表面波法检测船闸混凝土裂缝技术研究

表面波法检测船闸混凝土裂缝技术研究

邓新典

身份证号： 440825199208110553 广州正和工程检测有限公司

摘要：在常规混凝土工程中，比较常见的无损检测技术就包括了射线法、声发射法、雷达法、脉冲回波法等等。其中像超声波脉冲法、冲击回波法的超声波衰减较大，探测深度也相对有限，基本无法满足大体积混凝土结构检测精度要求。所以本文中探讨了适合于大体积混凝土裂缝检测的技术方法——表面波法检测技术，专门对船闸混凝土裂缝问题进行分析，结合混凝土缺陷检测技术试验过程展开分析，分析其试验结果，研究混凝土裂缝技术应用效果。

关键词：表面波法；船闸混凝土裂缝技术；大体积混凝土；试验过程；结果

船闸混凝土裂缝多为大体积混凝土裂缝，它通常在不规则表面空间中形成，其裂纹原因与损伤程度、处理方法都有所不同。现如今，采用表面波法作为技术基础对船闸混凝土缺陷进行无损检测是可行的。这是因为船闸混凝土结构相对较薄，冲击持续时间相对偏短，所以需要合理采用船闸混凝土裂缝技术，即表面波法。

1. 表面波法的裂缝探查原理分析

表面波法针对船闸混凝土的裂缝探查主要通过冲击波P波法试验展开，所谓P波就是冲击回波技术，它测量了表面边界与表面裂缝尖端内容，结合P波反射分析频域，计算裂缝深度，呈现较大检测能量。在动态力作用结构下，表面波法是可以产生较大振动模态的，且每一模态的固有频率有所不同，裂缝也会因此改变，在表面裂缝深度与固有频率分析过程中，需要了解二者之间的定量关系，结合激发结果分析不同振动模式影响情况^[1]。

具体来讲，需要参考入射波波长与裂缝深度壁值，其中二者的比值应该≤1，配合反射波确定裂缝位置，利用反射波的波幅来确定裂缝深度。在这一过程中，需要考虑有限元模拟机制，满足相关研究准则，分析有限元模型尺寸足够大，有效减少边界反射影响，一般来说，有限元模型的单元尺寸取决于材料性质与选用应力波最高频率，避免出现表面法应力波跳过单元问题。在这一过程中，也要采用有限元模型板模型减小P波影响，主要对入射波波长进行调整，分析其位移、速度与加速度内容，做好技术处理工作。

实际上，表面波法可配合有限元模拟机制分析先进信号处理技术，有效提高分析技术促进IE测试结果，分析低频高振福弯曲振动掩盖机制，优化谐振反射，处理去除P波所带来的影响。在记录波形过程中，需要分析频谱中的不可取峰值问题，了解纵波分析机制^[2]。

2. 基于表面波法的船闸混凝土裂缝检测技术应用

1. 检测技术应用目的

基于表面波法对船闸混凝土裂缝进行检测，分析表面波法对P波速度的有效控制，同时了解混凝土板厚度，基于不同深度裂缝进行测量，了解其中的误差分析内容，确保检测技术应用到位。一般来说，船闸混凝土的试块尺寸一般为1.5x1.85x1.5m，且多为单层混凝土试块，为此需要确保钢筋配置与裂缝布置到位，属于典型的素混凝土板。

2. 检测方法步骤

要采用表面波法中的P波波速对船闸混凝土板厚进行监测，对板上表面裂缝进行分析，配合传播时间差法进行测量，研究船闸混凝土板裂缝深度，测量分析其影响效果，保证敲击点位置确定不变，合理利用单层钢筋网对裂缝数量与测量结果影响进行全面分析。在应力波法测量过程中，主要利用P波速度测量裂缝深度，在船闸混凝土板位置安装至少两个传感器，并结合烧损问题进行分析，建立数据采集分析系统，结合双通道数据采集卡对双通道波形内容进行分析。以下介绍了P波表面波法的船闸混凝土裂缝试验步骤流程^[3]：

需要检测船闸混凝土板裂缝深度，改变激振方向来实现对裂缝深度测试，确保传感器与激振点合理布置，如图1。

图1船闸混凝土方向裂缝P波检测方案

考虑到船闸混凝土方向裂缝相对较浅（大约在0~0.5m），所以可以选择至少两种波长L1=0.2m、L2=0.25m对裂缝进行测量，改变发振方向，移动传感器位置，最后固定传感器位置，清除结构剥离层内容，让传感器接触结构物，提高裂缝测试精度。在激振过程中，也需要对深裂缝采用打击锤分析数据参数内容，确保采样频率与电压范围有效拓展，保证电压值最大设置为10V左右，有效提高最大电压值，电压值越大，采集信号范围越大，信噪比也就越大，所采集到的信号品质越高。在这一过程中，需要考虑如何降低采集信号分辨率，可采用电压值4V装置进行数据采集，保证零点标定到位，主要对测定电压进行分析，分析触发水平大于标定电压内容，排除试验过程中的外界干扰。在零点标定过程中需要建立P波测试系统，判断测试环境外在干扰大小，为采集数据奠定良好基础^[4]。

在采集数据过程中，需要利用零点标定方法，主要检查确认系统，如若无问题、可正常工作就能够开始采集数据。这一过程中需要判断测试波形，并进行数据保存，最后测试电压大小，在改变发振过程中分析、调节敲击力度。

3. 检测结果分析

最后要配合P波速度检测分析结果，了解平均波速应该在3.577km/s左右，就船闸混凝土所采用的C25混凝土为例，基于P波理论分析波速控制在3.50km/s，确保试验检测结果与理论结果误差不大。考虑到素混凝土板的实际厚度为0.44m~0.50m左右，所以可利用表面波法P波进行检测，测试板厚实际厚度。并对混凝土板的水平放置情况进行分析，了解水平裂缝，配合冲击回波法进行进一步检测，得出解析结果，了解实际放置水平，分析水平裂缝测量深度。其水平裂缝测量深度大约在0.25m，误差控制在9.5%左右，配合冲击回波法可检测裂缝深度，提高检测效度

^[5]。

在结果分析过程中，需要对素混凝土板一侧的两个竖向裂缝进行分析，了解竖向裂缝间隔应该在1m左右，配合仪器检测过程分析检测波长。了解裂缝反射波影响问题，配合传播时间差检测仪器布置状况，如图2。

图2传播时间差法布点法

要利用裂缝深度进行分析，测试多种条件分析信号裂缝传播时间差，分析实际裂缝达到0.30m以上，确保缩小误差问题，确保测量裂缝深度相同，最后利用谱能量法进行最终检测即可^[6]。

总结：

船闸混凝土的裂缝问题非常突出，这主要是因为大体积混凝土容易出现裂缝问题。而表面波法则能够有效分析裂缝深度、长度，基于裂缝测量了解裂缝实际深度与测量深度之间的误差问题。本文中结合表面波法中的P波速度展开有限元分析，利用瞬态波检测船闸大体积混凝土较深裂缝，其技术应用到位，且对裂缝深度的研究也相对深入。在试验过程中，主要基于大体积混凝土表面裂缝深度关系配置传感器，测量裂缝深度减小情况，如此可保证减小测量误差，提高检测精度，有效解决船闸混凝土裂缝问题。

参考文献：

[1] 唐加尔克·也斯木汉. 大坝混凝土裂缝检测方法及应用[J]. 水科学与工程技术, 2019, 000(005):89-93.

[2] 邵闯, 王生怀, 徐风华,等. 基于图像处理的混凝土表面裂缝检测研究[J]. 湖北汽车工业学院学报, 2019(2):47-50.

[3] 余园园, 姜 屏. 表面平测法检测混凝土裂缝深度试验及问题分析[J]. 土木工程, 2019, 8(9):6.

[4] 田伟, 沈浩, 李晓,等. 基于图像处理的廊道表面裂缝检测技术研究[J]. 电子设计工程, 2020, 28(05):148-151.

[5] 杨年志. 探研水利工程施工中控制混凝土裂缝的技术研究[J]. 水电科技, 2019, 002(002):P.118-120.

[6] 田伟, 沈浩, 李晓,等. 基于图像处理的廊道表面裂缝检测技术研究[J]. 电子设计工程, 2020,427(05):154-157+162.