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某混凝土大坝裂缝深度的测定第7卷第6期2010年12月工程球物理号赧CHINESEJOURNAI0FENGINEERINGGEOPHYSICSVoI.7NO.6Dec.2O1O文章编号:1672—794O2010O6一O757~O7doi:
10.3969/j.issn.1672—
7940.
2010.
06.022某混凝土大坝裂缝深度的测定楼加丁韩道林杨正刚
1.桂林理工大学桂林541004;
2.中水顾问集团贵阳勘测设计研究院贵阳550081摘要:在大坝混凝土施工中因混凝土材料配合比浇筑初期温度的变化及养护不到位等诸多因素难免会产生裂缝.当出现较深的混凝土裂缝时表面无损检测方法显得无能为力.本文结合某混凝土大坝工程实例采用声波对穿的方法通过测量波速振幅及频率测定裂缝发育的深度和倾向确定合理的混凝土裂缝处理方案.关键词:混凝土裂缝;声波穿透;波速;波幅中图分类号:P
631.4文献标识码:A收稿日期:2010~1o一13onDeterminationofCrackDepthofConcreteDamsLouJiadingHanDaolinYangZhenggang
1.GuilinUniversityofTechnologyGuilin541004China;
2.GuiyangHydroelectricInvestigationDesignamp;ResearchInstituteofSPCofChinaGuiyang550081ChinaAbstract:Intheconcreteconstructionofthedamowingtoconcretematerialsmixpropor—tiontemperaturechangeinthefirstperiodofpouringandotherfactorsthecrackwillnotbeavoided.WhenconcretecracksbecomedeepthesurfaceDon—destructivedetectionmethodseemspowerless.Inthispapertakinganengineeringprojectasanexamplewithanacousticpenetrationmethodareasonableconcretecracktreatmentprogramisdeter—minedbymeasuringthevelocityamplitudeandfrequencyanddepthandtendencyoffrac—tureorientation.Keywords:concretecrack;acousticpenetration;velocity;amplitude问题的提出随着西部水电大开发的不断深入基础设施建设投入不断加大混凝土的应用越来越多主要包括大坝坝体桥梁厂房等.混凝土除了荷载作用造成的裂缝外更多的是混凝土收缩温差及地基不均匀沉降导致裂缝.在水工建筑物中混凝土所产生的裂缝对工程安全性及功能性都有较大的影响不管是何种原因引起的为确保工程质量对所产生的混凝土裂缝一般都进行观测描绘测量分析和处理.过去传统的方法用注入渗透性较强的带色液体再局部凿开观测这种检测裂缝深度方法局限性很大即破坏了混凝土内部作者简介:楼加丁1962一男教授级高级工程师工程硕士研究生主要从事水利水电工程物探检测研究及管理工作.E—mailIJD6208@
163.corn758工程地球物理ChineseJournalofEngineeringGeophysics第7卷结构又受到了裂缝深度的限制.准确测定裂缝深度是制定各类处理方案的重要依据也是保证裂缝处理后到达预期效果的前提.文献
[1]和[23列举了多种无损检测的方法;文献
[11]只对发育较浅的裂缝进行数值模拟和超声波物理模拟;文献
[7]和E8-1对混凝土的外观特征检查和测量作了深入研究可对建筑工程的结构件裂缝实现自动搜索结合图像处理技术实现了裂缝的走向长度宽度等参数的测量深度及倾向等无法用简单的方法检查;文献
[5]和E6]介绍了小构件混凝土裂缝检测方法和手段而对裂缝的深度测量仍然是当今无损检测最热们研究科题;文献E9]介绍了声时声幅主频对桩基混凝土缺陷判断及用PSD值建立了缺陷为断层空洞蜂窝或被其它介质填塞的空洞等几种缺陷时的临界判别表达式而对裂痕细小的缺陷检测没有涉及.实践证明对于裂缝深度大于50cm以上的国内外还没有好的无损检测手段.如何准确测定碾压混凝土坝大体积裂缝的发育深度及倾向是检测工作者迫切需要解决的问题.本文以某水电站大坝坝体混凝土裂缝的测定为例介绍声波穿透在测定混凝土裂缝深度及裂缝处理后检测中的应用.2检测技术简述
2.1理论依据声波穿透法是在一个孑L发射高频脉冲波在同等状态的混凝土中的传播遇到混凝土内部有缺陷时就产生较强的衰减散射和反射作用在另一个孔收到的声速幅值就越低表明混凝土质量问题.因此声速和声波幅是反映声波在混凝土传播过程中衰减程度的重要指标;声速和声波幅还与混凝土的致密性骨料的粗细浇筑质量配合比等有较强的相关性.通过研究发现声波频率成份相当丰富声波穿过混凝土后各频带成分的衰减程度不同高频部分比低频部分衰减严重并导致接收信号的主频向低频端漂移其漂移多少取决于混凝土质量与混凝土缺陷的类型.正是基于这一基本原理对同条件下的混凝土进行声速波幅和主频的测量值的相对比较从而判定混凝土的缺陷情况.
2.2检测工作布置首先应对混凝土裂缝的深度进行初步的估算检测孔应大于裂缝的深度
0.5m以上每组布置3个孔孔AB的连线垂直于裂缝的发育方向孔间距最佳为2m且孔AB的中点为裂缝的位置;孔BC的连线平行于裂缝C为背景测试孔孑L间距与AB孔间距一致图
1.将TR换能器分别置于裂缝同侧的ABC孔中以相同高程等间距从下向上同步移动逐点读取声时振幅和换能器所处的深度图
2.图1裂缝检测示平剖面示意Fig.1Crackdetection振幅/dB波速/ms图2裂缝检测波速振幅示意Fig.2Wavevelocityandamplitudeofcrackdetection
2.3裂缝深度的判断
2.
3.1波速声波穿透测试中波速是两个钻孔之间的混凝土的平均反映.图3为孔间距小于
1.5m时的波速曲线从曲线变化上可知该处混凝土裂缝深度为
2.3m.图4孔间距为
2.0m声波穿透实测波速曲线图从该图的波速变化情况来看难以判定该处混凝土裂缝深度.通过现场多次试验孑L距小于
1.5m声波波速可作为判断裂缝深度的主要依据之一.654鲁321o.1o.
61.
11.
62.
12.
63.
13.6x/m图3孔间距为
1.3m波速曲线Fig.3Holespacingof
1.3mvelocitycurve第6期楼加丁等:某混凝土大坝裂缝深度的测定759654吕321O.
20.
71.
21.
72.
22.
73.
23.7x/m图4孔间距为
2.0m波速曲线Fig.4Holespacingof
2.0mvelocitycurve
2.
3.2波幅声波波幅是直接反映接收换能器接收到的声波信号能量强弱的一种相对指标.一般都采用分贝dB表示即将测点首波信号峰值n与某一固定信号量值..的比值取对数后的量值定为该测点波幅的分贝dB值表示为A一201g—a.图04和图5为孔间距
1.3rn和
2.Om的实测声波波幅曲线两者都能较好地判定混凝土裂缝的深度.—--—————_——_——————~图5孔间距为
1.3m声波穿透实测波幅曲线Fig.5Holespacingof
1.3mwaveamplitudecurvemeasured图7完整混凝土的声波频谱Fig.7Thefullacousticspectrumofconcrete
2.
3.3频率声波脉冲具有多种频率成分.当声波穿过混凝土后各频率成分的衰减程度不同高频部分比低频部分衰减严重因而导致接收信号的主频向低频端漂移其漂移多少取决于衰减因素严重程度.可见接收波主频率实质上是介质衰减作用的一个表征量当遇到裂缝时由于衰减严重使接收波主频率明显降低如图7和图
8.
2.
3.4综合分析根据实测的结果绘制一A和h—vp曲线图图
2.未跨缝BC剖面在深度方向平均振幅值为完整混凝土的振幅值波速较均匀;跨裂缝AB剖面在没有缝的地段的振幅值与BC剖面的振幅值基本比较一致在有裂缝的地方振幅值会变小振幅随裂缝宽度的减小而增大当振幅波速频率出现平稳平稳的起点即为裂缝的深度.同时声速波幅及频率的大小不仅取决于混凝土本身的质量外还与换能器灵敏度频率及频率特性仪器等一系列非缺陷因素以及声耦合状态有关.为此在测量时必须保证测量系统因素的一致性以保证上述三个参数的相互可比性..——————/x/m图6孔间距为
2.0m声波穿透实测波幅曲线Fig.6Holespacingof
2.0mwaveamplitudecurvemeasured图8有裂缝的混凝土的声波频谱Fig.8Acousticwavespectrumofcrackconcrete760工程地球物理ChineseJournalofEngineeringGeophysics第7卷3工程实例2008年
5.12汶川大地震对在建的某水库大坝及建基面岩体造成不同程度的影响坝体受地震及余震的影响出现了几十条裂缝最长的可达几十米.大地震后须对大坝混凝土裂缝深度及延伸范围进行检测为大坝震后设计处理提供资料.
3.1裂缝深度的测定大坝某坝段595m高程发现的裂缝编号为IV.LV裂缝表面长
59.2m缝宽
0.1~
2.0mm.为了准确测定该裂缝的深度和倾向共布置6组钻孔12对剖面进行声波穿透测试检测钻孔布置如图
9.IV裂缝各剖面声波穿透的声波振幅波速成果见图10图l1和图
12.从波速的剖面曲线上很难确定裂缝的深度但从振幅的剖面图及剖面全波列图可精确判定裂缝的深度有裂缝的位置波的频率低没有裂缝的位置波的频率高综合以上三个参数就可精确测定裂缝的深度.IV裂缝深度变化趋势如图13分段平均振幅波速统计如表
1.坝纵o+65591gto48855匪:检测孔编号叵卫:灌后检测孔编号E三:王裂缝编号坝纵...0图9某大坝595m高程IV裂缝深度测定时的钻孔布置Fig.9Drillinglayoutof595mLVelevationofadamwhenthecrackdepthisdetermined表1某坝段595m高程IV裂缝声波穿透振幅波速及裂缝深度统计Table1LVcrackspenetratingsoundamplitudevelocityandcrackdepthofheight595minadam第6期楼加丁等:某混凝土大坝裂缝深度的测定761ZKI.I.vZK3LfvZK1一LVZK3L_VZK5-L_vZK8A/dB0246I.vZKl3-LvZKl5/dBL_vZKl7一【_vZK20/dB20406080100l20;l{{fl};l}LvZK5-【.VZK8m.sILlvZKl
3.L_vZK15m.sI[L_vZK17一L_vZK20V/m-s目甚O2g毫d6UVZKl-【.vZK4/dBL_vZK
9.VZKA/dBL_vZkl
3.【_vZKl6A/dB-f3{l5l|《{|_【.VZK
22.0VZK23A/dB吕童L_vZKI-【IvZK4m.s_l024602鲁毫d6【vZK9一I.vZKlL_vZK
13.L_vZK16V/m.sl0200040006000L_vZK
22.L_vZK23m.si基毫LVZK5J—LlVZK7A/dBLVZK5l1一【vZKl2A/dB》kI》_1:lI』f』PdBO246IvZK22-【vZK24l20406080100120图1O某坝段595m高程裂缝检测声波穿透振幅波速成果L_vZK
5.L_vZK8msIL_vZKl
1.L_vZK12m.sI吕高O246LvZK
22.【_vZk24in.sifFig.10Penetratingsoundamplitudeandvelocityresultsofcrackdetectioninheight595mofadam
3.2裂缝深度的验证通过对声波穿透综合分析所得出裂缝深度与裂缝处理时所钻一排~275mm大孔揭露的裂缝深度进行了对比对比结果如表2从表中可以看出利用声波的波速波幅频率综合判断裂缝的深度精度是相当高的.=====二==二==一….…一㈠一….㈡…一一一一_l~一一………一一一一一l一一一一一………一一一∞一¨~~~.一.~一~1一O一一\ll一导I.一....一.I;~~~一...一762工程地球物理ChineseJournalofEngineeringGeophysics第7卷——————————÷一…一……一一—一_^一一—~一~一一一一一~一图l1跨缝孔声波穿透波部分波Fig.11Across—holeacousticwavepenetration上游端横0+432668横0+
432.380横0+
436.309纵0+l617纵0+
9.503纵0+l8508二二二===二三二二:=_=二::::二=.二——————.~一————一^^一√一图l2未跨缝声波穿透波部分波Fig.12Notacross—holeacousticwavepenetration下游端横0+
440.075横0+
444.0571横0+
444.985横0+448629纵0+
30.439纵0+
42.518纵0}
53.565纵0+
56.649l
3.6/ml
1.
6.2/m66/m
7.1/m
6.9/m
7.3/m●●图13LV裂缝深度变化趋势Fig.13LVchangeintrendofcrackdepth表2声波穿透检测裂缝深度与钻孔取芯揭露深度对比Table2Crackdepthofacousticpenetratingdetectionandexposeddepthofdrillingcore
3.3裂缝处理的效果检测为正确评价混凝土裂缝化学灌浆处理之后的效果对上述坝段595m高程LV裂缝灌浆后质量做了检测检测方法采用裂缝上取芯同时对原跨缝检测声波穿透孔进行了原位测试.裂缝灌浆后钻孔取芯样在
2.2~
2.5m处图14从芯样照片上可见采用化学灌浆后混凝土裂缝充满了浆液胶结密实.声波穿透测试以LVZK13—15为例灌前检测的裂缝深度为
7.3m灌前灌后波速波幅对比如图l
5.从波速曲线上看裂缝灌浆后剖面对穿波速值略有提高平均值接近完整混凝土波速值;从振幅曲线上看孔深
0.0~
5.4m波幅值t写OO0011l112222230O001●lll222223OO0000OOOl2345678g\醛第6期楼加丁等:某混凝土大坝裂缝深度的测定763图14灌后裂缝取芯照片Fig.14Corepictureafterfillingcracks接近完整混凝土值;孔深
5.4~
7.3m灌后的波幅值提高较小.通过化学灌浆后取芯孔的照片及灌前罐后波速波幅对比对裂缝的处理达到了预期的效果.4结语在测定混凝土裂缝深度中通过工程实例已证实了本文采用声波穿透法的有效性外经施工处理混凝土裂缝时所钻的钻孑L揭露出的裂缝深度证实测定的混凝土裂缝深度与钻孔揭露出的深度相当吻合误差可控制在点距以内.同时具有工期短成本低等优点.随着工程建设中混凝土的大量的运用由于在混凝土施工过程中各种因素的影响裂缝的产生是难以避免的在进行工程安全的评价及混凝土裂缝处理前准确测定混凝土裂缝深度显得非常必要因此声波穿透测试也将发挥更大的作用.参考文献:
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