用超聲波平測法檢測混凝土柱的裂縫

鄭夷洲

西安建筑科技大學(xué)（710055）

目前,在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中一個相當(dāng)普遍的問題就是結(jié)構(gòu)物的裂縫，并且近年來日趨增多，它極大地影響了混凝土的耐久性。裂縫會直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性，為了確定裂縫的危害性及制定相應(yīng)的補(bǔ)救措施,很關(guān)鍵的一點就是要測定裂縫的深度。為了不破壞或最大限度地避免破壞混凝土結(jié)構(gòu)物,對其裂縫的檢測更多地采用無損檢測方法,其中主要有超聲波法[1]。近年來,超聲波法檢測混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的技術(shù)已經(jīng)比較成熟,在建筑物結(jié)構(gòu)檢測評估中得到廣泛采用。

1 混凝土裂縫深度的“超聲波平測法”原理簡介

測試方法是分別檢測跨縫和不跨縫的聲時和測距后，計算出裂縫深度。其基本原理是根據(jù)在同一測距下跨縫與不跨縫聲波的傳播路徑不同來推斷裂縫深度。不跨縫聲波是直線傳播，而跨縫聲波需繞過裂縫末端形成折線傳播，傳播聲時延長,在假定跨縫與不跨縫測試的混凝土聲速基本一致的條件下,根據(jù)其傳播聲時的差別來計算出裂縫的深度。

2 某建筑物概況

該建筑物位于濱海某城市城區(qū)內(nèi),其建筑面積約16 600 m2，該建筑物目前正處于施工階段，其地上部分為呈環(huán)形布置的高層塔樓，環(huán)形樓群中間包圍面積約800 m2的空曠廣場，地下室凈高為3.8 m，地下室四周為混凝土擋土墻，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。2008年6月下旬，由于該濱海城市連降暴雨，該地下室由于空曠廣場區(qū)域自重較輕產(chǎn)生了上浮，并導(dǎo)致部分框架柱頂部和腳部開裂并出現(xiàn)多條裂縫。

3 鋼筋混凝土框架柱裂縫檢測

對該地下室一層存在問題的66根框架柱進(jìn)行了裂縫檢測?，F(xiàn)以其中2根（54/G、55/K）柱的裂縫檢測情況及其成因[2]作以說明。

通過觀察與測量來確定裂縫的范圍、數(shù)量、分布、走向、長度、寬度等。其中,裂縫寬度視裂縫的走向和長度選取3~5個有代表性的點用刻度放大鏡測量。54/G和55/K框架柱上主要裂縫的檢測結(jié)果見表1。

經(jīng)裂縫普查發(fā)現(xiàn),檢測的2根框架柱共有12條裂縫,所有裂縫均分布在柱的四周,且都是從柱頂部或者柱角表面開裂后沿柱的表面向下或向上斜向發(fā)展。未發(fā)現(xiàn)貫穿性裂縫，最長642 mm，最寬0.75 mm的裂縫出現(xiàn)在柱54/G上,54/G柱的裂縫分布見圖1。

表1 框架柱中幾條主要裂縫檢測結(jié)果

圖1 54/G柱裂縫分布

根據(jù)《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》(CECS21：2000),采用北京康科瑞公司的NM-3B非金屬超聲檢測分析儀,運(yùn)用超聲波單面平測法(適用于深度小于500 mm的裂縫)檢測框架柱裂縫深度。

1）測點布置。根據(jù)框架柱裂縫G1的長、寬和走向，在其上共布置了3個測點(見圖2)。對每一測點測試不跨縫數(shù)據(jù)和跨縫數(shù)據(jù),并各取5個測距進(jìn)行檢測。利用這兩部分?jǐn)?shù)據(jù),便可計算得到測點裂縫的深度。由于脈沖波在鋼筋中的傳播速度比在混凝土中的快,在發(fā)射和接收換能器的連線上或其附近存在主鋼筋時,將影響混凝土聲速的測值,其影響程度取決于鋼筋相對于測試方向的位置及鋼筋的數(shù)量和直徑.因此,布置測點和選取測距時應(yīng)充分考慮混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)部配筋情況。

圖2 檢測裂縫G1深度的測點布置

2）儀器調(diào)試。接好發(fā)射(T)與接收(R)換能器,準(zhǔn)確設(shè)置檢測儀器的參數(shù),將儀器調(diào)試到最佳狀態(tài)。

3）試驗數(shù)據(jù)采集。檢測中應(yīng)清理混凝土梁表面使之平整,在換能器表面涂以耦合劑,確保換能器與混凝土表面耦合良好,當(dāng)首波到達(dá)時立即進(jìn)行測判讀,記錄下測試數(shù)據(jù)與波形。應(yīng)盡量減少人為因素導(dǎo)致的波形紊亂,正確判別與選取首波,否則將導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常,應(yīng)特別注意混凝土內(nèi)部的原因而導(dǎo)致接收波形的紊亂。

4）檢測結(jié)果。從框架柱的裂縫檢測結(jié)果（參見表1）可見,裂縫最寬的部位同時也是裂縫最深的部位,裂縫深度與裂縫寬度的變化基本一致。

4 裂縫成因分析

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理、原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)）、模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等。

分析該類裂縫產(chǎn)生的原因是：由于該濱海地區(qū)連降暴雨，致使該建筑物地下室底板變形（用ANSYS分析底板上浮情況結(jié)果如圖3所示），經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該地下室43～57/E～R軸區(qū)域各框架柱底部均存在不均勻變形[3]，平均測量變形量為上浮39.3 mm，最大上浮變形測量值為122.0 mm(49/M軸框架柱)，最大不均勻變形差發(fā)生在柱49/M與柱49/P之間，變形差為89 mm。上述不均勻變形將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，造成構(gòu)件彎矩和軸力變大,致使地下室框架柱承受的軸力和彎矩超過了柱端的承載力導(dǎo)致混凝土被壓碎而出現(xiàn)多條裂縫。

圖3 地下室底板上浮變形情況

[1]張士鐸.現(xiàn)代混凝土基礎(chǔ)理論[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,1994：42-46

[2]混凝土無損檢測技術(shù)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社,1996：219-226

[3]孫雨,王罡,常正非,等.深業(yè)新岸線3期地下室框架柱裂縫深度檢測報告[R].深圳：深圳冶建院建筑技術(shù)有限公司,2009