用超声波平测法检测混凝土柱的裂缝

郑夷洲

西安建筑科技大学（710055）

目前,在工程结构领域中一个相当普遍的问题就是结构物的裂缝，并且近年来日趋增多，它极大地影响了混凝土的耐久性。裂缝会直接影响结构的承载能力与耐久性，为了确定裂缝的危害性及制定相应的补救措施,很关键的一点就是要测定裂缝的深度。为了不破坏或最大限度地避免破坏混凝土结构物,对其裂缝的检测更多地采用无损检测方法,其中主要有超声波法[1]。近年来,超声波法检测混凝土结构物裂缝的技术已经比较成熟,在建筑物结构检测评估中得到广泛采用。

1 混凝土裂缝深度的“超声波平测法”原理简介

测试方法是分别检测跨缝和不跨缝的声时和测距后，计算出裂缝深度。其基本原理是根据在同一测距下跨缝与不跨缝声波的传播路径不同来推断裂缝深度。不跨缝声波是直线传播，而跨缝声波需绕过裂缝末端形成折线传播，传播声时延长,在假定跨缝与不跨缝测试的混凝土声速基本一致的条件下,根据其传播声时的差别来计算出裂缝的深度。

2 某建筑物概况

该建筑物位于滨海某城市城区内,其建筑面积约16 600 m2，该建筑物目前正处于施工阶段，其地上部分为呈环形布置的高层塔楼，环形楼群中间包围面积约800 m2的空旷广场，地下室净高为3.8 m，地下室四周为混凝土挡土墙，基础采用预应力管桩基础。2008年6月下旬，由于该滨海城市连降暴雨，该地下室由于空旷广场区域自重较轻产生了上浮，并导致部分框架柱顶部和脚部开裂并出现多条裂缝。

3 钢筋混凝土框架柱裂缝检测

对该地下室一层存在问题的66根框架柱进行了裂缝检测。现以其中2根（54/G、55/K）柱的裂缝检测情况及其成因[2]作以说明。

通过观察与测量来确定裂缝的范围、数量、分布、走向、长度、宽度等。其中,裂缝宽度视裂缝的走向和长度选取3~5个有代表性的点用刻度放大镜测量。54/G和55/K框架柱上主要裂缝的检测结果见表1。

经裂缝普查发现,检测的2根框架柱共有12条裂缝,所有裂缝均分布在柱的四周,且都是从柱顶部或者柱角表面开裂后沿柱的表面向下或向上斜向发展。未发现贯穿性裂缝，最长642 mm，最宽0.75 mm的裂缝出现在柱54/G上,54/G柱的裂缝分布见图1。

表1 框架柱中几条主要裂缝检测结果

图1 54/G柱裂缝分布

根据《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21：2000),采用北京康科瑞公司的NM-3B非金属超声检测分析仪,运用超声波单面平测法(适用于深度小于500 mm的裂缝)检测框架柱裂缝深度。

1）测点布置。根据框架柱裂缝G1的长、宽和走向，在其上共布置了3个测点(见图2)。对每一测点测试不跨缝数据和跨缝数据,并各取5个测距进行检测。利用这两部分数据,便可计算得到测点裂缝的深度。由于脉冲波在钢筋中的传播速度比在混凝土中的快,在发射和接收换能器的连线上或其附近存在主钢筋时,将影响混凝土声速的测值,其影响程度取决于钢筋相对于测试方向的位置及钢筋的数量和直径.因此,布置测点和选取测距时应充分考虑混凝土结构物内部配筋情况。

图2 检测裂缝G1深度的测点布置

2）仪器调试。接好发射(T)与接收(R)换能器,准确设置检测仪器的参数,将仪器调试到最佳状态。

3）试验数据采集。检测中应清理混凝土梁表面使之平整,在换能器表面涂以耦合剂,确保换能器与混凝土表面耦合良好,当首波到达时立即进行测判读,记录下测试数据与波形。应尽量减少人为因素导致的波形紊乱,正确判别与选取首波,否则将导致数据异常,应特别注意混凝土内部的原因而导致接收波形的紊乱。

4）检测结果。从框架柱的裂缝检测结果（参见表1）可见,裂缝最宽的部位同时也是裂缝最深的部位,裂缝深度与裂缝宽度的变化基本一致。

4 裂缝成因分析

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理、原材料不合格（如碱骨料反应）、模板变形、基础不均匀沉降等。

分析该类裂缝产生的原因是：由于该滨海地区连降暴雨，致使该建筑物地下室底板变形（用ANSYS分析底板上浮情况结果如图3所示），经检测发现该地下室43～57/E～R轴区域各框架柱底部均存在不均匀变形[3]，平均测量变形量为上浮39.3 mm，最大上浮变形测量值为122.0 mm(49/M轴框架柱)，最大不均匀变形差发生在柱49/M与柱49/P之间，变形差为89 mm。上述不均匀变形将对结构产生附加内力，造成构件弯矩和轴力变大,致使地下室框架柱承受的轴力和弯矩超过了柱端的承载力导致混凝土被压碎而出现多条裂缝。

图3 地下室底板上浮变形情况

[1]张士铎.现代混凝土基础理论[M].上海：同济大学出版社,1994：42-46

[2]混凝土无损检测技术[M].北京：中国建材工业出版社,1996：219-226

[3]孙雨,王罡,常正非,等.深业新岸线3期地下室框架柱裂缝深度检测报告[R].深圳：深圳冶建院建筑技术有限公司,2009