桥梁混凝土裂缝深度的检测方法优质.docx

混凝土桥梁大坝裂缝深度检测方法
（四川升拓检测技术有限责任公司，四川成都610045）

摘要：在基于表面波的测试技术基础上，建立相对严密完整的理论体系。并在此基础上开发了独创的“表面波法”。同时，我们还集成了目前国内外其他几种方法以便相互印证，从而尽可能地提高测试精度。
关键词：桥梁裂缝深度检测，大坝裂缝深度，表面波法，混凝土裂缝深度检测，无损检测

今年接连不断的暴雨，混凝土桥梁、混凝土大坝的安全不得不引起我们的高度专注，桥梁裂缝深度的检测哪类方法在检测中精度更高，检测效果更好？表面波法，是值得我们关注的方法。
由于各种原因（如干燥收缩、温度应力、外荷载、基础变形等），裂缝是混凝土结构中最常见的缺陷或损伤现象。但因裂缝的成因、状态、发展以及在结构中的位置等的不同，对结构的危害性也有很大的区别。严重的裂缝可能危害结构的整体性和稳定性,对结构的安全运行产生很大影响。另一方面，也有些裂缝，如表面温度变化或干燥收缩引起的浅裂缝则无大的影响。此外，根据大量的观测资料，在混凝土结构物中出现的裂缝，大多数在竣工后1-2年内已产生。如果这些裂缝处于稳定状态，其对结构的影响程度要小得多。此外，对于裂缝的修补，如裂缝充填（往裂缝中注入水泥砂浆或者环氧树脂等充填材料，以防内部钢筋锈蚀）和裂缝补强（裂缝表面粘贴钢板等）都需要在明确裂缝的状态、成因的基础上才能合理、有效地进行。
因此，为了确定裂缝的状态、发展和成因，以及合理评价裂缝对结构物的影响，选择适当的修补方案和时机，掌握其深度与其长度、宽度都是非常重要的。所不同的是，裂缝的深度测试较之长度和宽度测试要困难得多，通常需要采用钻孔取样的方法加以直接测试。但是，钻孔取样的方法除费时费力，对结构也有一定的损害以外，对深裂缝由于取样困难往往难以测试。同时，对于裂缝的发展也难以监测，因此，采用合理的无损检测方法是非常必要的。
裂缝深度的无损检测方法有多种，长期以来，研究人员开发了多种测试方法，大致可以分为：
基于超声波的检测方法；
基于冲击弹性波的检测方法
然而，由于混凝土结构及裂缝的特殊性，使得裂缝深度的无损检测变得非常困难。同时，目前常用的裂缝深度的无损检测技术大多是从金属材料的裂缝深度检测中发展而来，在应用于混凝土结构中会遇到各种问题，使得测试结果常常较实际深度偏浅很多，因此难以在实际工程中推广应用。当然，对裂缝深度方向的发展的监测迄今尚无有效的手段。
问题不是没法解决的，我们自1997年开始，针对这一问题，在基于表面波的测试技术基础上，建立相对严密完整的理论体系。并在此基础上开发了独创的“表面波法”。同时，我们还集成了目前国内外其他几种方法以便相互印证，从而尽可能地提高测试精度。
独创测试方法（表面波法）
该方法采用冲击弹性波中的瑞利波（表面波的一种）的衰减特性来测试混凝土构造物中的裂缝深度。该方法测试范围大，受充填物、钢筋、水分的影响小，特别适合测试较深的裂缝。
表面波法的基本原理
瑞利波是由于P波和S波在媒体边界面上相互作用而形成，其传播速度比S波稍慢，并主要集中的媒体表面和浅层部分，其特性非常适合于探测裂缝的深度。
瑞利波在媒体表面受冲击所产生的弹性波中，能量最大，信号采集容易；
依存于材料的剪切力学特性，从而对裂缝更为敏感；
瑞利波大部分能量主要集中在从表面开始的1倍波长的范围内。
瑞利波在传播过程中所发生的几何衰减和材料衰减。可以通过系统补正，而保持其振幅不变。但是，瑞利波在遇到裂缝时，其传播在某种程度上被遮断，在通过裂缝以后波的能量和振幅会减少。因此，根据裂缝前后的波的振幅的变化（振幅比），便可以推算其深度。

无衰减
较小衰减

有衰减
较大衰减

图1“表面波法”的概念
关键测试技术
“表面波法”最早于上世纪60年代被提出，但一直未能得到实用。其原因在于对能量衰减的测试误差较大，为此我们开发了基于“双方向激振技术”的高精度能量衰减测试技术（已获得国家发明专利，专利号：ZL200510021851.5），从而大大提高了“表面波法”的测试精度和实用性。
表面波法的特点
表面波法测试裂缝的范围很大，可达几米，受充填物、水分的影响较小。特别是对贯穿裂缝精度非常高。但该方法属于半理论半经验的方法，理论不是特别严密。
对于坝面等近似于半无限平面体，非常适合表面波法测试。但不适合狭窄结构，因为表面波受边界条件（侧壁、边角等）的影响较大。
利用双方向发振回归技术降低了测试误差，提高了测试精度。
选择测区希望避免剥离的地方，可提高其测试精度。因为有剥离的场合，会引起板波和振动，导入测试误差大。
表1.裂缝深度测试方法比较
方法传播时间差法相位反转法表面波法使用弹性波的种类P/S波P波R（瑞利）波使用弹性波的成分初始成分卓越成分基本测试原理传播时间的迟延初始相位的反转瑞利波的衰减测试原理的严密