水利水电技术第４６卷２０１５年第１期 冲击映像法在渡槽竖墙空鼓裂缝 检测中的应用 黄 涛 ，冯少孔 ，朱新民 ，张国新 ，赵丽娜 （１．中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８；２．上海交通大学，上海２０００３０） 摘要：某大型调水工程渡槽波纹管灌浆不密实、注浆封堵不严使其内部积水，冬季波纹管冻胀导致 渡槽竖墙内部破裂产生空鼓裂缝。受钢筋网密布和波纹管存水的影响，超声法、电磁法均无法有效检 测到空鼓裂缝。本文介绍了选用冲击映像法对渡槽竖墙空鼓缝分布范围的检测。经钻芯取样验证，检 测结果真实可靠。 关键词：预应力混凝土结构；空鼓裂缝；冲击映像法；无损检测 中图分类号：ＴＶ６７２．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００．０８６０（２０１５）０１ ００６０—０５ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｈｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗａｌｌ ｏｆ ａｑｕｅｄｕｃｔ ＨＵＡＮＧ Ｔａｏ ，ＦＥＮＧ Ｓｈａｏｋｏｎｇ ，ＺＨＵ Ｘｉｎｍｉｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏｘｉｎ ，ＺＨＡＯ Ｌｉｎａ （１．Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３８，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｔｈｅ ｂｅｌｌｏｗｓ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｆｏｒ ａｎ ａｑｕｅｄｕｃｔ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｗａｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｎｏｔ ＳＯ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌｕｇｇｉｎｇ ｏｒ ｔｈｅ ｇｒｏｕｔｉｆｎｇ ｉｓ ａｌｓｏ ｎｏｔ ＳＯ ｃｌｏｓｅｄ，ｗａｔｅｒ ｉｓ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｉｎｓｉｄｅ ｏｆ ｉｔ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｒｏｓｔ ｈｅａｖｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅｌｌｏｗｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｎｔｅｒ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ ｉｎｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ａｑｕｅｄｕｃｔ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｅｎｓｅｌｙ ａｒｒａｎｇｅｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅｌｌｏｗｓ，ｔｈｅ ｈｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ ｉｎｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ａｑｕｅｄｕｃｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｈｅｒｅｉｎ．Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃｏｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｔｒｕｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｈｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｒａｃｋｓ；ｉｍｐａｃｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ｎｏｎ—ｄｅｓｔｕｃｔｉｒｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ＰＳＢ７８５ ＭＰａ级 ３２ Ｉｎｎ精轧螺纹钢筋。２０１１年５月 ～２０１１年１１月期间，先后完成５跨渡槽的施工任 预应力钢筋混凝土常用在桥梁、渡槽等大跨度 结构工程中。预应力通过对预应力筋进行张拉和锚 务。２０１２年１０月在对渡槽施工现场进行例行检查 时，发现已浇的５跨槽墙有很多竖向表面裂缝，对其 固，将钢筋的弹性回缩作用在混凝土上，使混凝土 事先获得预压应力来实现，达到增强混凝土抗拉裂 墙面敲击检查，发出类似敲击梆鼓的声音，由此开展 渡槽缺陷的无损检测。 混凝土无损检测技术主要有超声波法、冲击回波 能力。某大型调水工程渡槽采用三向预应力混凝土 结构，渡槽设计流量２３０ ＩＴＩ ／ｓ，加大流量２５０ Ｉｎ ／ｓ， 每跨３孔，单跨长４０ ｍ、宽２４．３ ｍ、高９．１ ＩＴＩ，底板 厚０．４ ｍ，底板横梁宽０．４５ １ＴＩ、高０．７ ＩＴＩ，边墙厚 ０．６ Ｉｎ，中墙厚０．７ Ｉｎ。竖墙采用后拉法双向预应力， 纵向为１ ８６０ ＭＰａ级９ １５．２预应力钢绞线，竖向为 ６０ ２０１４一Ｏ３—０６ 收稿日期： 基金项目： “９７３”项目（２０１３ＣＢ０３６４０６，２０１３ＣＢ０３５９０３）；“十二五”科 技支撑项目（ＳＱ２０１３ＢＡＪＹ４１３８）。 作者简介： 黄涛（１９７８一），男，高级工程师。 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．４６ Ｎｏ １ 黄涛，等 中击映像法在渡槽竖墙空鼓裂缝检测中的应用 图２冲击映像设备连线实物图 ｍ、２．６ ｍ、３．６ ｍ、４．６ ｍ，并依次命名为测线１～ 测线６。每条测线共布置ｎ个测点，设定测点等间 隔２０ ｅｍ排布在测线上，图３中黑点表示锤击点或 检测点位置。锤击点位于测线１的起点位置Ｐ１，检 波器至少需要２个，检波器１位于Ｐ２，检波器２位 于Ｐ３，敲击激发锤时，记录仪自动记录一个波形数 据文件；激发锤和检波器同时向前移动一个间隔２０ ｅｍ，锤击点位于Ｊｐ２，检波器１位于Ｐ３，检波器２ 位于Ｐ３Ｐ４，再锤击记录下一个波形数据文件，依 次在测线１上的测点完成检测工作。依照测线１的 检测步骤，依次完成后面５条测线的检测工作。需 要注意一点，在检测过程中锤击的力度保持均与适 中，避免后面加速度均一化处理过程中给冲击振幅 带来较大误差。 Ｅ ～ 褪 距离／ｍ 图３ 竖墙测线及测点布置示意 ３检测过程及结果分析 ３．１ 空鼓区检测判定标准 冲击映像法得到的是沿测线的冲击响应波形和 响应强度分布。为了确立冲击响应强度与缺陷间的 对应关系，需要结合现场试验结果确定冲击响应强 度（平均响应振幅）与缺陷严重程度的对应关系，也 可通过三维有限元模型，模拟出缺陷与响应强度的 薹 ｉ１２厂———— —— ｝ 二 二Ｉ． ——］ Ｉ三 ０ ５ １０ 二１５ ２Ｏ ２５ ３０ ３５ ４０ 薹 距离／ｍ 图４冲击映像法不同缺陷的判定标准（响应强度无量纲） ３．２数据处理及结果分析 冲击映像法数据分析一般有波形分析法、频谱分 析法和时一频分析法。波形分析法主要分析沿测线波 形特征（振幅、持续时间等）的变化；频谱分析法主 要分析沿测线弹性波频谱特征的变化，包括卓越频率 的变化和卓越频率对应的频谱幅值（称为卓越响应） 的变化：时一频分析主要是利用连续小波变换、短时 傅里叶变换等分析弹性波频谱随时间的变化。波形分 析法多用于简单介质（单一介质）的检测，而频谱分 析和时一频分析法多用于有多种介质构成的复杂介质 系统的检测数据分析。 本文检测对象为均质混凝土，采用波形分析法。 分析时，除了把波形展开在测线上外，还要统计平均 振幅沿测线的变化。由于平均振幅反映了介质对冲击 振源的响应大小，称其为响应强度，是判断混凝土内 部有无空鼓裂缝的重要指标。通常数据处理有如图５ 所示的８个流程。 按照图５给出的流程处理数据，（１）每个文件 有２４道波形，现场采用２个检波器接收信号，故只 有２道波形有效，给每个文件添加位置信息；（２） 创建共偏移集，方便抽取每个文件有用道的波形； （３）经过加速度归一化处理；（４）噪音滤波处理； （５）创建出测线的断面波形图；（６）然后创建测线 的冲击映像图，如图６创建出测线２的冲击映像 图；（７）再绘制出平均振幅的冲击响应曲线图，如 图７绘制出了测线２的平均振幅响应图；（８）对每 条测线进行规范冲击响应曲线处理，最后形成整个 水利水电技术第４６卷２０１ ５年第１期
