超声波检测技术在水利工程质量检测中的应用

超声波检测技术在水利工程质量检测中的应用

毛新宇

湖北中精衡建筑检测技术有限责任公司

湖北省武汉市 430000

摘要：随着社会的进步，科学技术的不断发展，超声波对人们的生活和工作的影响越来越大，应用范围更加广泛。由于超声波具有能力集中，没有物理性伤害等优点，在医学、通讯等行业得到了广泛应用。其中，超声波检测技术在水利工程质量检测中的应用，能够准确对混凝土的强度及缺陷和钢焊缝内部质量等进行检测，确保其质量的安全性。

关键词：超声波检测技术；水利工程；质量；检测；应用

1超声波

超声波是一种波长极短的机械波，在空气中波长一般短于2cm(厘米)。它必须依靠介质进行传播，无法存在于真空(如太空)中。它在水中传播距离比空气中远，但因其波长短，在空气中则极易损耗，容易散射，不如可听声和次声波传得远，不过波长短更易于获得各向异性的声能，可用于清洗、碎石、杀菌消毒等。

2超声波在水利工程质量检测中的应用特征

超声波在物质均匀分布的环境中其声波很少有所衰减，除非遇到物质分布密度出现变化的界面如孔洞、裂缝或其余杂质等可能会导致其声音波形出现变化，目标的内部问题也将因此而被检测出来，其有着以下几方面特征：(1)超声波检测技术主要通过声波发射器、接收器和检测仪所组成，在检测过程中，尤其要注意对设备的扫查速度和探头进行选定，检测时设备应当与检测目标达成垂直，并确保所发出的声波可以全面覆盖到检测区域，以此来避免出现漏检情况。而在对探头进行设置时，其在相同时间内的移动距离上应不超过扫查距离，发射频率和功率要尽量大，以此来确保扫查结果达到准确。(2)在检测的过程中，为了让检测探头与检测目标表面更好的贴合在一起，使超声波检测更深入到目标物体的内部)，需要使用甘油、水玻璃或合成机油等耦合剂将两者粘合在一起，以保证检测效果能够更加准确。

3超声波检测技术在水利工程质量检测中的应用

3.1混凝土强度检测

预留混凝土试块和现场取芯样法为最常见的强度检测方式，针对不允许现场取芯样且对预留试块质量存在质疑的情况，比较适宜的检测方法为超声波法。混凝土质量稳定性差且原材料组分多样，即使同标号混凝土其组成材料的变化也会引起超声波传播速度的改变，另外混凝土内部存在水泥与砂、水泥与石子等多种截面，在穿透以上不同界面时超声波将产生衍射、反射等。因此，要在超声波变化与混凝土之间建立简单的线性数学模型存在较大难度，通常将混凝土假定为弹塑性均质材料。由于混凝土的组成材料比较复杂且类型多样，从而使得超声波获取的检测结果往往存在一定的偏差，超声传递速度与原材料质量状况直接相关，即使在原材料相同的情况下，超声速度也会因混凝土配合比的不同而存在差异。硅酸三钙等矿物掺合料的含量越高则水泥细度越大，超声传播速度随着掺合料细度的增大而提高，由此检测显示的混凝土强度值偏高，这与混凝土实际情况相反；另外，较粗骨料含量较少的混凝土而言超声传播速度在粗骨料偏多时更快，检测出的强度值要偏高。所以，为提高混凝土强度测试精度较为常用的方法为多参数综合法，例如混凝土龄期－声速、含水率－声速、振幅－声速、衰减系数－声速、超声声速－混凝土成熟等方法。

3.2混凝土裂缝检测

3.2.1裂缝分类

一般混凝土是由外加剂、砂、石及水泥等多种材料混合而成，由于混凝土使用环境及其自身特性的差异使得裂缝形成的原因不尽相同，最常见的裂缝形式有结构缝、贯穿缝和收缩缝等。水泥水化热过快导致温差过大、养护方式不当等使得内部产生应力集中，当集中应力超过抗拉极限时形成贯穿裂缝；混凝土拌制过程质量控制不合理、水泥用量过多或水胶比过大等因素，可能会在表面形成收缩裂缝；受力条件及基础持力层的改变，使得荷载应力超过混凝土极限抗拉应力而形成的结构裂缝等。

3.2.2裂缝检测

实际工程中要充分考虑混凝土结构类型、裂缝特点等具体情况选择合适的方法。

(1)透射法

实际使用过程中透射法一般适用于结构尺寸规则、面积相对较小的裂缝检测，运用透射法检测裂缝时应在裂缝两侧缓慢移动接受和发射探头，超声波在两者不相交时不发生显著变化；超声波在两者相交时会在裂缝处形成衍射，从而使得接受探头的接受时间和强度发生改变，按照时间和强度变化程度可以获取裂缝的位置及深度。

(2)平行反射法

该方法一般适用于结构尺寸复杂、裂缝面积较大的构件，其中准确获取裂缝周边的声波速度为平行反射检验的重要前提。其中，混凝土龄期、配合比和原材料组成等因素均可对超声速度产生较大影响，因此一般要先获取周边声速值，沿裂缝两侧平行实现裂缝的检测。移动过程中要确保探头和裂缝的距离相近，对于距离较远的情况，检测结果明显小于裂缝实际深度。

3.3钢焊缝质量检测

常用的水利工程钢焊缝质量检测方法有Ｘ射线法和超声波法，工程建设过程中钢焊缝数量较多且检测环境条件比较复杂，所以通常需要较长时间完成检测分析。钢焊缝质量状况采用超声波法检测时具有一定的优势，如工艺操作简单、检测无辐射外泄隐患及适用于较小尺寸等。钢焊缝质量检测的受影响程度随着金属晶粒尺寸的减少而增大，通常采用超声波脉冲变化情况探测钢焊缝存在的缺陷。发射脉冲波和地面回波为超声波检测仪器能够显示的两种信号，超声波在钢焊缝质量良好的情况下能够顺利到达物体底面，所以可根据地面回波前接受到的缺陷回波信号确定被检测裂缝中的缺陷情况，从而实现质量缺陷的准确判断。

3.4应用案例介绍

某地在建设水库的过程中，其蓄水水位被设定为1500米，水库最大坝高65米，总库容达1千万立方米，调节容量为70000立方米。水库电站装机量为2000亿瓦，每小时平均发电为5亿瓦，属于大型二级水利工程。该工程在建设的过程中，因其左右岸重力墩表面出现了数道裂缝，采用了超声波检测法对裂缝进行了检测，检测是采用了跨孔穿透的方式，跨孔间距2米，点间距20厘米，通过波形图，发现波形在裂缝中有着十分明显的衰减现象，而没有通过裂缝的波形则有着十分完整的相似性，其反映结果为：跨裂缝的波形图在0-5.5米的波幅衰减现象明显，经计算，几条裂缝的深度主要分布在5.5-8.5厘米这一区间段，且裂缝宽度和长度都较大，需要及时进行修复。同时，在对其大坝坝面的检测过程中，发现其波幅在3.5-10.5米位置衰减严重，在此区间段之外波形相似度良好，由此而得出其数条裂缝深度分布在3-6.5厘米之间，经现场实地测量证实与检测结果吻合程度很高。

4结束语

在水利工程中因各种原因而导致其出现质量问题是在所难免的，而且问题出现的总是比较隐蔽，很难被轻易观测到。这时，技术人员可以利用超声波来对工程质量进行检测。超声波是指超过2万赫兹的声波，其在人的听觉范围之外且具备及其良好的穿透性和可靠性，对周边环境的影响也几乎没有，能够起到良好的“透视”效果，因此其目前已在工程质量检测中得到了广泛应用。

参考文献

[1]薛翔骏.超声波检测技术在水利工程质量检测中的应用[J].黑龙江水利科技，2020，48(06):132-134.

[2]兰明.基于超声波法的水利工程质量检测应用[J].黑龙江水利科技，2019，47(10):159-161+237.

[3]陈大治.超声法在水利工程质量检测中的应用[J].小水电，2019(05):24-27.