钢衬脱粘、衬砌欠厚查不出？实例解析冲击回波声频法探测结构内部缺陷

钢衬浇筑后，钢板与混凝土之间到底贴得实不实？背后有没有脱空、离缝？传统超声、电磁法在钢衬上往往"力不从心"。今天带你认识一种单面即可作业、不用耦合剂的无损检测好帮手——冲击回波声频法。

一、冲击回波的基本原理

冲击回波法是探测结构内部缺陷的有效手段。激振装置在固体表面击打产生弹性波，让波在被测体里来回反射，再经频谱分析（快速傅里叶变换、最大熵法等）即可读出结构的厚度、材质和缺陷信息。

 

冲击回波法检测示意图（左图）和频谱示意图（右图）

由于利用的是冲击弹性波中的 P 波成分，根据频谱上对应的反射周期，就能算出钢板厚度或缺陷深度：

H=Vₚ·T/2

式中：H 为衬砌结构厚度或缺陷深度计算值（m）；

Vₚ 为 P 波在衬砌中的传播波速（km/s，由现场标定得到）；

T 为频谱图上对应的反射时间（s）。

当二次衬砌内部存在较大规模或较浅的脱空、平行离缝、表面离缝时，入射波和反射波需要绕过离缝，往复时间会明显延长。

 

图3 离缝绕射示意图

综合频谱上的缺陷反射峰与衬砌背面反射信号的变化，就能判定衬砌厚度、缺陷有无及其位置。

二、检测标准

1、《水电工程物探规范》NB/T 10227-2019；

2、《水利水电工程勘探规程 第1部分：物探》SL/T 291.1-2021；

3、《冲击回波法检测混凝土缺陷技术规程》JGJ/T 411-2017。

三、冲击回波声频法的技术优势

非接触、免耦合：采用拾音器接收信号，传感器无需紧贴构件、不涂耦合剂，单面即可作业，检测效率高、适用面广。

看得深、判得准：可检测混凝土或钢衬脱空、层间分离、内部空洞、厚度异常，检测深度一般可达 0.2～2m。

脱空类缺陷更敏感：该方法消除了传感器本体共振干扰；面对较大规模或较浅的脱空、离缝，反射波绕射使往复时间明显延长，缺陷更易被识别。

钢衬场景的"唯一解"：钢衬只有一个检测面，电磁法与传统超声都已不适用；而钢材材质相对混凝土更均一，冲击回波声频法的检测效果更好。

四、工程应用场景

隧道工程：衬砌厚度，以及衬砌背后脱空、空洞、混凝土疏松、表层剥离等。

轨道交通工程：轨道板与砂浆层、底座板之间的层间脱空/离缝大面积连续扫描普查。

桥梁工程：箱梁、桥面板厚度，内部空洞与蜂窝不密实，桥面铺装脱空、梁板与垫层界面分离。

市政与房建工程：地下室底板/顶板、剪力墙、筏板，车库顶板防水层下脱空，楼板空鼓与内部空洞。

水利工程：坝面混凝土面板、闸室、溢洪道等内部空洞、层间脱空与结构厚度。

其他混凝土构件：预制构件、钢管（衬）混凝土界面脱空，机场道面与大型地坪层间脱空普查。

五、现场检测注意事项

测点布置：测点均匀布设并编号，覆盖缺陷区、厚度变化区及代表性正常区；表面平整洁净，清除浮浆、油污、蜂窝松散层。

耦合与激振：激振头与传感器充分耦合，耦合不良会引入杂波；击打方向垂直于测面，力度适中、点位稳定，同一测点重复激振取稳定频谱。

波速标定（关键）：定量厚度依赖 P 波波速，须先在已知厚度或无缺陷测点标定波速，再代入公式反算，严禁直接套用经验波速；钢衬与混凝土波速差异大，跨介质部位应分区标定判别。

干扰控制：远离强振动、强电磁与风噪，必要时错峰检测；识别钢筋、预埋件、锚固件的额外反射，避免与缺陷反射混淆。

判读与记录：抓住脱空、平行离缝"往复时间延长"的特征，防止漏判浅层大面积离缝；如实记录测点位置、标定波速、击打参数与频谱图，留存原始数据备查。

 

六、应用案例

隧道衬砌混凝土整板欠厚

 

隧道衬砌混凝土局部欠厚

 

隧道衬砌混凝土内部不密实

 

 

钢板试件模型

 

 

钢板脱粘波形分析图（0、1、2脱粘区域）