超声法在钢筋混凝土结构裂缝检测中的应用实例分析

文/黄世霖 广西壮族自治区建筑科学研究设计院 广西南宁 530011

1、项目概况

某在建高层住宅楼工程，为地下二层、地上二十四层部分框支剪力墙结构建筑，转换层（五层）建筑面积约832.82m2，建筑物总高度为77.70m。基础形式为独基、桩基、筏板。场地土类型为软弱土～中硬土层。结构的安全等级为二级，结构设计基准期为50年，结构设计使用年限为50年。工程所在地区的抗震设防烈度为7度，按地震烈度7度设防，设计基本地震加速度为0.10g。

在施工过程中，建设单位相关人员发现该工程的转换层梁（五层梁）（部位为7-4×7-G～7-N轴，梁截面宽900mm、截面高2005mm）有竖向开裂现象，为了解该梁的裂缝走势、宽度及深度，建设单位特委托我单位对该梁的裂缝进行检测及分析。检测时该工程施工至二十层。

2、检测原理

2.1 裂缝宽度检测原理

检测前应对裂缝宽度观测仪进行校验，校验时将测量头的两尖脚对准校验刻度板上下边缘的两基准线，在屏幕上即可看到标准刻度的2mm刻度线。调整测量头的位置，使放大后标准2mm刻度的图像与屏幕上2mm刻度线重合，若误差不超过0.02mm，则说明仪器放大倍数属正常范围，可以正常使用。检测时将测量头的两尖脚紧靠被测裂缝，即可在LCD显示屏上看到被放大的裂缝，微调测量头的位置使裂缝尽是与刻度基线垂直，根据裂缝所占刻度线的多少判读出裂缝的宽度。

2.2 超声波检测裂缝深度原理

由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征。当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低，当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射，根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度等参数。测试记录不同测点的超声波波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。

一般混凝土越密实，声波在混凝土中的传播时间（声时）越短，波速和波幅值越高。如果存在不密实区、空洞或裂缝，则传播时间就明显增大，波速和波幅值就较小，甚至接收不到信号。

采用超声波检测裂缝深度，一般有三种方法：单面平测法、双面穿透斜测法、钻孔对测法。当结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度又不大于500mm时，可采用单面平测法；当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用双面穿透斜测法检测；当混凝土体积较大，预计深度在500mm以上的裂缝可采用钻孔对测法进行检测，被检测混凝土应允许在裂缝两侧钻测试孔。

3、本次检测采用的方法及检测过程

本次所检的转换层梁（五层梁）（7-4×7-G～7-N轴），由裂缝走势来看，呈竖向走势，且仅在梁的一侧有分布，另一侧未发现有明显开裂现象，为确定该裂缝的宽度及深度，在裂缝较宽处进行了宽度测量，同时采用单面平测法进行裂缝深度检测。检测前清理干净裂缝中的积水或泥浆等，磨平布置测点处的砼表面，布置测点时应尽量避开钢筋的影响。另外，经建设单位要求及原设计单位同意，在测点处附近采用钻芯法跨裂缝进行钻芯验证超声法所测得的裂缝深度。

采用超声法检测裂缝深度时，在裂缝的被测部位，以不同的测距，按跨缝和不跨裂缝布置测点进行检测。

图1 不跨缝平测“时—距”图

图2 跨裂缝平测时超声波绕过裂缝示意图

图3 部分检测过程照片

图4 跨裂缝钻芯验证超声法所测得的裂缝深度

4、检测结果

对转换层梁（五层梁）（7-4×7-G～7-N轴）的裂缝检测结果见表1：

从检测结果看，该裂缝为梁柱节点附近竖向裂缝，侧面裂缝从梁底延伸至板底，最宽处为0.36mm，裂缝宽度已超过《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第3.4.5条规定的裂缝控制等级三级中最大裂缝宽度限值0.3mm，裂缝推定深度为355.70mm。从跨裂缝钻芯得到的结果来看，芯样中的裂缝长度约358mm，这证明了超声法检测裂缝深度的可靠性。

5、检测结果分析

由于所检的梁为转换层梁，是结构承重受力的关键构件，裂缝存在会影响结构的安全、耐久性和使用寿命。鉴于该工程主体结构尚未封顶，在后续的施工过程中，转换层梁（五层梁）所承受的荷载将不断增加。委托单位必须委托有资质的检测单位对该梁再进行几何尺寸、配筋及混凝土强度等方面复核检测，将综合的检测结果给原设计单位或相关有设计资质的设计单位进行结构验算，如需进行加固处理，须出具加固处理设计方案并进行加固设计，然后委托有加固资质的施工单位进行加固处理，以确保结构安全，确保结构可以在设计年限内正常使用。

6、建议

在该工程后续的施工及施工过程中，应注意对曾出现裂缝的构件定期进行检查和维护，不得随意改变建筑物的使用功能，如发现有受力构件开裂，或受力构件已有裂缝宽度增大、长度增长等异常现象，需立即采取相应的处理措施。

表1