钢筋混凝土输电杆裂缝超声诊测及修补技术.pdf

2 0 0 6年 8月 第 3 4卷 第 4期 ( 总第 1 8 5期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Aug． 2 00 6 Vo 1 ． 3 4 No ． 4 ( S e r ． No ． 1 8 5 ) 钢筋混凝土输 电杆裂缝超声诊测及修补技术 Ul t r a s ou nd Exa mi n e o n Fr a c t ur e s i n Re i n f o r c e d Co nc r e t e Po l e o f Po we r Tr a n s mi s s i o n a nd i t s Re p a i r 祝贺 ， 毕春 丽 ( 东北电力大学， 吉林 吉林1 3 2 0 1 2 ) 摘要 ： 针对 由于对钢筋混 凝土 电杆 裂缝 的不科 学诊测 而造成 的反复修 补现象 ， 提 出采用超声 波平 测法检测裂缝 深度 ， 快速 、 准确地诊断电杆结构裂缝 ， 并 给出工程实例 ， 提 出分别 采用环 氧树脂、 甲基 丙烯 酸类 及微膨胀水 泥浆液 修补裂缝 的有效措施 。 关键 词 ： 超声波无损 探伤 ； 修补 技术 ； 电杆 中圈分类号 ： TM7 5 4 ~ T Gl l 5 ． 2 8 5 文献标 识码 ： B 文章 缡号 ： 1 0 0 9 — 5 3 0 6 ( 2 0 0 6 ) 0 4 一 O 0 1 3 — 0 3 在输配电线路 中广泛应用 的钢筋混凝土电杆 ， 因其直接暴露于野外 ， 在运行 中有些杆身会 出现裂 缝 ， 又不能随意更换 ， 杆身裂缝将对电杆的安全和使 用寿命产生不可忽视的影响。由于对钢筋混凝土电 杆裂缝的不科学诊测而造成反复修补的现象经常发 生 。本文提出采用超声波平测法检测技术检测输电 电杆 内部缺陷， 是利用带有波形显示 的低频超声波 检测仪和频率 为 2 0 ～2 5 0 k Hz的声波换能器 ， 测量 超声波在混凝土中传播的速度 、 波幅及 主频率等声 学参数 ， 并根据这些参数及其相对变化来分析判断 电杆缺陷的一种方法 。该方法采用发射换能器发射 超声脉冲波 ， 使其在被检测混凝土中传播 ， 然后由接 收换能器接收 。 超声波在混凝 土中传播的速度、 首波 幅度及接收信号的主频 由仪器测量出 ， 同时， 上述参 数被转化为电信号后显示在超声仪波形显示器上供 人们分析判断。 正常情况下 ， 当被检测 电杆的组成材料、 施工工 艺条件 、 强度等级、 内部质量及测试距离一定时， 各 测点 的超声脉冲波 的传播速度、 首波幅度等声学参 数一般无明显差异。 但 当被测区 内部存在孔洞 、 疏松 或裂缝 时， 混凝土的整体性和连续性被破坏 ， 在介质 中传播 的超声波便会发生绕射 、 散射 、 衰减等情况 ， 使得通过存在缺陷混凝土的超声波与通过正常混凝 土的超声波在声速、 波幅及频率等参数上发生了明 显 的改 变 。 1 换能器 的布置方式 换能器 的布置方式主要有 对测、 交叉斜测 、 斜 测 、 扇形扫描等几种方式 ， 其超声测试剖面示意图见 图 1 ， L为发射换能器 ， R为接收换能器。本文采用 的平测法是将换能器布置在 同一平面 ， 属于对测 的 一 种 。 2 超声法检测原理 将发射换能器 L置于测试面某一点保持不动 ， 将接收换能器 R以测距 为 1 0 0 、 1 5 0 、 2 0 0 mm 等依次 置于各点 ， 读取相应的声时值n 。 检测裂缝深度示意 图见 图 2 。 当 L、 R换能器的间距较近时 ， 脉冲波沿表面裂 缝 区传播的时间最短 ， 首先到达接收换能器 ， 此时读 取 的声时值反映了损伤混凝土的传播时间。当 L、 R 换能器 的间距较大时 ， 脉冲波穿透损伤层沿着未损 伤混凝土传播 的时间短 ， 此时读取 的声时 中大部分 是反映未损伤混凝土的传播时间。 当 L、 R换能器的 间距 达到某一测距时 ， 沿裂缝 区传播 的脉 冲波与经 过两次角度未损伤混凝土传播的脉冲波同时到达接 收换能器时 ， 声时值的表达有下式 ： ￡ ， ： 一 一 2 jdz _q _ xZ _ ~ _ l o - -2 ． ____Z x ‘ 1 1 ， 收稿 日期 ： 2 0 0 6 — 0 4 — 2 0 作 者简介 ： 祝贺 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 硕士研 究生 ， 现从 事输 电塔 结构研 究工作 。 1 3 维普资讯 2 0 0 6年 8月 第 3 4卷 第 4期( 总第 1 8 5期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Aug． 2 00 6 Vo 1 ． 3 4 No ． 4( S e r ． No ． 1 8 5 ) a ． 对测 b ． 交叉斜 测 R c ． 斜测d ． 扇形扫 描 图 1 超声测试 剖面示意图 裂缝 区 一 一 一 一 一_ ／ 式中： d为裂缝深度 ； z为穿过裂缝 区传播 路径 的水 平投影 ； 为裂缝 区混凝 土声速 ； 为未损伤混凝 土声速 ； 。 为裂缝 区混凝土声速与未损伤混凝 土声 速 交点 所对 应 的测距 。 d d r _ zA 1 一 丢 1 ( + z ) 一 言1 2 z 一 2 一 ：一 1 0 1( +z ) 专 则— — 一 1( +z ) 专 1 Z ——===== √ ； 一 } l o ： ( z + ) 吉 + 一2 — — ?3 1 73 1 ； ～ √ ； 一 } = 每 √ 将各测点声时测值与相应测距值绘制 ￡ 一 ( 声时 一 测距) 坐标 图， 见图 3 。 如图两条直线的交点 B所对 应 的测距定为 。 ， 直线 AB的斜率即是裂缝 区混凝 土的声速 ， 直线 BC的斜率 即是未损伤混凝 土的声 速 ， 则有 ： 2一 1 l t an a — t z-- —t 1 一n 一 再 由 一 每 √ 可 计 算 裂 缝 区 深 度 。 3 实例分析 图 3平测声时一 测距 图 吉林地区 3 5 0 mm 等径输电杆 ， 裂缝位于 电杆 离地 2 ． 5 m 处 ， 仅表面可进行超声波检测 ， 因此采 用平测法获取超声波在电杆中的传播速度 。选定电 杆开裂情况最严重 的 4个 区域进行重点测试 ， 每个 测区选取 5 ～7条裂缝 ， 测量其最大宽度并测定该处 的裂缝 深度 。 检测裂缝深度时， 采用非金属超声波检测分析 仪 N M一 4 A， 1 0 0 k Hz平面换能器 ， 特制定位样板定 位加人工扶持 ， 系统主要参数为 ： 采样间隔 1 ． 1 I t S 采样点数 5 1 2 ； 延迟 8 0 I t S ； 触发方式连续 ； 发射脉宽 1 0 I t S ； 发射 电压 5 0 0 V； 分辨率 0 ． 1 I t S ； 采样 周期 0 ． 4 I t S ； 幅度分辨率 0 ． 3 9 oA； 声时测量精度 0 ． 1 s 。 在测试过程 中， 同时记录声时、 首波幅值 ， 波形曲线 自动数据存储 ， 数据 以 E x c e l 方式传人笔记本 电脑， 可进行处理 ， 生成最终数据。 3 ． 1 测 试结 果 经测试 ， 裂缝 宽度范围为 0 ． 1 7 ～2 ． 3 4 mm， 裂 缝深度最大值为 5 ． 3 5 mm， 裂缝深度超过 5 mm 的 维普资讯 2 0 0 6年 8月 第 3 4卷 第 4期( 总第 1 8 5 期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Aug． 20 0 6 Vo 1 ． 3 4 No ． 4( S e r ． No ． 1 8 5 ) 有 4条 ， 占 1 6 ， 裂 缝深 度 在 3 ～5 mm 之 间 的有 6 条 ， 在 2 ～3 mm 之 间 的有 7 条 ， 在 1 ～ 2 mm 之 间 的 有 7条。测区测试分析结果见表 1 。 衰 1 测试结果 测点波速／ ( m s ) 声 时／ s 计算深度／ mm 3 5 9 1 3 15 4 7． 3 5O． 2 6 3． 7 31 ． 5 3 9． 9 6 5．2 47 ．4 50 ．1 59 ．9 27 ．6 3 3． 9 6 5． 0 26 ． 8 2 9． 8 61 ． 4 38 ．5 55 ．7 72 ．4 33 ．4 58 ．6 6 6． 9 3 6 ．2 4 5．0 6 8． 4 1 ．3 2 1 ．4 5 1 ．4 5 3 ．76 4 ．7 5 4．1 3 1 ． 64 2 ．4 5 2 ． 5O 2 ． O2 2 ．1 3 3 ．4 6 1 ． 47 2． 8 9 2． 97 1 ． 42 1 ． 57 2 ． 84 5．2 4 5 ．3 5 5 ．3 5 3 ．9 8 4． 9 3 5． 13 3 ． 2 裂缝的修补 裂缝所处位置是 电杆的零弯矩点处 ， 承力能力 薄弱 ， 是应力危险点 ， 采取修补结合的技术方案 。混 凝土结构裂缝补用 的化学灌浆材 料应符合 以下条 件 ： 浆液的黏度小 ， 可灌性好； 浆液固化后 的收缩性 小 ， 抗渗性好 ； 浆液 固化后的抗压 、 抗拉强度高 ， 有较 高的黏结强度 ； 浆液固化时间可以调节 ， 灌浆工艺简 便 ； 浆 液应为无毒或低毒材 料 ， 主要采用 环氧树脂 浆 液 。 3 ． 3 具体修补方法 a ． 裂缝 宽度 小于 0 ． 3 mm， 当裂缝 浅而细且条 数很多时 ， 采用环氧树脂浆液进行表面封闭。 当裂缝 细而深时 采用甲基丙烯酸类浆液灌注 。 b ． 裂缝宽度大于或等于 0 ． 3 mm 时， 采用 环氧 树脂浆液灌注。 C ． 当裂缝宽度大于 1 ． 0 mm 时 ， 采用微膨胀水 泥浆液修补 。 对于静止裂缝 ， 即其发展已经稳定和可防止进 一 步发展 的裂缝 ， 可用上述方法处 理； 对 于活动裂 缝 ， 即处于继续发展 尚不稳定的裂缝 ， 应控制其裂缝 发展使其稳定后 ， 采用静止裂缝处理方法处理。 3 ． 4 施工工艺流程 施工时清除电杆表面 的灰尘、 松散物、 污垢 ， 再 利用高压喷射水枪对裂缝纵深清理 。灌浆前先在裂 缝 口安装进浆、 排气、 出浆 的灌浆 口 进浆处安装在 裂缝宽度较大的位置 ， 排气后设置在裂缝末端 。 采用 环氧树脂胶泥封缝。 为了检测裂缝封缝 的密封效果 ， 在封缝材料具有一定强度后进行加压试漏 ， 若发现 封闭效果不佳 ， 则及时密封修补加 固。 将配制的浆液 加入灌浆 口封闭加压， 浆液即注入裂缝 ， 在加压过程 中密切 注意压力表读数 变化 和 出浆 口浆 液溢出情 况 ， 灌浆停止的标志为吸浆率小于 0 ． 1 L／ mi n。 施工 工艺 流程 见图 4 。 裂缝 处 理 检查 结 果 4 结束语 埋灌 浆 口 封 口 结 束 封缝 灌浆 圈 4施工工艺流程 密封 检查 配制 浆液 本文采 用超声波法 进行输 电电杆裂缝深度测 试 ， 准确度较高 。根据换能器布置位置不同 ， 其检测 结果略有差异。 在进行修补工作时， 建议不破坏电杆 表面结构 ， 尽量保持原结构的完整性 ， 细心处理， 以 延长电杆的使用寿命 避免反复修补 。 参考文献 ： ( 1 3 童 寿兴． 混凝土 强度超声波 平测 法检测 技术 [ J ] ． 无损 检测 ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 1 ) ： 2 4 — 2 7 ． ( 2 ] 徐 飞鸿． 混凝 土结构施 工裂缝 的诊断 及其修 补 ( J 3 ． 矿 冶工程 ， 2 0 0 3 ， 1 ( 6 ) ： 9 - 1 1 ． ( 编辑郝 竹 筠) 1 5 维普资讯