超聲法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例分析

文/黃世霖 廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院 廣西南寧 530011

1、項(xiàng)目概況

某在建高層住宅樓工程，為地下二層、地上二十四層部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)建筑，轉(zhuǎn)換層（五層）建筑面積約832.82m2，建筑物總高度為77.70m。基礎(chǔ)形式為獨(dú)基、樁基、筏板。場(chǎng)地土類型為軟弱土～中硬土層。結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。工程所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，按地震烈度7度設(shè)防，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g。

在施工過程中，建設(shè)單位相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)該工程的轉(zhuǎn)換層梁（五層梁）（部位為7-4×7-G～7-N軸，梁截面寬900mm、截面高2005mm）有豎向開裂現(xiàn)象，為了解該梁的裂縫走勢(shì)、寬度及深度，建設(shè)單位特委托我單位對(duì)該梁的裂縫進(jìn)行檢測(cè)及分析。檢測(cè)時(shí)該工程施工至二十層。

2、檢測(cè)原理

2.1 裂縫寬度檢測(cè)原理

檢測(cè)前應(yīng)對(duì)裂縫寬度觀測(cè)儀進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)時(shí)將測(cè)量頭的兩尖腳對(duì)準(zhǔn)校驗(yàn)刻度板上下邊緣的兩基準(zhǔn)線，在屏幕上即可看到標(biāo)準(zhǔn)刻度的2mm刻度線。調(diào)整測(cè)量頭的位置，使放大后標(biāo)準(zhǔn)2mm刻度的圖像與屏幕上2mm刻度線重合，若誤差不超過0.02mm，則說明儀器放大倍數(shù)屬正常范圍，可以正常使用。檢測(cè)時(shí)將測(cè)量頭的兩尖腳緊靠被測(cè)裂縫，即可在LCD顯示屏上看到被放大的裂縫，微調(diào)測(cè)量頭的位置使裂縫盡是與刻度基線垂直，根據(jù)裂縫所占刻度線的多少判讀出裂縫的寬度。

2.2 超聲波檢測(cè)裂縫深度原理

由超聲脈沖發(fā)射源在砼內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在砼內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動(dòng)特征。當(dāng)砼內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低，當(dāng)砼內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射，根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)砼的密實(shí)度等參數(shù)。測(cè)試記錄不同測(cè)點(diǎn)的超聲波波動(dòng)特征，經(jīng)過處理分析就能判別測(cè)區(qū)內(nèi)砼的參考強(qiáng)度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。

一般混凝土越密實(shí)，聲波在混凝土中的傳播時(shí)間（聲時(shí)）越短，波速和波幅值越高。如果存在不密實(shí)區(qū)、空洞或裂縫，則傳播時(shí)間就明顯增大，波速和波幅值就較小，甚至接收不到信號(hào)。

采用超聲波檢測(cè)裂縫深度，一般有三種方法：?jiǎn)蚊嫫綔y(cè)法、雙面穿透斜測(cè)法、鉆孔對(duì)測(cè)法。當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個(gè)可測(cè)表面，估計(jì)裂縫深度又不大于500mm時(shí)，可采用單面平測(cè)法；當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位具有兩個(gè)相互平行的測(cè)試表面時(shí)，可采用雙面穿透斜測(cè)法檢測(cè)；當(dāng)混凝土體積較大，預(yù)計(jì)深度在500mm以上的裂縫可采用鉆孔對(duì)測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，被檢測(cè)混凝土應(yīng)允許在裂縫兩側(cè)鉆測(cè)試孔。

3、本次檢測(cè)采用的方法及檢測(cè)過程

本次所檢的轉(zhuǎn)換層梁（五層梁）（7-4×7-G～7-N軸），由裂縫走勢(shì)來(lái)看，呈豎向走勢(shì)，且僅在梁的一側(cè)有分布，另一側(cè)未發(fā)現(xiàn)有明顯開裂現(xiàn)象，為確定該裂縫的寬度及深度，在裂縫較寬處進(jìn)行了寬度測(cè)量，同時(shí)采用單面平測(cè)法進(jìn)行裂縫深度檢測(cè)。檢測(cè)前清理干凈裂縫中的積水或泥漿等，磨平布置測(cè)點(diǎn)處的砼表面，布置測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量避開鋼筋的影響。另外，經(jīng)建設(shè)單位要求及原設(shè)計(jì)單位同意，在測(cè)點(diǎn)處附近采用鉆芯法跨裂縫進(jìn)行鉆芯驗(yàn)證超聲法所測(cè)得的裂縫深度。

采用超聲法檢測(cè)裂縫深度時(shí)，在裂縫的被測(cè)部位，以不同的測(cè)距，按跨縫和不跨裂縫布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 不跨縫平測(cè)“時(shí)—距”圖

圖2 跨裂縫平測(cè)時(shí)超聲波繞過裂縫示意圖

圖3 部分檢測(cè)過程照片

圖4 跨裂縫鉆芯驗(yàn)證超聲法所測(cè)得的裂縫深度

4、檢測(cè)結(jié)果

對(duì)轉(zhuǎn)換層梁（五層梁）（7-4×7-G～7-N軸）的裂縫檢測(cè)結(jié)果見表1：

從檢測(cè)結(jié)果看，該裂縫為梁柱節(jié)點(diǎn)附近豎向裂縫，側(cè)面裂縫從梁底延伸至板底，最寬處為0.36mm，裂縫寬度已超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第3.4.5條規(guī)定的裂縫控制等級(jí)三級(jí)中最大裂縫寬度限值0.3mm，裂縫推定深度為355.70mm。從跨裂縫鉆芯得到的結(jié)果來(lái)看，芯樣中的裂縫長(zhǎng)度約358mm，這證明了超聲法檢測(cè)裂縫深度的可靠性。

5、檢測(cè)結(jié)果分析

由于所檢的梁為轉(zhuǎn)換層梁，是結(jié)構(gòu)承重受力的關(guān)鍵構(gòu)件，裂縫存在會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全、耐久性和使用壽命。鑒于該工程主體結(jié)構(gòu)尚未封頂，在后續(xù)的施工過程中，轉(zhuǎn)換層梁（五層梁）所承受的荷載將不斷增加。委托單位必須委托有資質(zhì)的檢測(cè)單位對(duì)該梁再進(jìn)行幾何尺寸、配筋及混凝土強(qiáng)度等方面復(fù)核檢測(cè)，將綜合的檢測(cè)結(jié)果給原設(shè)計(jì)單位或相關(guān)有設(shè)計(jì)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，如需進(jìn)行加固處理，須出具加固處理設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，然后委托有加固資質(zhì)的施工單位進(jìn)行加固處理，以確保結(jié)構(gòu)安全，確保結(jié)構(gòu)可以在設(shè)計(jì)年限內(nèi)正常使用。

6、建議

在該工程后續(xù)的施工及施工過程中，應(yīng)注意對(duì)曾出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，不得隨意改變建筑物的使用功能，如發(fā)現(xiàn)有受力構(gòu)件開裂，或受力構(gòu)件已有裂縫寬度增大、長(zhǎng)度增長(zhǎng)等異常現(xiàn)象，需立即采取相應(yīng)的處理措施。

表1