回彈法在超大型渡槽混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：為檢驗(yàn)超大型渡槽建造質(zhì)量，采用回彈法對(duì)南水北調(diào)中線工程沙河渡槽混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行無損檢測(cè)，建立適用于沙河渡槽工程的冪函數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線。并與鉆孔取芯法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證該回彈測(cè)強(qiáng)曲線的可靠性。結(jié)果表明，首次采用的預(yù)制渡槽架設(shè)施工工藝所完成的渡槽槽體質(zhì)量?jī)?yōu)良，研究成果能夠?yàn)榛貜椃z測(cè)沙河渡槽混凝土抗壓強(qiáng)度規(guī)程的制定提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超大型渡槽；混凝土抗壓強(qiáng)度；回彈法；測(cè)強(qiáng)曲線

中圖分類號(hào)：TU755.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）01-0126-03

Application of Rebound Method to Concrete Strength Test

of Super Large Aqueduct

YI Nan YAO Linxiao SHANGGUAN Linjian XU Chuang

（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450045）

Abstract： In order to test the construction quality of the super large aqueduct，rebound method was applied to nondestructive testing the compressive strength of concrete structure of Shahe aqueduct in middle route of South to North Water Transfer Project. A power function curve for Shahe aqueduct project was established. The reliability of the rebound strength curve was verified by comparison with the drilling coring method. The test results showed that the aqueduct constructed by adopting the prefabricated aqueduct for the first time had good quality. The research results can provide a reference for the determination of the concrete strength of Shahe aqueduct by rebound method.

Keywords： super large aqueduct；concrete compressive strength；rebound method；strength measurement curve

沙河渡槽是南水北調(diào)中線工程中規(guī)模最大、技術(shù)難度最大的控制性工程，單榀渡槽長(zhǎng)29.96m，高9.2m，寬9.3m，槽壁厚0.4m，混凝土土方量461m3，單榀自重1 200t，是國(guó)內(nèi)最重的梁式預(yù)制架設(shè)渡槽（見圖1）。以大流量、大過流斷面、大跨度為特征的大型渡槽結(jié)構(gòu)，目前國(guó)內(nèi)外尚無對(duì)應(yīng)的成熟機(jī)械化施工設(shè)備與施工工藝，經(jīng)過多方專家反復(fù)論證，沙河梁式渡槽使用集中預(yù)制架設(shè)法，即在制槽場(chǎng)預(yù)制渡槽，通過提運(yùn)設(shè)備將預(yù)制好的渡槽運(yùn)到架槽機(jī)處，架槽機(jī)將渡槽安裝到位，重復(fù)操作上述操作，將所有渡槽安裝成功。該施工方法的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外水利工程大流量渡槽中尚屬首次，實(shí)現(xiàn)了大型渡槽的高產(chǎn)能、集約化和程序化施工，但工程建設(shè)質(zhì)量如何，能否保證南水北調(diào)工程的安全是亟待考究的問題。因?yàn)樵诠こ毯笃诘倪\(yùn)行過程

圖1 U型雙向預(yù)應(yīng)力沙河梁式渡槽

中，每榀渡槽將承擔(dān)約2 700t負(fù)荷的考驗(yàn)，這對(duì)混凝土的防滲、抗裂、抗凍以及耐久性、穩(wěn)定性要求很高，為此在通水前對(duì)渡槽實(shí)體混凝土的澆筑質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)具有重大的意義。

1 超大型渡槽混凝土檢測(cè)方法概述

混凝土的檢測(cè)主要是檢測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度，常用的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法有超聲檢測(cè)法、取芯法和回彈法。對(duì)比3種檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)，超聲檢測(cè)法一般用于檢測(cè)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷，檢測(cè)抗壓強(qiáng)度的效果比較差；取芯法可以精確地檢測(cè)混凝土內(nèi)部構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度，但必須損壞混凝土的結(jié)構(gòu)，并且檢測(cè)費(fèi)用較高，不適合成品的檢測(cè)；回彈法適用于檢測(cè)混凝土構(gòu)件表面的抗壓強(qiáng)度，檢測(cè)精度較好，不需要破壞混凝土的結(jié)構(gòu)，而且檢測(cè)費(fèi)用較低。綜上所述，本次采用最普遍、最經(jīng)濟(jì)的回彈法檢測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度。

回彈法使用回彈儀檢測(cè)混凝土表面的硬度，運(yùn)用全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線，通過硬度推算出混凝土的抗壓強(qiáng)度[1]。由于各地適用性的差異，使得運(yùn)用全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線的檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差，不能保證其精確性和可靠性。通過分析影響回彈法檢測(cè)的主要因素，建立沙河渡槽混凝土測(cè)強(qiáng)曲線，將測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算值和芯樣強(qiáng)度值進(jìn)行對(duì)比，如果其相對(duì)誤差達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，則可以認(rèn)為該曲線方程通過驗(yàn)證。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)方案

用回彈法對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)不同澆注日期的140榀渡槽進(jìn)行檢測(cè)，每榀渡槽設(shè)30個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)取16個(gè)測(cè)試點(diǎn)。檢測(cè)區(qū)設(shè)置在渡槽對(duì)稱的兩個(gè)側(cè)面上，每個(gè)測(cè)區(qū)的面積約為0.04m2。相鄰兩測(cè)區(qū)之間的距離不大于2.0m，而且離構(gòu)件端部的距離一般為0.2～0.5m。測(cè)點(diǎn)在測(cè)區(qū)均勻分布，兩測(cè)點(diǎn)之間的距離不小于35mm。檢測(cè)表面應(yīng)保持清潔、平整，測(cè)試時(shí)應(yīng)保持回彈儀的軸線與測(cè)面垂直。每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試一次。取工程中同批次余下的渡槽成品采取取芯法檢測(cè)抗壓強(qiáng)度，并與回彈法得到的抗壓強(qiáng)度推定值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而驗(yàn)證回彈法的準(zhǔn)確性[2-3]。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)如圖2所示。

2.2 試驗(yàn)儀器

①HT-3000重型回彈儀，主要用于檢測(cè)大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大型實(shí)心塊體、大體積鋼筋混凝土構(gòu)件強(qiáng)度。其沖擊動(dòng)能大，所對(duì)應(yīng)的混凝土體積大、檢驗(yàn)深度較深，故測(cè)定混凝土質(zhì)量的可靠程度較好。不僅如此，其檢測(cè)誤差較小，適合沙河渡槽混凝土性能的檢測(cè)。②混凝土抗壓試驗(yàn)機(jī)——YAW-100型電液式壓力試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)采用液壓加荷、電子測(cè)力，具有負(fù)荷數(shù)字顯示、加荷速率顯示、負(fù)荷最大值保持以及過載保護(hù)和斷電數(shù)據(jù)保持等功能。

圖2 回彈法現(xiàn)場(chǎng)檢查圖

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)強(qiáng)曲線的建立

考慮測(cè)量過程中的誤差，舍去16個(gè)回彈值中最大的3個(gè)值和最小的3個(gè)值，把剩下10個(gè)回彈值取平均值即為試塊的回彈代表值R，精確至0.1。取140組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出回彈值與抗壓強(qiáng)度值之間的對(duì)應(yīng)分布散點(diǎn)圖，如圖3所示。

[回彈測(cè)量值][16.8 17 17.2 17.4 17.6 17.8 18 18.2][60

59

58

57

56

55

54

53

52

51][抗壓強(qiáng)度值/MPa]

圖3 回彈值-抗壓強(qiáng)度值對(duì)應(yīng)散點(diǎn)圖

觀察數(shù)據(jù)的分布圖，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，特殊突出的數(shù)據(jù)比較少。由此結(jié)合最小二乘法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析，得出了如下所示的冪函數(shù)回歸曲線方程：

[fccu=0.354 02R1.763 2] （1）

式（1）中，[fccu]為混凝土的強(qiáng)度換算值，R為回彈值。

3 結(jié)果與分析

3.1 驗(yàn)證回彈測(cè)強(qiáng)曲線

為了驗(yàn)證得出的測(cè)強(qiáng)曲線在渡槽混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)中的適用性和精確性，需要與鉆芯法的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，由于工程中的渡槽不能損壞，所以找到同批次余下的渡槽成品進(jìn)行了回彈法和鉆芯法檢測(cè)。對(duì)比回彈測(cè)強(qiáng)曲線的換算值與鉆芯法直接測(cè)得抗壓強(qiáng)度值，分析其相對(duì)誤差。由于篇幅有限共取得15組數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 回彈測(cè)強(qiáng)換算值與芯樣抗壓強(qiáng)度值對(duì)比

[序號(hào)回彈測(cè)強(qiáng)換算值/MPa芯樣強(qiáng)度值/MPa相對(duì)誤差/%155.962.2-10.13258.150.115.97351.857.49.76454.753.81.67554.949.311.34654.050.66.72756.457.9-2.59854.658.5-6.67953.753.50.371055.164.3-14.311155.654.32.391255.257.6-4.171358.655.75.211457.458.6-2.051558.255.54.86]

分析表1中的數(shù)據(jù)可知，15組數(shù)據(jù)中，兩者之間的誤差值在±15%范圍內(nèi)的占總量的90%以上，符合誤差范圍的要求，而且數(shù)據(jù)總體誤差的浮動(dòng)范圍較小，從而驗(yàn)證了回彈測(cè)強(qiáng)曲線的可行性[4]。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證測(cè)強(qiáng)曲線的計(jì)算精度，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別求出了平均相對(duì)誤差和平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算公式分別如下：

[δ=±1n×fcu，ifccu，i-1×100%] （2）

[er=1n-1×i=1nfcu，ifccu，i-12×100%] （3）

式（2）（3）中，[fcu，i]為第i個(gè)抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，[fccu，i]為第i個(gè)強(qiáng)度換算值。

經(jīng)計(jì)算可知，該回歸曲線的平均相對(duì)誤差為0.72%，平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為8.42%。而規(guī)程的要求為平均相對(duì)誤差不大于14.0%，平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不大于17.0%，因此滿足規(guī)程要求。

3.3 工程驗(yàn)證

南水北調(diào)中線工程全線正式通水以來，渡槽運(yùn)行良好，槽體質(zhì)量性能優(yōu)越，接縫止水性能好。截至2016年底，南水北調(diào)中線工程累計(jì)通過輸水58.5億m3，實(shí)現(xiàn)供水效益約53.75億元，工程惠及北京、天津、石家莊、鄭州等沿線18座大中城市的4 000多萬居民，居民用水水質(zhì)明顯改善。1 200t梁式渡槽架設(shè)施工工藝成熟，其跨度調(diào)整、重載轉(zhuǎn)向、整機(jī)整體吊裝、轉(zhuǎn)線工藝的高效性、高穩(wěn)定性與高安全性突出，在國(guó)內(nèi)外尚未有類似技術(shù)，對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)高速鐵路、客運(yùn)鐵路及大規(guī)模橋梁機(jī)械一體施工具有較高的參考價(jià)值。

4 結(jié)論

由于全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線在各地的適用性存在差異，使得其檢測(cè)結(jié)果的精確性和可靠性出現(xiàn)一定的偏差。本研究采用回彈法對(duì)渡槽混凝土進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出適用于沙河渡槽工程的冪函數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線方程。采用鉆芯法對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行驗(yàn)證，并分析數(shù)據(jù)的平均相對(duì)誤差和平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均滿足規(guī)程的要求。檢測(cè)結(jié)果表明首次采用的預(yù)制渡槽架設(shè)施工工藝所完成的渡槽槽體質(zhì)量?jī)?yōu)良。經(jīng)工程實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證了混凝土的強(qiáng)度和性能，節(jié)省了工程成本，保證了工程質(zhì)量。研究成果為沙河渡槽混凝土抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)和規(guī)程的制定提供了參考依據(jù)。

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