超声法探测结构物水下裂缝

总 324期第 i期 2001年 i月 《水运工程》 port＆ Waterway Engineering Total 324 No l Jan．200I 超声法探测结构物水下裂缝 罗骐先，宋人 ，傅翔，王五平 (南京水利科学研究院，江苏 南京 210024) 摘 要：研究开发了用超声法探测结构物水下裂缝的方法。该法测试简便，清水浑水中一样使用，可用于各种类型的结 构，已在 1座水闸底板裂缝探测中成功地应用。 关键词：裂缝；结构物；超声法；探测 中围分类号：U641 9 文献标识码：A 文章编号：1002—4972(2001)01—0009—04 Using U1trosonic Pulse Method to Explore the Cracks of Structures under W ater LUO Qi—xian，SONG Ren—xln，FU Xiang，WANG wu—ping (Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210024，China) Absttact：Untrasonic pulse method Was developed to explore the cracks of structures under water，It is simple and convenient．and has little difference in both clear and muddy water．It is applicable in va~ous structures and has been successfully used for exploring the cracks on the bottom plate of a clough， Key words：cracks；structures；ultrosonic pulse method；exploration 混凝土结构物常因各种原因产生裂缝 裂缝 的存在危害结构的安全和耐久性 为此，对已出 现的裂缝应进行调查检测，以根据裂缝的部位、 状况对结构的安全性进行评估并制定对裂缝的 处理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 对结构水上部分存在裂缝，通常用肉 眼外观检查即可发现。裂缝的宽度可用读数显微 镜或裂缝宽度卡测量。裂缝的深度可采用超声法 或钻孔压水法进行探测。对结构水下部分存在裂 缝，通常的外观检查无法进行。潜水检查或水下 电视发现细微裂缝较困难，特别是水浑时更是不 可能。笔者采用超声法进行探测试验获得成功并 已在工程上实测运用。 1 测试原理殛方法 根据声学原理 可知，声波在传播过程中如 遇到不同介质的的界面将产生反射和透射。垂直 入射到界面的声波声压反射量的大小可以用反射 率 R 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。 对两个半无限大介质构成的界面，反射率 R 由下式计算： R= (1) Z2 T Z P Lc】 = J (2) 式中： z 一第一、二种介质的声阻抗或称特性 阻抗； P 、p 一第一、二种介质的密度； c 、cr__第一、二种介质的波速。 收稿 13期：2000—07—18 作者简介：罗骐先(1941一)，男，四J l中江凡，南京水利科学研究院，教授级高级工程师，从事混凝土无破损检测研究= · 9 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 总324期第 1期 2001年 1月 《水运工程' Port＆ Waterway Engmevfin~ T0t 324No l Jn ．2{301 至于裂缝，它属于夹层对声波的反射。声波 在夹层中往复反射(图 1)。 r r ’ 1 r r 1 ‰ 1 z2 1 田 1 声波通过夹厦的反射与遗射 这种情况下声波声压的反射率 R由下式计 R：藤 (3) m = 旦 (4) 式中：d一夹层的厚度； 一 声波在夹层中的波长； m一两种介质声阻抗之比； z 一夹层两侧介质的声阻抗 ； z 一为夹层中介质的声阻抗。 从式 (3)可见，声波反射率的大小取决于裂 缝宽度、裂缝中充填物(空气或水)的声阻抗以及 声波波长(频率)的大小 图2表示反射率与这些参数的关系。图2中 横坐标是夹层厚度d与声波频率f的乘积。 由于裂缝对声波的反射，当超声发、收换能 器之间存在裂缝时，接收换能器所接收到的声信 号将大大减小。通过与结构正常部位接收信号幅 度的比较可以发现裂缝的存在。当然，如果裂缝 中被水充填，则发现裂缝就困难一些。 为了探测水下裂缝，笔者采用了一发双收的 深测方法 如图3所示，将 1个发射换能器 F与 2 df(珊 姗{z) 田2 混凝土囊障反射宰 △l 田3 趣一探 水下裂缱 个接收换能器 R-、R 组成换能器组 (扬州西蜀仪 器厂生产 JF系列换能器)。换能器组平行于结构 表面布置且距表面一定距离。当发射换能器 F以 扩散角 0发出超声波时，其中有一束超声波以水 与混凝土的第一临界角入射到混凝土表面并沿混 凝土表面滑行传播。滑行波传播一定距离后为接 收换能器R R 所接收。用超声仪测量接收信号 参数 (声时t、振幅A、频率 f) 这些参数反映了 滑行波传播路径上混凝土的情况。将这一组换能 器结构表面平行移动 ，当换能器跨过裂缝时，接收 信号将产生变化。 为研究这种方法的可行性，进行了模拟试 验。如图4所示，在一混凝土底板上有一条裂缝， 在地板上砌一水池，池中灌满水。选择两条测线 (1、2)，将换能器组沿测线移动测量。每条测线测 量 11个测点(图4a)。测点位置以2个接收换能器 R 、R 间的中心点为准。采用北京康科瑞公司生 产 NM型超声仪测读每个换能器所接收到的信号 参数，包括声时t( s)、振幅A(dB)、频率f(kHz) 试验中发现，对于裂缝，声时袒I值没有明显的规律 性变化，故只将参数 A和 f为纵坐标，以测距为横 坐标绘制参数变化图。另外，还增加 (A-一A )、 (￡一 )2条线。这些参数变化曲线如图4b、c 维普资讯 http://www.cqvip.com 总324期第 1期 2001年 1月 《水运工程》 n＆ W Total 324 No J帅 ．．200 2 3 4 6 6 8 9 10 11 (a)模拟试验位置 《8O一 惦)测蛙l结果 同 RD一 番 (c)襁性E 2结果 圈4 超声曩I裂缱模拟试验 十 AI — E + 一 一 A【一Az 十 f 一 十 A， 一 ￡ 一 2^ 一 。+．^ ～ ^ 十 fI～ 从这些参数的变化可看出： (1)当接收换能器一跨过裂缝，该换能器所接 收的上述参数就有变化，这和预想的情况一致。 (2)频率测值的变化较凌乱，这可能是对接收 波取样长度太长 (1 O24点)，经FFT 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 得到的 主频率已不能敏感地反映裂缝的存在。根据以往 的研究 】，接收渡前一、二周期的频率是可以反映 混凝土中缺陷的存在的 (3)振幅的变化能反映裂缝的存在。A 在6 点，A 在5点都明显减小。但仅以单个接收换能 器接收的振幅来判断裂缝的存在有两个问题：① 由于发射换能器与接收换能器间有一定距离，当 接收换能器一跨过裂缝，接收波振幅即减小，但只 要发射换能器还没有跨过裂缝，这种减小就将继 续下去。本次测量中5和 6两个测点的A 、A 值 均低就是这种情况造成。这种情况给裂缝的准确 定位带来一定困难。②由于发射换能器与接收换 能器之间有一定距离，在接收换能器跨缝后，接收 信号的振幅除反映裂缝的存在外，也受发射与接 收换能器之问混凝土表面状况的影响 。如果以单 个 R 或 凡的振幅测值作为判断裂缝的依据而结 构表面各处混凝土质量又不一致，甚至有局部破 损，那么，不跨裂缝的测值彼此间会有一些波动， 这对判断裂缝带来干扰。 (4)为此，笔者选择 2个接收换能器接收信号 振幅测值之差 ，即A，、A 作为判断的依据(图4b、c 中的加粗折线)。采用A 一A 测值判断具有以下 两个优点：①除裂缝所在测点外，其他测点测值基 本不变 ，曲线接近一条水平线变化。这是 由于 A 一 值使表面状况的影响相互抵消的原因。② 仅仅在裂缝所在测点 5一处测值发生明显变化， 有利于确定裂缝的准确位置。 从试验结果看到，在 I、2两条测线上，A 一A 测值都是在裂缝位置发生尖峰一样的明显变化， 说明上述的探测方法及判断方法对发现水下裂缝 是有效的 2 工程实测应用 上海中港水闸是东海边上 1座挡潮兼运输的 水闸。在对该水闸进行检测评估中怀疑闸底底板 是否存在裂缝。由于闸门下游为杭州湾，底板上常 年水位在 1．5m以上，用常规的方法无法检测。笔 者采用超声法对水下底板裂缝进行了探测。 图5是该水闸左边孔结构平面位置图。在闸 室底板上布置 1、2、3三条测线。测线 1、2沿水流 方向布置，用于探测垂直于水流方向的裂缝。测线 3垂直于水流方向布置，用于探测平行于水流方 向的裂缝。将换能器组放入水下沿测线水平拖动， 逐段进行测量。每次测量的问距为 0 40m，可以覆 盖测线上每段混凝土表面。三条测线测量结果示 于图 6。 圈 5 中港水闸左边孔结构布一平面圈 维普资讯 http://www.cqvip.com 总 32A期第 1期 2001年 1月 《水运工程》 Total 324 No 1 Jan．．2001 4。 一 曼 蹙 3。 25 40 — 35 曼 30 群 25 40 — 35 曼 30 25 20 扫描略径① ／ ， ／ ～ I _． ● 距 _]距离(n1) 扫描略柱@ ^ ● ／＼ 厂 ● 0 l 2 3 4 5 6 距闸门距离(m) 扫描路径② — T^、H 0 】 2 3 4 5 6 距柬 墩距畜( 圈6 中港水闸底板裂缱测量结果 从图 6可见，测线 3测值 (A。一A )无明显变 化，表明在该条测线上不存在裂缝。在测线 1、2上 则有 3处明显的测值峰出现 其中距底板4．8m 处是底板的分缝，而在距底板 1．1m和 3．0m处突 出的峰则表示该处存在裂缝。根据测试结果判断， 左边孔闸室底板存在两条垂直于水流方向的裂 缝：一条距闸门 l_lm；一条距闸门3．0m。 从测试结果图看，裂缝处测值 ( 一 )变化 不如模拟试验明显。估计是由于闸底板表面长期 遭受冲刷，形成坑塘一类的破损，这类破损不一定 在底板各处均匀分布，而表面破损又将影响测值 的大小。另外，表面的不平整也使换能器与底板表 面的距离难以始终保持一致，这也使测试结果出 现一些波动。相信如果结构表面基本平整 ，测试结 果应当更为明显 3 结论 《1)用超声波一发双收的测量方法可以探测 水下结构表面的裂缝。可以沿水平方向探测水下 底板、护坦一类结构的裂缝，也可沿垂直方向探测 水下墙体、坝面及桩等结构的裂缝 (2)在处理分析数据时，以2个换能器接收信 号的振幅之差作为判断裂缝的依据具有判断准 确、明显的优点。 (3)超声法探测水下裂缝不受清水浑水影响， 一 样使用。 参考文献： 【1 1 国家建筑工程质量监督检验中心 混凝土无损检测 技术[M1北京：中国建材工业出版社，1996． 【2l 罗骐先．水工建筑物超声检验[Ml北京 水利水电 出版社，1986． 交通水运行业又有 3人荣获全国工程设计大师 和优秀勘察设计院长称号 2000年 12月6日，建设部公布了第三批全国勘察设计大师和全国优秀勘察设计院长名单，其中交通 水运行业分别有1人和2人获此殊荣 他们是：中交水运规划设计院副总工程师牛恩宗同志获得全国工程 设计大师称号；中交第四航务工程勘察设计院党委 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 记王志民同志、中交第三航务工程勘察设计院院长 王陈水同志获得全国优秀勘察设计院长荣誉称号。 本次评选共评出全国工程勘察大师5名，全国工程设计大师 55名，全国优秀勘察设计院长 142名c (交通部水运司技术处 王建斌) · 12 · 维普资讯 http://www.cqvip.com