基于地质雷达探测的墙体裂缝原因分析

刘金龙，袁小军，浦琛琛，谭海亮，吴 旭

（1.江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏 南京 210028；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

0 引 言

随着我国社会经济的不断发展，对建筑工程质量提出了更高的要求，然而，最近一段时间，建筑物外墙面裂缝问题日益普遍，对人们的居住环境和安全造成了一定影响，更重要的是在无法对裂缝定性的前提下，会造成一定的社会恐慌。当建筑物外墙面出现裂缝时，对建筑整体的外观造成一定的影响，严重时还会影响到建筑物的质量和使用寿命，所以首先要对裂缝进行检测鉴定并对裂缝进行定性，为裂缝处理提供强有力的数据支撑。地质雷达法是近年来迅速发展起来的一种无损检测技术，具有快速、无损、连续检测、检测结果直观等特点［1-2］，该方法已经越来越广泛地应用于建设工程的各个领域，该方法的普遍应用对分析裂缝原因提供了一个好的解决途径。

1 工程中常见的外墙面裂缝

工程中常见的外墙面裂缝有梁底水平通缝、柱边竖向通缝，该类通缝多发生在混凝土构件与砌体构件的结合部，主要表现形式是在混凝土的梁、板、柱与砌体的交接处产生一条贯通的裂缝；还有贯通楼层的斜向通缝，且不同楼层的同一位置亦出现相同方向的斜向裂缝；门窗洞口角部常出现呈对称的八字或倒八字形的裂缝；小孔洞周边常出现长度较短、宽度较细的小裂缝；外墙面根部亦出现不规则的裂缝形态，该类裂缝亦很普遍，这类裂缝的出现不仅对建筑整体的外观造成一定的影响，严重时还会影响到建筑物的质量和使用寿命，特定条件下还会造成一定的社会恐慌。因此，对建筑外墙面出现的裂缝进行定性，并提出相应的处理措施尤为重要。

2 某工程外墙面裂缝分析

2.1 地质雷达探测

2.1.1 工程概况

某工程主体结构为地下 2 层，地上 25 层框架剪力墙结构，主要采用混凝土柱、梁、剪力墙承重，楼、屋面为现浇板，该房屋使用过程中散水上部外墙面多处存在水平向裂缝（见图1）。

图1 散水上部外墙面水平向裂缝

2.1.2 地质雷达探测

为分析裂缝原因，现场采用地质雷达仪对散水下方进行探测。根据现场探测深度、探测目标体类型及探测部位的不同，本次采用地质雷达仪配置 600 MHz 天线（见图2）进行探测，在散水上方布置2 条纵向测线。

图2 地质雷达仪

地质雷达由主机、天线和数据采集系统等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向地坪下方发射高频脉冲电磁波。电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性和几何形态的变化而变化，地质雷达主机将对此部分的反射波进行适时接收，对接收到的数据进行一系列处理后得到雷达图像，根据得到的雷达图像可探测散水下方土体的分布和特征。电磁波在介质中传播时，当遇到存在电性差异的地坪下方目标体，如空洞、分界面等时，电磁波发生反射，返回到地面时由接收天线接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数可探测到散水下方土体情况［3-4］。

现场数据采集，使用连接电缆连接雷达主机（DAD 控制单元）、天线、笔记本电脑、电池，手动设置 TCP/IP 地址，使笔记本电脑与雷达主机（DAD 控制单元）进行数据交换。检查主机、天线以及运行设备，使之均处于正常状态。启动数据采集软件，选择驱动程序，设置采集参数：时窗、扫描样点数、电磁波速（现场检测时，可先采用默认值，后续数据处理时，根据标定的电磁波速进行数据处理）；测量时窗由公式（1）确定，扫描样点数由公式（2）确定；进行完增益标定后，新建文件存储名称即可进行数据采集，增益标定是为了实时显示现场采集的雷达数据。

式中：ΔT为时窗长度，α为时窗调整系数，一般取1.5～2.0；d为深度；v为波速；S为扫描样点数，ΔT为时窗长度，f为天线中心频率，MHz；K为系数，一般取 6～10。

2.1.3 地质雷达探测结果

对采集的数据进行处理，经滤波、背景去除、反褶积、增益恢复、时差校正、偏移等一系列处理后得到雷达灰度剖面图，地质雷达灰度剖面图是地质雷达资料解释的基础，只要路面下方介质中存在电性差异，就可以在雷达剖面图中找到相应的反射波与之对应。根据相邻道上的反射波对比，把不同道上同一个反射波相同相位连接起来的对比线称为同相轴，雷达剖面图的识别主要是确定具有相同特征的反射波的同相轴。洞穴的反映波形一般是由许多细小的抛物线组成的一块较大区域，与周围波形存在明显差异。经分析，测线L1+3.5～+4.5 m 处散水下方土体存在空洞缺陷（见图3）。

图3 地质雷达图像

对地质雷达探测出的散水下方空洞缺陷进行开挖验证，空洞尺寸为 1.0 m×0.9 m×0.16 m（长度×宽度×深度），雷达图像异常特征与空洞缺陷实际位置吻合较好，验证结果如图4 所示。

图4 散水下方空洞缺陷开挖验证结果（圆框内为空洞缺陷）

2.2 外墙面裂缝检查检测

现场对散水上部墙体开裂的部位，将表面粉刷层凿除，对外墙表面的裂缝进行检查，经检查，外墙面粉刷层开裂，混凝土剪力墙未见开裂，如图5 所示。

现场沿外墙面粉刷层裂缝部位进行凿除，如图6 所示。可见外墙面散水上方与裂缝下方之间的区域为后填塞混凝土粉刷层部分，后填塞混凝土粉刷层与其上方的混凝土粉刷层之间存在天然的冷缝。

图5 外墙面粉刷层开裂，剪力墙未见开裂

图6 后填塞混凝土粉刷层部分

2.3 外墙面裂缝原因分析

经现场检查检测，所测裂缝为后填塞混凝土粉刷层与其上方的混凝土粉刷层之间的天然的冷缝，并与散水下方空洞缺陷有一定相关性，该裂缝属于非结构裂缝。

2.4 外墙面裂缝防治措施

通过对外墙面裂缝的原因分析，对施工过程中提出以下几点注意事项。

①混凝土粉刷层粉刷时，要做到无死角，尤其是外墙面根部与散水交界的部位。粉刷时，应先从上往下打底，应注意先检查底层粉刷是否有空鼓现象，如有空鼓现象应剔凿返修后再进行下一道工序。

②混凝土粉刷层粉刷时，应分层、间歇粉刷，单次粉刷层厚度应按照规范要求进行粉刷。若粉刷层厚度超过规范要求，尤其是一次施工完的，粉刷层极易坠裂。

③建筑周边土体应回填密实。回填前，应将回填区域的垃圾、树根等杂物清理干净，排除积水，同时清除回填土中的草皮、垃圾、有机杂质等杂物；回填土应分层回填分层夯实，从场地最底层部分开始，自下而上分层铺填，并注意控制辗压机械行驶速度，在机械施工碾压不到的填土，应配合人工推土，采用人工夯实。

通过以上防范措施，可以减少或消除外墙面裂缝等工程质量问题，降低工程维修费用。

3 结 语

本文运用地质雷达法对散水下方土体进行探测，经探测，散水下方土体存在空洞缺陷，并经开挖验证，雷达图像特征与空洞缺陷实际位置吻合较好。该方法的普遍应用对分析建筑外墙面根部裂缝成因提供了一个好的解决途径。结合地质雷达法对裂缝进行成因分析并进行定性，将提供一个科学快速的检测手段，为裂缝处理提供强有力的数据支撑，并提出有效的防范措施，可以减少或消除这类工程质量问题，降低工程维修费用。