沖擊回波法檢測翼墻面板混凝土內部缺陷研究

侯 高 峰

(1.安徽省·水利部淮委水利科學研究院,安徽 合肥 230088； 2.安徽省建筑工程質量監督檢測站,安徽 合肥 230088)

沖擊回波法檢測翼墻面板混凝土內部缺陷研究

侯 高 峰1，2

(1.安徽省·水利部淮委水利科學研究院,安徽 合肥 230088； 2.安徽省建筑工程質量監督檢測站,安徽 合肥 230088)

介紹了沖擊回波法的檢測原理，采用該方法檢測了某水閘上游扶壁式翼墻面板混凝土內部缺陷，并通過超聲法與鉆孔法，驗證了檢測結果的準確性，指出沖擊回波法是一種能應用于水利工程混凝土結構內部缺陷的無損檢測方法。

沖擊回波法，翼墻面板，混凝土構件，超聲法

0 引言

混凝土材料廣泛應用于水利、土木等結構中，由于材料本身特點、施工工藝水平、環境條件等的影響，可能存在孔洞、裂縫、不密實等內部缺陷[1]。水工混凝土構件因其服役環境相對較為惡劣，如嚴寒地區水位變化線附近區域的混凝土易受凍融侵蝕、港口混凝土易受鹽類離子侵蝕，常受重復荷載的混凝土構件，混凝土內部缺陷體現較為明顯，甚至可能產生疲勞破壞。因而，如何快速、準確地采用無損方法檢測混凝土結構構件內部缺陷，是目前工程界急需解決的技術難題。

1 沖擊回波法檢測原理

沖擊回波法是在混凝土構件表面利用瞬時激振產生低頻的應力波[2]，應力波傳播到結構內部遇到波阻抗有差異的界面時被反射回來，并在構件表面、內部缺陷表面和構件底部之間來回反射產生縱波共振，通過測試沖擊彈性波引起的振動主頻率比來確定構件厚度及其內部缺陷位置的方法[3]，詳見圖1。

沖擊回波法測試結構或構件內部缺陷本質上是基于測厚的原理，結構構件厚度應按式(1)計算：

D=Vp/2f

(1)

其中，D為混凝土結構構件的厚度計算值;Vp為混凝土表觀波速;f為振幅譜圖中構件厚度對應的主頻峰值。

如果混凝土內部無缺陷，則彈性波遇到構件底部后反射回來被傳感器接收；如果混凝土內部存在缺陷，如裂縫、夾渣、孔洞等缺陷時，則彈性波在底部反射回來的彈性波的傳播時間也會比無缺陷區的地方長，測試出的厚度變大。同時根據主頻和厚度變化情況，可確定混凝土內部缺陷區域。如果要進一步分析缺陷的大小等情況，可根據頻譜圖上的波形進行分析。若測試系統具備三維圖、厚度—距離圖分析功能，可結合測試系統的三維圖、厚度—距離圖分析振幅譜圖中的典型頻率峰。

2 扶壁式翼墻面板混凝土內部缺陷檢測

某水閘為大(2)型水閘，上下游翼墻等建筑物級別為2級，上游翼墻為混凝土扶壁式翼墻，混凝土設計強度等級為C30，翼墻厚0.55 m。

2.1 沖擊回波法檢測

檢測采用美國Olson公司生產的IES掃描式沖擊回波儀(見圖2),這種沖擊回波儀具有滾動式掃描測試探頭，掃描探頭安裝有可調沖擊頻率的螺線管電磁自動敲擊振動器和輪式接收傳感器，可沿直線以固定間隔進行快速測試，測試效率高[4]。

現場檢測時，未發現翼墻混凝土開口裂縫，蜂窩、麻面、露筋等表面缺陷，外觀質量良好。將翼墻作為一個構件并劃分為6個測區，每個測區6條測線，每條測線采集43個彈性波數據，測線間距約為250 mm～300 mm，見圖3。對混凝土表面進行簡單清理后，將掃描器緊貼混凝土表面，緩慢移動采集彈性波數據。

根據采集的彈性波數據進行分析處理后，沖擊回波法檢測結果表明(如圖4所示)，翼墻混凝土厚度值均勻，無明顯突變點，且均在55 cm厚度處，而實際測試厚度為55.3 cm。如果混凝土內部存在缺陷，彈性波反射會產生明顯的反射延時現象，導致在厚度方向上產生明顯的偏移現象。通過對沖擊回波的數據計算分析，顯示該翼墻無明顯內部缺陷。

2.2 超聲法及鉆孔法檢測驗證

目前結構混凝土內部缺陷檢測只有中國工程建設標準化協會標準CECS 21:2000超聲法檢測混凝土缺陷技術規程規定的超

聲法。一般采用超聲法準確檢測混凝土內部缺陷時，宜采用雙面，但對于水閘的邊墩、翼墻、閘底板、箱涵側墻等僅具有一個可供測試的平面的構件，其測點布置受到空間限制，利用超聲法在一個平面上測試其內部缺陷顯得不夠理想[5]。由于該水閘翼墻部分沒有回填土，因此采用超聲法進行驗證。

經過超聲法檢測翼墻混凝土共計60個測點，平均聲速值4.70 km/s，均方差0.040 km/s，聲速臨界值V0=4.62 km/s，綜合波形、波速及主頻分析，未發現混凝土內部存在缺陷。超聲法檢測結果與沖擊回波檢測結果是一致的。

現場對沖擊回波法測線上的測點，隨機鉆取3個直徑為50 mm的芯樣，發現混凝土較密實，未發現混凝土內部缺陷，這與沖擊回波檢測結果也是一致的。

3 結語

沖擊回波法檢測扶壁式翼墻面板混凝土內部缺陷的結果與采用檢測領域比較成熟的超聲法、直觀的鉆芯法檢測結果是吻合，數據也是準確、可靠的。因此沖擊回波法檢測水閘的邊墩、翼墻、閘底板、箱涵側墻等混凝土內部缺陷的方法是可行的[6]，應盡快制定相關規范和技術標準以便更廣泛的應用于工程檢測，更好的監測混凝土結構的耐久性，為工程結構的診斷、健康修復及工程質量管控服務。

[1] 陳 杰.水工混凝土常見缺陷的預防與處理[J].科學咨詢(科技·管理),2013(7)：91.

[2] 張俊光,張 勇.沖擊回波在預應力混凝土橋梁孔道壓漿質量檢測中的應用[J].內蒙古公路與運輸,2015(1)：37-39.

[3] 譚獻良,王建平.沖擊回波法檢測預應力孔道灌漿質量技術研究[J].鐵道建筑,2010(8)：49-52.

[4] 姚 華,黃福偉,唐鈺升.掃描式沖擊回波法檢測預應力管道灌漿質量的模型試驗研究[J].公路交通技術,2009(1)：50-52，61.

[5] 張青松.利用沖擊回波法檢測水閘邊墩混凝土缺陷[J].治淮,2005(9)：37-38.

[6] 楊 智,張今陽,孔楠楠.沖擊回波法檢測混凝土內部缺陷[J].中國建材科技,2013(4)：3-5.

Technical specification for inspecting of buttress the wing wall panel concrete defects by impact echo method

Hou Gaofeng1,2

(1.AnhuiandHuaiRiverWaterResourcesResearchInstitute，Hefei230088,China；2.AnhuiProvinceCentreforQualitySupervision&TestofBuildingEngineering，Hefei230088,China)

This paper introduced the detection principle of impact echo method, using this method detected the concrete internal defects of a sluice upstream counterfort wing wall panel, and through the ultrasonic method and drilling method to verify the accuracy of test results, pointed out that the impact echo method was a nondestructive detection method could be applied to internal defects of hydraulic engineering concrete structure.

impact echo method, wing wall panel, concrete member, ultrasonic method

1009-6825(2017)05-0068-02

2016-12-04

侯高峰(1981- )，男，工程師

TV698.15

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