如何检测混凝土裂缝深度？

（一）超声波检测混凝土裂缝深度（平测法）

该方法只适用于测量混凝土建筑物中深度不大于50cm的裂缝。裂缝内有水或穿过裂缝的钢筋太密时不适用该方法。

1.基本原理

利用超声波绕过裂缝末端的传播时间（简称声时）来计算裂缝深度。

如图1-4所示，若换能器对称地置于裂缝两侧，测得传播时间为t1（超声波绕过裂缝末端所需的时间）。设混凝土波速为v，可得：=AD。则裂缝深度为：

若换能器平置于无缝的混凝土表面上，相距同样为d'，测得传播时间为t0，则t0v=d，代入式（1-18），则可得：

图1-4　裂缝深度测试

2.检测步骤

（1）无缝处平测声时和传播距离的计算。将发、收换能器平置于裂缝附近有代表性的、质量均匀的混凝土表面上，两换能器内边缘相距为d'。在不同的d'值（如5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm等，必要时再适当增加）的情况下，分别测读出相应的传播时间t0。以距离d'为纵坐标，时间为t0为横坐标，将数据点绘在坐标纸上。若被测处的混凝土质量均匀、无缺陷，则各点应大致在一条不通过原点的直线上。根据图形计算出这直线的斜率（用直线回归计算法），即为超声波在该处混凝土中的传播速度v。按公式d=t0v，计算出发、收换能器在不同t0值下相应的超声波传播距离d（d略大于d'）。

（2）绕缝传播时间的测量。

1）垂直裂缝。将发、收换能器平置于混凝土表面上裂缝的各一侧，并以裂缝为轴相对称，两换能器中心的连线应垂直于裂缝的走向。沿着同一直线，改变换能器边缘距离d'。在不同的d'值（如5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm等）的情况下，分别读出相应的绕裂缝传播时间t1。

2）倾斜裂缝。如图1-5所示，先将发、收换能器分别布置在A、B位置（对称于裂缝顶），测读出传播时间t1；然后A换能器固定，将B换能器移至C，测读出另一传播时间t2。以上为一组测量数据。改变AB、AC距离，即可测得不同的几组数据。裂缝倾斜方向判断法如图1-6所示，将一只换能器B靠近裂缝，另一只位于A处，测传播时间。接着将B换能器向外稍许移动，若传播时间减小，则裂缝向换能器移动方向倾斜；若传播时间增加，则进行固定B移动A的反方向检验。

图1-5　倾斜裂缝的测试

图1-6　裂缝倾斜方向判断法

3.检测结果处理

（1）垂直裂缝深度按式（1-20）计算：

式中　h——垂直裂缝深度，cm；

t1——绕缝的传播时间，μs；

t0——相应的无缝平测传播时间，μs；

d——相应的换能器之间声波的传播距离，d=t0v，cm。根据换能器在不同距离下测得的t1、t0和d值，可算出一系列的h值。把d＜h和d＞2h的数据舍弃，取其余（不少于两个）h值的算术平均值作为裂缝深度的测试结果。

在进行跨缝测量时注意观察接收波首波的相位。当换能器间距从较小距离增大到裂缝深度的1.5倍左右时，接收波首波会反相。当观察到这一现象时，可以用反相前、后两次测量结果计算裂缝深度，并以其平均值作为最后结果。

（2）倾斜裂缝深度用作图法求得。如图1-7所示，在坐标纸上按比例标出换能器及裂缝顶的位置（按超声传播距离d计）。以第一次测量时两换能器位置A、B为焦点，以t1v为两动径之和作一椭圆；再以第二次测量时两换能器的位置A、C为焦点，以t2v为两动径之和作另一椭圆；两椭圆的交点E即为裂缝末端，DE为裂缝深度h。(www.xing528.com)

图1-7　椭圆交会法

4.注意事项

（1）测试时，换能器必须与混凝土耦合良好。

（2）当有钢筋穿过裂缝时，发、收换能器的布置应使换能器连线离开钢筋轴线。离开的最短距离宜为裂缝深度的1.5倍。

（3）在测量绕缝传播时间时，应读取第一个接收信号。有时因换能器与混凝土耦合不良等原因，使第一个信号微弱，误读了后面的叠加信号，将造成测量错误。一般随着探头相互距离逐级增加，第一个接收信号的幅度应逐渐减小。如果情况反常，应检查测量有无错误。

（二）超声波检测混凝土裂缝深度（对、斜测法）

用对、斜测法测量混凝土裂缝深度，适用于有条件两面对测或可钻孔对测的混凝土建筑物。但该方法不适用测量有水的裂缝。

1.基本原理

如果超声波传播路径被裂缝截断，则超声波能量将部分被反射，接收信号振幅、声时将发生变化。根据接收信号的变化，可判断裂缝的存在，从而测知其深度。

2.检测步骤

（1）对于有条件两面对测的结构，如梁、墩、墙体，可采用两面斜测法。检测步骤如下。

1）如图1-8所示，在结构（如梁）一侧或两侧发现裂缝A和B，可布置换能器进行斜测。其中1～1'、2～2'、3～3'、4～4'、5～5'测线斜穿过裂缝所在平面AB。作为比较，再布置不穿过裂缝所在平面的测线6～6'。测试面必须平整，换能器与结构表面声波耦合必须良好。

2）测量各条测线接收信号振幅和声传播时间，以振幅参数作为判断的主要依据。

3）在穿裂缝所在平面的各条测线中，若某（些）条测线振幅测值明显小于6～6'测线，则表明裂缝已深入到这些测线位置，从而确定裂缝的深度。

图1-8　双面斜测法

（a）侧视图；（b）端视图；（c）俯视图

（2）对于没有条件两面对测但可钻孔对测的结构，如坝体、底板、廊道等，可采用钻孔对测法。检测步骤如下。

1）在裂缝两侧对称地打两个垂直于混凝土表面的钻孔，两孔口的连线应与裂缝走向垂直。孔径大小以能自由地放入径向换能器为度。两孔的间距、深度，按以下原则选择：①超声波穿过两孔之间的无缝混凝土后，接收信号第一个半波的振幅能有20mm以上；②当裂缝倾斜时，估计裂缝底部不致超出两孔之间；一般情况下两孔间距为1～3m，如图1-9所示；③钻孔深度应大于裂缝深度0.5m以上。

图1-9　深层裂缝测量法

2）钻孔应冲洗干净，注满清水，将发、收换能器分别置于两钻孔中同样高程上。测量并记录超声传播时间、接收信号振幅等参数。

3）关于接收信号的振幅，可采用两种方法测读：①直接测量示波器荧光屏上接收信号第一个半波（或第二个半波）的振幅毫米数；②利用串接在接收回路中的衰减器，将接收信号衰减至某一预定高度（此高度应小于测量过程中最小的振幅），然后读取衰减器上的数值。

4）使换能器在孔中上下移动进行测量，直至发现当换能器达到某一深度h时，振幅出现最大值，再向下则基本稳定在这个数值左右。此时，换能器在孔中的深度即为裂缝的深度（以换能器中部计）。^[1]

5）为便于判断，可绘制孔深一振幅曲线，如图1-10所示。根据振幅沿孔深变化情况来判断裂缝深度。^[2]

6）当裂缝倾斜时，可用图1-11所示方法进行测量。使换能器在两孔中不同深度以等速移动方式斜测，寻找测量参数突变时两换能器中部的连线，多条（图上只画两条）连线的交点N即为裂缝的末端，判别的根据主要是振幅。