大坝面板裂缝宽度与深度关系的探讨

孙红雨，姚转奇

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 引言

超声波法检测的原理是采用透射波法检测，即用发射换能器重复发射超声脉冲波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收，被接收的超声波转化为电信号后再经超声波仪放大显示在屏幕上，用超声波仪采集超声信号的声学参数——声速、波幅、频率、波形，通过声学参数的采集及分析进行裂缝质量的判定。

2 裂缝深度超声波检测原理及投入设备

裂缝实施超声波检测时，主控仪器以一定的重复频率发出脉冲信号，激励发射换能器产生短暂的振动。因此，实际进入混凝土的是一系列具有固定时间间隔的、短暂的弹性波脉冲。在无缺陷的混凝土面板进行检测时，混凝土是连续体，超声波在其中正常传播，通过对不同距离波速的采集，可以得出超声波在面板无缺陷混凝土中的传播速度；混凝土面板存在缺陷时，混凝土的连续性中断，缺陷区与混凝土之间形成界面，通过此缺陷区的超声波发生能量的衰减，具体表现在声时、振幅、主频率、波形的变化。裂缝深度检测分为单面平测法、双面斜侧法和钻孔对测法，面板检测一般采用单面平测法。

根据对水库工程大坝现场查看，裂缝大部分为细小裂缝，分为结构性裂缝和温缩裂缝。裂缝宽度检测运用光学数显裂缝测宽仪，裂缝深度检测运用非金属超声波检测仪，仪器清单如表1。

表1 裂缝宽度和深度检测仪器清单

3 裂缝现场检测

3.1 现场测点布置及安全措施

根据制定的裂缝宽度和深度检测方案，在有较大裂缝的断面做好相应的标记，工程人员进行高程的标注。在现场检测时，由于坝面倾斜度较大，检测坝面时检测人员均带有安全带，且安全带带有锁定纽扣，随时可以在扶梯上进行锁定。检测时碰到较长的裂缝均进行检测，检测时在检测位置标注裂缝的宽度和深度。

3.2 裂缝检测的实施

裂缝宽度检测运用显微镜法进行检测，将BJQF-1裂缝测宽仪的镜头对准裂缝，根据镜头内裂缝的宽度，镜头会自动锁定裂缝的最宽裂缝，并显示裂缝检测数值。

由于大坝面板只有一个可测表面，估计裂缝深度又不超过500mm，采用单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位，以不同的测距，按跨缝和不跨缝布置测点(布置测点时应避开钢筋的影响)进行检测，检测步骤为：

(1)不跨缝的声时测量：将T和R换能器置于裂缝附近同一侧，以两个换能器内边缘间距等于100mm、150mm、200mm、250mm分别读出声时值，绘制“时—距”坐标图或用回归分析的方法求出声时与测距之间的回归直线方程：

li=a+bti

(1)

每测点超声波实际传播距离li为：

li=l′+|a|

(2)

式中：li——第i点的超声波实际传播距离(mm)；

l′——第i点的R、T换能器内边缘间距(mm)；

a——“时—距”图中l′轴的截距或回归直线方程的常数项(mm)。

(2)不跨缝平测的混凝土声速(km/s)值为：

(3)

或v=b

(4)

tn-t1——第n点和第1点读取的声时值(μs)；

b——回归系数。

由混凝土面板的不跨缝检测得出超声波在正常状态下在混凝土中的传播速度，然后进行跨缝测量，将T、R换能器分别置于以裂缝为对称的两侧，l′取100mm、150mm、200mm、250mm等，分别读取声时值，同时观察首波相位的变化。

(3)平测法检测，裂缝深度应按下式计算：

(5)

(6)

式中：li——不跨缝平测时第i点的超声波实际传播距离(mm)；

hci——第i点计算的裂缝深度值(mm)；

mhc——各测点计算裂缝深度的平均值(mm)；

n——测点数。

3.3 裂缝检测结果

此次裂缝检测，主要针对面板上的裂缝宽度及深度进行检测，裂缝①为一条长2.2m左右的裂缝，在此裂缝上共检测了6个点，测点间距约为30cm，在进行了裂缝宽度检测后，即可进行裂缝深度检测，检测数据如表2。

表2 裂缝①的宽度与深度统计

统计图如图1所示。

图1 裂缝①宽度与深度关系

裂缝②为一条长4.2m左右的一条裂缝，在此裂缝上共检测9个点，测点间距约40cm，在进行裂缝宽度检测后，即可进行裂缝深度检测，检测数据如表3。

表3 裂缝②宽度与深度统计

统计图如图2所示。

图2 裂缝②宽度与深度关系

4 结论

通过以上检测数据的分析可以得出以下结论：

(1)同一部位的裂缝深度基本与裂缝宽度呈正比关系，即裂缝宽度越大，裂缝深度越大；

(2)同一条裂缝，一般是开始时宽度小，裂缝深度浅，中间宽度大，裂缝深度深，即呈中间大两边小的形式进行分布；

(3)不同部位由于施工等因素的影响，裂缝深度与宽度与其他部位可比性不强。因此，在进行混凝土面板检测时，对于不同部位的裂缝，应详细收集施工时的浇筑资料，并进行实际检测，根据检测数据的分析提供下一步的处理方案，同时经过总结，进一步提高施工工艺。