超長(zhǎng)輸水隧洞襯砌混凝土測(cè)強(qiáng)曲線的建立與應(yīng)用

楊 勝 ，陳 霞 ，王傳寶

（1.遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.遼寧省遼陽(yáng)縣小屯鎮(zhèn)水利站，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

1 工程概要與測(cè)強(qiáng)曲線分類

大伙房水庫(kù)輸水隧洞全長(zhǎng)85.32km，D&B1-2號(hào)洞及D&B2標(biāo)段長(zhǎng)11.91km。該施工洞段采用復(fù)合式襯砌，邊頂拱采用馬蹄形斷面、長(zhǎng)12m的鋼模板臺(tái)車，仰拱采用滑模施工，混凝土方量約為12萬(wàn)m3，施工期為30個(gè)月。該洞段較長(zhǎng)，對(duì)于采用破損法檢驗(yàn)和評(píng)定混凝土強(qiáng)度費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，檢驗(yàn)成本高且損害襯砌的外觀質(zhì)量，而采用便捷的回彈法或超聲回彈法，將成為高效的檢驗(yàn)手段。回彈法和超聲回彈綜合法都需要建立混凝土測(cè)強(qiáng)曲線。

建立曲線所使用的儀器設(shè)備主要有：UTA2000A型超聲無(wú)損檢測(cè)分析儀；ZC3-A型回彈儀；WE-1000B型下置式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；JYE-2000型壓力試驗(yàn)機(jī)。

2 測(cè)強(qiáng)曲線回彈值聲速值的測(cè)試方法

2.1 回彈值試件測(cè)試方法

測(cè)試采用150mm×150mm×150mm的混凝土試件建立回彈與抗壓強(qiáng)度曲線。在試件上選取2個(gè)相對(duì)的測(cè)試面，每個(gè)測(cè)試面取8個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)距試件邊緣不小于3cm。將試件用2.0MPa壓力固定在壓力機(jī)中，用回彈儀分別水平對(duì)準(zhǔn)各測(cè)點(diǎn)，測(cè)定回彈值。從測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中，舍棄3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，將余下的10個(gè)值計(jì)算測(cè)區(qū)平均回彈值。

回彈值測(cè)試時(shí)應(yīng)注意：回彈值測(cè)試面要清潔平整，測(cè)點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)氣孔或外露石子，一個(gè)測(cè)點(diǎn)只允許彈擊一次；彈擊時(shí)，回彈儀的軸線應(yīng)垂直于試件表面，緩慢均勻施壓，不宜用力過(guò)猛或突然沖擊；讀數(shù)時(shí)可將回彈儀頂住表面，或按下按鈕，鎖住機(jī)芯；當(dāng)出現(xiàn)回彈值過(guò)高或過(guò)低時(shí)，應(yīng)查明原因，可在該測(cè)點(diǎn)附近（約30mm）補(bǔ)測(cè)，舍棄原測(cè)點(diǎn)。

2.2 聲速值試件測(cè)試方法

試塊聲時(shí)測(cè)量，應(yīng)取試塊澆筑方向的側(cè)面為測(cè)試面，宜采用黃油為耦合劑；聲時(shí)測(cè)量采用對(duì)測(cè)法，在一個(gè)相對(duì)測(cè)試面測(cè)3點(diǎn)，發(fā)射和接收換能器軸線應(yīng)在一直線上，試塊聲時(shí)值為3點(diǎn)平均值。試塊邊長(zhǎng)測(cè)量精確至1mm，測(cè)量誤差不大于1%。試塊的聲速值按下式計(jì)算：

式中 v—試塊聲速值，km/s；tm—聲時(shí)，s；l—超聲測(cè)距，mm。

3 曲線方程的建立

3.1 回歸分析確定回彈法測(cè)強(qiáng)曲線

3.1.1 計(jì)算線性回歸方程式

根據(jù)實(shí)測(cè)的回彈值、抗壓強(qiáng)度，以最小二乘法計(jì)算出曲線的方程式。

其計(jì)算公式為：

其中：

計(jì)算方式采用CASIO fx－4500PA型計(jì)算器計(jì)算：利用計(jì)算器中的回歸計(jì)算LR模式中的線性回歸計(jì)算，將回彈值和抗壓強(qiáng)度值分別以x和y的格式輸入計(jì)算器中，（xi代表回彈值Ri，yi代表抗壓強(qiáng)度Fcu,i）計(jì)算結(jié)果分別為：

通過(guò)以上數(shù)據(jù)計(jì)算回歸系數(shù)b，以及a和線性回歸方程式：

線性回歸方程式為：

3.1.2 回歸方程式的相關(guān)系數(shù)及其檢驗(yàn)

當(dāng)前數(shù)據(jù)容量為n＝60，對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)為0.268（混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)可信度α＝5%，采用內(nèi)差法計(jì)算）。r＞0.268，因此配成此線性方程是有意義的。

3.1.3 線性回歸方程的精度

由于y和x是相關(guān)關(guān)系，知道了x的值還不能精確地知道y的值，但可以通過(guò)回歸方程求出y的平均值。同一個(gè)x實(shí)測(cè)的y按正態(tài)分布波動(dòng)，算出波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差，則回歸的精度即可估計(jì)出來(lái)，在這里用剩余標(biāo)準(zhǔn)差表示配線的精度：

如用回歸方程來(lái)預(yù)報(bào)混凝土的抗壓強(qiáng)度，95%的機(jī)會(huì)不會(huì)超過(guò)±2S＝±3.196MPa。

3.2 回歸分析確定超聲回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線

3.2.1 計(jì)算回歸方程式

將各試塊測(cè)試所得的聲速值、回彈值及抗壓強(qiáng)度匯總，進(jìn)行多元回歸分析。計(jì)算采用CASIO fx－4500PA型計(jì)算器中回歸LR模式的乘方回歸計(jì)算，計(jì)算公式及結(jié)果分別為：

將以上各值代入正規(guī)方程：

聯(lián)立求解得：

B=-0.085276577

C=0.414032595

因?yàn)镮=A+BJ+CK，

所以A=I-BJ-CK=2.416865215

A經(jīng)ex轉(zhuǎn)換為11.21066116。

最后得回歸方程式為：

fccu=11.21066116vb-0.085276577Rc0.414032595。

3.2.2 相關(guān)系數(shù)

回歸平方和：

3.2.3 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差er計(jì)算

利用計(jì)算器的公式儲(chǔ)存功能將所得的回歸公式儲(chǔ)存到計(jì)算器中，分別輸入聲速值vi和回彈值Ri，計(jì)算出強(qiáng)度值 Fccui。

根據(jù)GBJ107《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》回彈法的平均代表值34.4MPa大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度31.6MPa；超聲回彈法的平均值大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度31.6MPa；2種方法的最小值均符合要求 （強(qiáng)度等級(jí)的95%）。此部位混凝土強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)兩種方法的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)值，反映出這一施工部位的混凝土施工水平優(yōu)良。

4 曲線方程在工程中應(yīng)用的意義

回彈法、超聲回彈綜合法與鉆芯法進(jìn)行結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。回彈法和超聲回彈綜合法具有操作簡(jiǎn)單靈活、適用范圍廣、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，但因其混凝土抗壓強(qiáng)度與某些物理量的相關(guān)性為基礎(chǔ)的，這種相關(guān)性往往受眾多因素的影響其測(cè)強(qiáng)結(jié)果有時(shí)誤差較大。建立測(cè)強(qiáng)曲線是提高回彈法和超聲回彈綜合法檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的重要保障。測(cè)強(qiáng)誤差減小，才能保證所得到的結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度接近于實(shí)際情況，并作為處理混凝土質(zhì)量問(wèn)題或結(jié)構(gòu)性能鑒定的一個(gè)主要依據(jù)。鉆芯法直觀可靠，精確度高，但其成本較高，而且會(huì)造成結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部破壞，因此不能在整個(gè)結(jié)構(gòu)上普遍使用。以大伙房水庫(kù)輸水工程的D&B1-2號(hào)洞及D&B2標(biāo)段主洞段結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)為例，將回彈法、超聲回彈綜合法和鉆芯法的優(yōu)缺點(diǎn)做比較，見(jiàn)表1。D&B1-2號(hào)洞及D&B2標(biāo)段主洞段全長(zhǎng)11.91km襯砌邊頂拱每板11.9m共1000板，每10板為一個(gè)檢驗(yàn)批次；仰拱每100m作為一個(gè)檢驗(yàn)批次，共計(jì)220批。以上費(fèi)用、工時(shí)不包括路途或某些現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作。

表1 鉆芯法、回彈法和超聲回彈綜合法檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)

測(cè)強(qiáng)曲線需要專建專用，它不具有普遍性和代表性。隨著試驗(yàn)儀器的科學(xué)、便攜、簡(jiǎn)潔、實(shí)用，也越來(lái)越多地應(yīng)用到工程檢測(cè)中。

[1]DL/T5150-2001，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]CECS0021988，超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].