一、技術簡介

表麵波是縱波與垂直極化橫波合成的彈性波，在均質彈性半無限空間中由豎向動荷載激發，沿介質表麵以橢圓形波麵傳播，能量集中於約一個波長深度範圍內，其傳播速度取決於介質彈性常數，與頻率無關。若改變波的頻率即能改變波的波長。若麵波呈正弦振動，可通過相位差公式V=2πfD/ϕ（D為兩點間距，ϕ為相位差，f為震動頻率）計算波速V。根據波的趨膚效應，高頻波傳播深度淺（等效深度D=λ/2），低頻波傳播深。基於此，調節激振頻率可控製探測深度。對於均勻混凝土，不同深度波速恒定；若混凝土內部不均勻，波速隨深度變化，形成頻散特性。穩態表麵波法通過改變激振頻率，測量對應波速，可逐層掃描混凝土內部特性。裂縫深度檢測利用表麵波遇裂縫時的頻散特性。當波傳播至裂縫區域：若波長λ<d（d為裂縫深度），波在縫口發生透射及反射，相對傳播路徑增加，波受裂縫阻隔；若λ>d，大部分表麵波直接繞過縫的頂點繼續傳播，裂縫對傳播路徑影響不大。通過降低頻率增大波長，當λ=d時，直達波與繞射波疊加，相頻曲線出現特征交點，對應特征頻率f0。由f0計算λ，即得裂縫深度d=V/f0。該方法通過分析相頻特性曲線的差異，精準識別裂縫深度。

二、主要技術指標

表麵波在不同深度範圍的結構體中傳播，波動參數會發生變化，通過調整穩態震源的激震頻率來獲取不同深度的混凝土參數，實現結構體內部構造逐層掃描，從而實現混凝土質量的檢測及診斷，是目前國內解決大體積混凝土建築物裂縫深度檢測的有效技術手段，其主要技術指標如下：（1）表麵波激振器激振頻率範圍：10Hz-10KHz；（2）拾振器頻率範圍：2Hz-10KHz；（3）檢測深度與穩態震源的激震能量有關，深度範圍10cm-10m；（4）探測目標：混凝土結構物、岩石基礎與沙土結構物；（5）檢測不對結構體產生破壞，屬無損檢測；（6）不受結構體中鋼筋、水的影響。

三、社會經濟效益、應用情況及適用範圍

（1）社會經濟效益：大體積混凝土建築物裂縫深度檢測技術及裝備由我院自主研發，擁有完全自主知識產權，經專家鑒定，達到國際先進水平，曾獲得國家科技進步二等獎。一般情況下，單個測點檢測基準費用為3500元，大體積混凝土建築物裂縫成因複雜，根據現場環境在有縫區和無縫區分別布置測點，檢測基準費用需乘以調整係數。一般檢測測線長度按10m計，測點間距1m，費用為77000元。該檢測係統依托自有資金，前期投入180萬元；推廣應用期累計投入100萬元，已成功在近20個項目推廣應用；目前已收回全部投資。通過技術改造和升級，進一步提高檢測精度，填補了大體積混凝土檢測領域的空白，提升了水工建築物的安全運行能力，社會效益和經濟效益可觀。

（2）應用情況：上世紀90年代，首次采用穩態表麵波技術參與東風大壩裂縫防治研究，專題通過部級鑒定並獲國家科技進步二等獎；利用自研的穩態表麵波檢測儀檢測爆破開挖對三峽大壩壩基的破壞深度及分布情況。2003至2009年，對二灘水電站右岸壩肩裂縫進行檢測，掌握了裂縫深度及發展形態。此後，先後成功應用於葛洲壩電廠主廊道及船閘裂縫檢測、豐滿大壩裂縫檢測、楓樹壩電站大壩裂縫檢測、上海太浦河混凝土岸坡質量檢測、陳村電站大壩裂縫檢測、普洱地震震損水庫安全檢測、柬埔寨甘再水電站大壩裂縫檢測、齊熱哈塔爾水電站廠房底板裂縫檢測等近20個大中型水利水電工程，解決了大體積混凝土裂縫檢測中的諸多難題，結果準確度高，經濟和社會效益顯著。

（3）適用範圍：在大體積混凝土裂縫及缺陷無損檢測領域，針對國內外采用瞬態麵波頻譜法檢測存在的不足，采用穩態單頻脈衝波作為激發震源，通過產生單一固定頻率的表麵波信號來控製表麵波波長，從而控製表麵波的傳播深度，實現對混凝土內部質量的評價，為解決大體積混凝土深層質量無損檢測開辟了新途徑。該技術是實現大體積水工混凝土無損檢測的有效手段，不受結構物中水和鋼筋的影響，可推廣應用於大體積混凝土建築物的開口縫、隱蔽縫、有充填物的縫、水平縫等裂縫深度檢測，以及大體積混凝土內部缺陷檢測、混凝土結構物結合麵檢測、內部蜂窩和空洞檢測、壓力鋼管灌漿質量檢測以及大體積混凝土澆築質量及內部缺陷檢測與診斷。

四、技術圖片

圖1  穩態表麵波裂縫檢測布置示意圖

圖2  穩態表麵波裂縫檢測技術采集界麵

圖3  穩態表麵波裂縫檢測點頻率-時間曲線

五、其他

技術持有單位：中國水利水電科學研究院，北京中水科工程集團有限公司

技術聯係人：楊玉波，室副主任，13501130696，010-68781727,yangyb@iwhr.com