大型水利工程施工中混凝土大坝活动裂纹检测方法

摘要：在大型水利工程施工中，混凝土大坝作为重要的水工建筑物，其安全性与稳定性至关重要。然而，由于施工过程中的各种因素以及长期运行过程中的环境荷载和内部应力变化，混凝土大坝常会出现活动裂纹。这些裂纹不仅影响大坝的整体结构强度，还可能导致渗漏、变形等安全隐患，甚至引发严重的工程事故。因此，对混凝土大坝活动裂纹进行准确、高效的检测，是确保大坝安全运行的关键。

关键词：大型水利工程施工；混凝土大坝；活动裂纹；检测方法

引言

混凝土大坝在水利工程中扮演着至关重要的角色，其结构安全直接影响到整个工程的安全运行。然而，由于混凝土材料的特性以及复杂的环境因素，大坝在施工和运行过程中容易出现活动裂纹。活动裂纹不仅影响大坝的外观，更可能导致结构失稳，甚至引发灾难性事故。因此，及时、准确地检测混凝土大坝的活动裂纹，对于保障大坝的安全运行具有重要意义。

1混凝土大坝活动裂纹检测的重要性

1.1保障大坝结构安全

混凝土大坝的活动裂纹是结构老化和外部应力作用的重要标志。裂纹的存在可能导致大坝局部或整体失稳，严重时甚至引发溃坝事故。通过定期检测活动裂纹，可以及时发现潜在的结构问题，采取相应的加固和维护措施，确保大坝的安全运行，避免灾难性后果。

1.2延长大坝使用寿命

混凝土大坝在长期使用过程中，受环境因素（如温度变化、冻融循环）和荷载作用的影响，容易出现裂纹。活动裂纹的扩展会加速大坝材料的劣化，缩短其使用寿命。通过精准检测裂纹的活动情况，可以制定科学的维护计划，延缓裂纹扩展，从而延长大坝的使用寿命，提高经济效益。

1.3优化维护成本

活动裂纹的检测有助于提前发现大坝的损伤，避免因裂纹扩展导致的重大维修或重建。通过早期干预，可以减少维修的复杂性和成本，优化维护资源的分配。此外，精准的裂纹检测数据可以为大坝的维护决策提供科学依据，避免不必要的过度维护，进一步降低运营成本。

2混凝土大坝活动裂纹的成因

2.1材料因素

混凝土的配合比设计不合理，可能导致水泥用量过多，水化热过大，引发温度应力裂纹。骨料质量不合格，如含泥量高、级配不良，会降低混凝土的强度和耐久性。外加剂使用不当，如掺量不准确或与水泥不兼容，可能引起混凝土收缩增大，导致裂纹产生。此外，混凝土材料的均匀性差，局部强度不足，也会在受力时形成裂纹。

2.2环境因素

温度变化引起的热胀冷缩，可能导致混凝土内部应力分布不均，产生温度裂纹。湿度变化引起的干缩湿胀，会使混凝土表面与内部收缩不一致，形成干缩裂纹。风荷载引起的振动，可能加剧混凝土的疲劳损伤，导致裂纹扩展。

2.3施工因素

浇筑速度过快，可能导致混凝土内部气泡无法充分排出，形成蜂窝或空洞，增加裂纹风险。振捣不充分，会使混凝土密实度不足，局部强度降低，易产生裂纹。养护不及时或不充分，会导致混凝土表面水分蒸发过快，产生收缩裂纹。此外，施工缝处理不当，可能成为裂纹的起始点。

2.4荷载因素

水压力过大，可能使混凝土内部应力超过其抗拉强度，产生水力劈裂裂纹。地震力作用，会使混凝土结构产生剧烈振动，导致局部应力集中，形成裂纹。荷载分布不均匀，可能使混凝土局部受力过大，产生剪切或弯曲裂纹。

3混凝土大坝活动裂纹的检测方法

3.1目视检测法

目视检测法依赖于工程技术人员对大坝表面进行系统性的人工观察与记录。检测时需对大坝迎水面、背水面、廊道等关键区域实施分区扫描，重点检查混凝土接缝处、孔洞周边、水位变动区等易产生应力集中的部位。操作人员通常配备高倍望远镜、裂缝宽度对比卡、数码相机等基础工具，通过近距离观测裂纹的走向、宽度、长度等表观特征。对于疑似裂纹区域，需采用裂缝测宽仪进行精确测量，并通过图像记录建立裂纹发展档案。该方法受环境光照条件、观测角度、检测人员经验等因素制约明显，尤其在复杂曲面或高空区域易产生视觉盲区。长期监测中需制定标准化的检测流程和记录表格，通过定期复检对比裂纹形态变化。由于缺乏量化数据支撑，检测结果主观性较强，多作为初步筛查手段与其他技术方法配合使用。

3.2超声波检测法

超声波检测基于弹性波在混凝土介质中的传播特性差异实现裂纹识别。检测系统由高频脉冲发生器、压电换能器和信号接收装置构成，通过分析超声波传播路径上的声速衰减、波形畸变等参数异常判断内部缺陷。实际操作中采用穿透式或反射式两种模式：穿透式需在待测区域两侧布置发射与接收探头，测量超声波穿透混凝土的时域信号；反射式则利用单侧探头接收结构内部缺陷的反射回波。检测前需建立混凝土基准声学参数数据库，包括正常区域的声速值、振幅衰减系数等特征量。检测过程中需严格控制探头耦合状态，采用专用耦合剂确保声能有效传递。数据分析涉及时频域信号处理技术，需通过小波变换消除环境噪声干扰，运用神经网络算法实现缺陷类型的智能识别。该方法对操作人员的技术要求较高，需同时具备声学理论知识和工程实践经验。

3.3声发射检测法

声发射技术通过捕捉混凝土结构在荷载作用下裂纹扩展释放的瞬态弹性波实现动态监测。系统由分布式声发射传感器阵列、信号调理单元和数据采集系统组成，传感器按三角形网格布置于大坝关键部位表面。裂纹活动产生的应力波经传感器转换为电信号后，通过阈值触发机制启动多通道同步采集。信号处理包含波形特征提取、源定位计算和裂纹模式识别三个核心环节：首先采用希尔伯特变换提取信号的到达时间、峰值频率等参数；继而运用时差定位算法确定声源空间坐标；最后通过聚类分析区分裂纹扩展信号与机械振动等干扰源。监测系统需建立自适应滤波机制消除水流冲击、温度变形等背景噪声影响。长期监测中需定期校准传感器灵敏度，优化传感器布局密度与阵列构型。该方法可实现全天候连续监测，但对信号处理算法的鲁棒性要求极高。

3.4光纤传感检测法

光纤传感系统通过测量光波在特殊处理光纤中的传输特性变化实现裂纹监测。布拉格光栅（FBG）传感器通过检测反射波长漂移量感知混凝土应变，分布式光纤传感（BOTDA/DTS）则通过解析背向散射光强变化实现长距离连续监测。传感器安装采用预埋式或表面粘贴式工艺：预埋式在混凝土浇筑时将铠装光纤植入结构内部，表面式则通过环氧树脂将光纤阵列黏贴于待测区域。裂纹产生会引起局部应变场突变，导致光纤传输损耗异常或光栅波长偏移。系统通过解调仪实时采集光学信号，运用空分复用技术实现多参数同步监测。数据处理需结合有限元模型进行应变场重构，通过模式识别算法区分温度效应与裂纹损伤信号。该方法具有本质防爆、抗电磁干扰等优势，但光纤熔接工艺复杂，长期服役易出现机械损伤。监测系统需配置冗余光纤通道，建立温度补偿模型消除环境因素影响。

结束语

混凝土大坝活动裂纹的检测是保障大坝安全运行的重要环节。本文探讨了多种裂纹检测方法，包括目视检测法、超声波检测法、声发射检测法、光纤传感检测法等。未来，随着技术的不断发展，新型检测技术将不断涌现，为大坝的安全监测提供更加科学、高效的手段。

参考文献

[1]韩文斌.大型水利工程施工中混凝土大坝活动裂纹检测方法[J].水上安全，2025，（01）：103-105.

[2]张敬华，彭丽莎，李世松，等.混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统研制[J].中国测试，2025，51（01）：90-96.

[3]李金花，曾凡妮.水利工程混凝土大坝水下裂纹检测方法研究[J].产业科技创新，2024，6（05）：91-94.

[4]刘念.大坝裂纹检测及量化技术研究[D].重庆交通大学，2024.

[5]杨超.大坝机器人渗漏检测系统与定姿控制研究[D].浙江大学，2017.