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某桥梁墩柱混凝土裂缝深度检测及裂缝成因分析

摘要：利用超声波检测混凝土结构中出现的裂缝深度，有助于判断裂缝对结

构性能的影响，并为混凝土加固修复提供了依据。

关键词：超声波；混凝土；裂缝检测

1前言

随着我国经济的快速发展，各种建设项目日益增多，建设速度也不断加快，

对混凝土的需求量越来越大，项目建设的过程中出现的问题也日益增多，最为常

见的问题有混凝土开裂，这不仅可能对结构安全性和耐久性造成影响，留下安全

隐患，而且也可能造成重大的经济损失。因此，利用超声波检测混凝土裂缝深度，

对混凝土裂缝对结构性能的影响作出评价显得尤为重要。

贵阳市某市政桥梁5个墩柱，墩身最大高度约30m，顿帽宽为2.5m，长为

9.0m，墩柱宽为2.5m，长为6.0m，墩柱混凝土设计强度为C40。墩帽混凝土浇

筑完毕后，在利用塑料薄膜养护的过程中，发现顿帽及墩柱出现不同程度开裂，

顿帽裂缝数量较多，裂缝宽度较大，裂缝形态见图1。为了解裂缝深度情况，也

为了下一步裂缝处理提供依据，我们在5个墩柱的顿帽及墩身，共选择了25条

宽度较大的裂缝进行超声波检测，并对裂缝位置处的钢筋保护层厚度进行检测。

(a)(b)

图1(a)墩帽裂缝(b)墩身裂缝

2超声波检测裂缝原理及方法

2.1超声波检测原理

混凝土是由固-液-气三相组成的具有弹黏塑性质的复合材料，其内部存在着

分布极其复杂的界面，如微裂缝间的界面，超声波在混凝土中的传播情况要比在

均匀媒质中复杂得多，这就决定了超声波的指向性差，在混凝土中非直线传播，

并且只能采用低频超声波。超声波在混凝土中传播时，遇到尺寸比其波长小的缺

陷会产生绕射，从而使声称增大、传播时间延长。可根据声时活声速的变化情况，

判别和计算缺陷的大小。超声波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、孔洞、裂缝等缺

陷时，大部分脉冲波会在缺陷界面被散射和反射，到达接收换能器的声波能量(波

幅)会显著减小，可根据波幅变化程度判断缺陷的性质和大小。超声波通过缺陷

时，部分脉冲波因绕射或多次反射而产生路径和相位变化，不同路径或不同相位

的超声波叠加后，造成接收信号波形畸变，可参考畸变波形分析判断混凝土缺陷

情况。

2.2超声波检测方法

当混凝土结构被测部位只有一个表面可供超声检测时，可采用单面平测法进

行裂缝深度检测。当混凝土结构的裂缝部位具有一对相互平行的表面时，可采用

双面斜测法进行裂缝深度检测。本工程中墩柱被测部位只有一个检测面，因而选

用单面平测法进行裂缝深度检测，下面只介绍平测法：

(1)单面平测法适用于检测深度约为500mm以内的裂缝。

(2)裂缝检测前，当被侧部位不平整时，应打磨、清理表面，以保证换能器

与混凝土测试表面耦合良好。

(3)先在裂缝一侧布置不跨缝测点，测点处混凝土质量应均匀，以T、R换能

器内边缘距离li·为100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，400mm，

450mm，500mm，550mm，分别读取各测点声时值tl，并绘制平测裂缝时-距(tl-ll·)

图(见图2)，图中各测点连线近似直线，直线斜率即为混凝土超声波的传播速度，

各测点超声波实际传播距离为：

li=a+li·

(4)以裂缝为轴线，在裂缝两侧对称布置测点，测点连线垂直于裂缝走向，T、

R换能器对称置于裂缝两侧测点，测点距离li·为100mm，150mm，200mm，

250mm，300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，分别读取各测

点声时值tl，并绘制平测裂缝时-距(tl-ll·)图，图中各测点连线近似直线，直线斜

率即为混凝土超声波的传播速度。

(5)裂缝深度计算：

式中：hci—第i点裂缝深度计算值，mm；

li—第i点超声波实际传播距离，mm；

ti0—第i点跨缝测读声时，μs；

v—不跨缝测出的混凝土声速平均值，km/s。

根据测试部位不同测距得到的裂缝深度值，取平均值作为该裂缝深度值。

3混凝土裂缝深度检测

现场对贵阳市某市政桥梁开裂的5个墩柱，分别各选取5条分布于墩帽和墩

身的裂缝进行深度检测，并结合钻部分取芯验证见图2。

(a)(b)

图2(a)墩