冲击回波在泄洪洞衬砌墙混凝土裂缝无损检测中的应用

【摘 要】本文介绍了冲击回波衬砌墙混凝土裂缝检测方法。并通过对比某在建水电站泄洪洞衬砌墙混凝土裂缝冲击回波与钻孔取芯检测成果，验证了冲击回波是一种快速、准确确定衬砌墙混凝土厚度以及混凝土内部裂缝发育深度的无损检测方法。

【关键词】冲击回波；衬砌墙混凝土；检测；厚度；裂缝

1.概况

某在建水电站位于金沙江干流，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等巨大综合效益的枢纽工程。拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高278米，水库总容量126.7亿立方米，电站装机容量1260万千瓦。该水电站枢纽由拦河坝、泄洪、引水、发电等建筑物组成。其中泄洪洞运行时间长、流速高、流量大，因此，泄洪洞工程对混凝土质量要求很高。

在该水电站某泄洪洞龙落尾段衬砌墙混凝土面板施工质量检查中发现第11仓混凝土表面有裂缝产生，且裂缝有少量渗水。衬砌混凝土的裂缝不仅影响衬砌墙的使用寿命，更会导致内部钢筋的锈蚀、直接影响整个泄洪洞工程的结构安全。因此必须查明该仓面衬砌墙混凝土裂缝发育情况及影响范围，为后续处理方案的设计提供依据。为了不对衬砌墙混凝土产生第二次破坏，对该仓面混凝土裂缝采用冲击回波无损检测法。

2.冲击回波法基本原理

冲击回波法是通过在混凝土表面由人工激震产生应力波，该应力波主要包含纵波（P波）、横波（S波）、表面波（R波）。其中，由于纵波传播速度最快、在不同声阻抗介质面间传播时将会产生的多次反射，通过由放置在激震源附近的接收传感器记录反射波引起的结构表面位移，形成振幅波形。利用快速傅里叶变换（FFT）将得到的时间域波形转换为频域波形，即频谱图。通过确定回波的频率峰值f，并依照公式（2-1） 可计算出混凝土内部孔洞、裂缝以及剥离等缺陷深度， （2-1）。其中：h为缺陷深度；Vp是纵波波速；f为回波的峰值频率；b是待检测结构体形状系数，对板或墙一般取0.96，对于梁和柱该值更小。

3.检测过程

3.1初步探测

为初步了解裂缝发育情况，先期在衬砌墙不同高程布置五条水平测线。如图1，其中测线1位于出露裂缝顶端上部，以出露裂缝走向延伸方向为中心；其余四条测线均横跨出露裂缝，以出露裂缝边缘为中心。以每条测线中心为起点，上下游各布置3个测点，每个测点间距20cm。

以裂缝出露为中心，测线2、3、4、5在出露端下游-20cm，-40cm、-60cm测点处冲击回波所检测数据得到的计算深度均大于1m。考虑到混凝土衬砌墙厚度处于1m～2m间，并且结合现场勘查资料，可认为该计算深度值为混凝土衬砌墙与基岩结合面。同时，在裂缝出露端上游的20cm、40cm、60cm处检测点数据所得到的计算深度均小于0.3m，经过对频率异常的分析，此深度应为混凝土内裂缝发育所形成的剥离层面深度。

需要特别指出的是，从图2冲击回波检测频谱图中可以看出，在 f2=10009.7Hz处混凝土内钢筋所处深度频率峰值非常明显，甚至与缺陷深度f1=3611.3Hz频率峰值接近。因此，在工程检测和数据分析中应尽量消除钢筋影响。

3.2全面检测成果分析

为全面详细检测某水电站泄洪洞龙落尾段第11仓混凝土衬砌墙裂缝发育深度及所形成剥离层的影响范围，将初步检测时的5条测线往出露裂缝边缘上游延伸布置，并且每条测线各测点间距缩小为10cm，共计212个测点，经过对仓面混凝土裂缝出露上游的全面覆盖检测及数据分析，结合混凝土衬砌墙施工情况，绘制混凝土裂缝深度及影响范围等值线图以描述裂缝发育情况。

该泄洪洞龙落尾段第11仓衬砌墙混凝土内部弹性波异常较为明显。裂缝在衬砌墙内部形成的剥离影响范围如图2所示“区域1”、“区域2”与“区域3”，并且裂缝发育深度不一。裂缝发育最小深度位于衬砌墙“裂缝出露边缘”，最大深度位于衬砌墙内部约为50～60cm。其中“区域1”和“区域2”范围内弹性波异常明显，裂缝发育深度较浅，处于0～30cm之间；并且裂缝呈明显张开；“区域3”范围内，弹性波异常较弱，判定为裂缝发育较深，约为30～60cm，并且混凝土内部挤压较紧密、裂缝张开情况不明显。

3.3钻孔验证对比

通过对钻孔芯样的实测，在距衬砌墙面板深度约7.6cm处发现贯穿裂缝。该钻孔取芯成果验证了裂缝在衬砌墙混凝土内部的发育延伸情况，同时与附近冲击回波检测成果所显示的缺陷深度8.0cm相比，仅差5%。

4.结束语

冲击回波法对于衬砌墙混凝土内发育并在结构内部形成剥离的裂缝深度能有较准确的检测结果，是一种快速、有效、经济的无损检测方法。但在冲击回波检测中，因混凝土衬砌墙内部多埋有钢筋，判别频谱图内缺陷深度时易受到钢筋埋深频率峰值的影响，因此在数据分析时应能对其准确识别，并消除对检测结果的影响。