8m。检测裂缝最深处为182mm，位于闸墩上部。闸墩五条典型裂缝统计分析见表1。

为了解裂缝分布情况，对检查的78条裂缝深度、宽度进行了分布频态统计。如图2所示裂缝宽度分布频态图可以看出，宽度小于1.5mm的裂缝占闸墩裂缝总数的72.65%，其中宽度在0.5～1.0mm之间裂缝数量最大，占裂缝总数的41.88%；

如图3所示裂缝深度分布频态图可以看出，深度介于60～400mm之间的裂缝数量最大，占闸墩裂缝总数的87.61%；深度大于400mm的裂缝占总数的12.39%。

表1 典型裂缝统计

图2 闸墩裂缝宽度分布频态图

图3 闸墩裂缝深度分布频态图

5 裂缝处理措施

5.1 处理方案

通过对闸墩裂缝进行全面细致的检查及统计分布调查，确定了如下处理方案：

(1)对深度小于400mm的裂缝仅作环氧砂浆充填和表面抗冲刷处理。

(2)对裂缝深度大于400mm的裂缝，采用以防渗为主、结构加固为辅的方法处理，即采用化学灌浆和表面防渗处理相结合的处理措施，如图4所示。

图4 化学灌浆和表面防渗处理相结合处理措施

5.2 化学灌浆施工

(1)钻孔角度和孔距

钻孔角度宜为0°～45°，孔距根据裂缝张开宽度而定，宽度在裂缝宽度在2.0～3.0mm之间，孔距1.0m；裂缝宽度在1.5～2.0mm之间，孔距0.6～0.8m；裂缝宽度在1.0～1.5mm之间，孔距0.5m；裂缝宽度在0.5～1.0mm之间，孔距0.3m。灌浆孔深度可根据裂缝调查情况调整，一般约0.3m。

(2)灌浆工艺

清洗裂缝及灌浆管孔，直至回水洁净为止，然后埋设灌浆嘴，埋入深度约为钻孔深度的2/3，灌浆嘴直径为φ12mm。灌浆嘴的埋设采用HK- 962增厚型环氧涂料，在有渗水情况的部位，灌浆嘴采用赌漏王材料。洗缝压力为灌浆压力的80%。沿裂缝“V”型槽嵌HK- 962增厚型环氧涂料进行封缝，过10～24h待HK- 962增厚型环氧涂料有一定强度以后进行灌浆。

(3)计算灌浆用量

根据检测得出的裂缝深度、宽度和长度初步计算灌浆用量情况，灌浆钱应进行裂缝清洗，以清除裂缝周及裂缝中的杂物等，提高浆液在裂缝中的渗透能力。灌浆时采用HY- 1型灌浆压力泵，灌浆材料为LW水溶性聚氨酯浆液，压力为0.4～0.6MPa。双孔灌浆以相邻孔出现浆液为止，单孔灌浆结束标准为持续2分钟不进浆即可结束。

5.3 裂缝表面处理

化学灌浆处理完成并检查合格7天后可进行缝口充填环氧砂浆处理。处理过程中应先清除表面材料，将裂缝表面凿成宽100mm、深120mm的“U”型槽，然后用高压水对槽进行反复冲洗，待风干后均匀涂刷环氧基液，自然再次风干后涂刷第二道环氧基液，之后进行环氧砂浆充填。

对涂刷HK- 962增厚型环氧涂料范围内的混凝土表面(外扩10cm)进行打磨、清洗、烘干，晾干或烘干后，在裂缝表面及周边左右各10cm范围的混凝土表面涂刷HK- 962增厚型环氧涂料，涂层厚度为2.0mm。

5.4 裂缝处理措施验证

裂缝化学灌浆完工后，为验证裂缝处理情况，布置孔进行压水试验，当压力0.8Mpa时吸水量几乎为0，满足规范要求。

6 结语

(1)灌浆参数的确定至关重要。应对裂缝全面细致调查，根据裂缝深度、宽度，是否贯穿等，确定孔数、孔深、钻孔角度、灌浆压力、灌浆时间等参数。灌浆参数不是一成不变的，应根据裂缝灌浆施工过程进行优化和调整，尽量将它们控制在最佳值，以达到最佳灌浆效果。

(2)掌握好U型槽内涂抹环氧基液的时间，第一道基液需等灌浆完成且混凝土表面干燥后进行。充填环氧砂浆前需等第二道基液干燥后进行，否则影响封填效果。

(3)掌握好灌浆最佳时间，因气温高时，混凝土易产生膨胀，裂缝宽度变小，灌浆时吸浆量小，灌浆压力大，效果不好，因此宜选择较冷但无冰冻的时候进行，如12月、1月、2月。

(4)裂缝灌浆施工中应重点关注钻孔裂缝清晰、埋设灌浆孔、浆液配置、填缝等工序，钻孔完成后，应及时通水排气检查，保证钻孔贯穿裂缝。