回彈法在超大型渡槽混凝土強度檢測中的應用

摘 要：為檢驗超大型渡槽建造質量，采用回彈法對南水北調中線工程沙河渡槽混凝土結構的抗壓強度進行無損檢測，建立適用于沙河渡槽工程的冪函數測強曲線。并與鉆孔取芯法進行對比，驗證該回彈測強曲線的可靠性。結果表明，首次采用的預制渡槽架設施工工藝所完成的渡槽槽體質量優良，研究成果能夠為回彈法檢測沙河渡槽混凝土抗壓強度規程的制定提供參考依據。

關鍵詞：超大型渡槽；混凝土抗壓強度；回彈法；測強曲線

中圖分類號：TU755.7 文獻標識碼：A 文章編號：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中線工程中規模最大、技術難度最大的控制性工程，單榀渡槽長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，是國內最重的梁式預制架設渡槽（見圖1）。以大流量、大過流斷面、大跨度為特征的大型渡槽結構，目前國內外尚無對應的成熟機械化施工設備與施工工藝，經過多方專家反復論證，沙河梁式渡槽使用集中預制架設法，即在制槽場預制渡槽，通過提運設備將預制好的渡槽運到架槽機處，架槽機將渡槽安裝到位，重復操作上述操作，將所有渡槽安裝成功。該施工方法的應用在國內外水利工程大流量渡槽中尚屬首次，實現了大型渡槽的高產能、集約化和程序化施工，但工程建設質量如何，能否保證南水北調工程的安全是亟待考究的問題。因為在工程后期的運行過程

圖1 U型雙向預應力沙河梁式渡槽

中，每榀渡槽將承擔約2 700t負荷的考驗，這對混凝土的防滲、抗裂、抗凍以及耐久性、穩定性要求很高，為此在通水前對渡槽實體混凝土的澆筑質量進行檢測具有重大的意義。

1 超大型渡槽混凝土檢測方法概述

混凝土的檢測主要是檢測混凝土的抗壓強度，常用的抗壓強度檢測方法有超聲檢測法、取芯法和回彈法。對比3種檢測方法發現，超聲檢測法一般用于檢測混凝土內部結構的缺陷，檢測抗壓強度的效果比較差；取芯法可以精確地檢測混凝土內部構件的抗壓強度，但必須損壞混凝土的結構，并且檢測費用較高，不適合成品的檢測；回彈法適用于檢測混凝土構件表面的抗壓強度，檢測精度較好，不需要破壞混凝土的結構，而且檢測費用較低。綜上所述，本次采用最普遍、最經濟的回彈法檢測混凝土的抗壓強度。

回彈法使用回彈儀檢測混凝土表面的硬度，運用全國統一測強曲線，通過硬度推算出混凝土的抗壓強度[1]。由于各地適用性的差異，使得運用全國統一測強曲線的檢測結果出現偏差，不能保證其精確性和可靠性。通過分析影響回彈法檢測的主要因素，建立沙河渡槽混凝土測強曲線，將測區強度換算值和芯樣強度值進行對比，如果其相對誤差達到了行業標準的要求，則可以認為該曲線方程通過驗證。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗方案

用回彈法對工程現場不同澆注日期的140榀渡槽進行檢測，每榀渡槽設30個測區，每個測區取16個測試點。檢測區設置在渡槽對稱的兩個側面上，每個測區的面積約為0.04m2。相鄰兩測區之間的距離不大于2.0m，而且離構件端部的距離一般為0.2～0.5m。測點在測區均勻分布，兩測點之間的距離不小于35mm。檢測表面應保持清潔、平整，測試時應保持回彈儀的軸線與測面垂直。每個測點測試一次。取工程中同批次余下的渡槽成品采取取芯法檢測抗壓強度，并與回彈法得到的抗壓強度推定值進行對比，進而驗證回彈法的準確性[2-3]。現場檢測如圖2所示。

2.2 試驗儀器

①HT-3000重型回彈儀，主要用于檢測大型鋼筋混凝土結構大型實心塊體、大體積鋼筋混凝土構件強度。其沖擊動能大，所對應的混凝土體積大、檢驗深度較深，故測定混凝土質量的可靠程度較好。不僅如此，其檢測誤差較小，適合沙河渡槽混凝土性能的檢測。②混凝土抗壓試驗機——YAW-100型電液式壓力試驗機。該試驗機采用液壓加荷、電子測力，具有負荷數字顯示、加荷速率顯示、負荷最大值保持以及過載保護和斷電數據保持等功能。

圖2 回彈法現場檢查圖

2.3 試驗數據及測強曲線的建立

考慮測量過程中的誤差，舍去16個回彈值中最大的3個值和最小的3個值，把剩下10個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組試驗數據，繪制出回彈值與抗壓強度值之間的對應分布散點圖，如圖3所示。

[回彈測量值][16.8 17 17.2 17.4 17.6 17.8 18 18.2][60

59

58

57

56

55

54

53

52

51][抗壓強度值/MPa]

圖3 回彈值-抗壓強度值對應散點圖

觀察數據的分布圖，發現數據的分布呈現出一定的規律，特殊突出的數據比較少。由此結合最小二乘法，對數據進行了回歸分析，得出了如下所示的冪函數回歸曲線方程：

[fccu=0.354 02R1.763 2] （1）

式（1）中，[fccu]為混凝土的強度換算值，R為回彈值。

3 結果與分析

3.1 驗證回彈測強曲線

為了驗證得出的測強曲線在渡槽混凝土抗壓強度檢測中的適用性和精確性，需要與鉆芯法的測試結果進行對比，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行了回彈法和鉆芯法檢測。對比回彈測強曲線的換算值與鉆芯法直接測得抗壓強度值，分析其相對誤差。由于篇幅有限共取得15組數據，如表1所示。

表1 回彈測強換算值與芯樣抗壓強度值對比

[序號回彈測強換算值/MPa芯樣強度值/MPa相對誤差/%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中的數據可知，15組數據中，兩者之間的誤差值在±15%范圍內的占總量的90%以上，符合誤差范圍的要求，而且數據總體誤差的浮動范圍較小，從而驗證了回彈測強曲線的可行性[4]。

3.2 試驗結果分析

為驗證測強曲線的計算精度，根據試驗數據分別求出了平均相對誤差和平均相對標準差，計算公式分別如下：

[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個抗壓強度實測值，[fccu，i]為第i個強度換算值。

經計算可知，該回歸曲線的平均相對誤差為0.72%，平均相對標準差為8.42%。而規程的要求為平均相對誤差不大于14.0%，平均相對標準差不大于17.0%，因此滿足規程要求。

3.3 工程驗證

南水北調中線工程全線正式通水以來，渡槽運行良好，槽體質量性能優越，接縫止水性能好。截至2016年底，南水北調中線工程累計通過輸水58.5億m3，實現供水效益約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，居民用水水質明顯改善。1 200t梁式渡槽架設施工工藝成熟，其跨度調整、重載轉向、整機整體吊裝、轉線工藝的高效性、高穩定性與高安全性突出，在國內外尚未有類似技術，對國際、國內高速鐵路、客運鐵路及大規模橋梁機械一體施工具有較高的參考價值。

4 結論

由于全國統一測強曲線在各地的適用性存在差異，使得其檢測結果的精確性和可靠性出現一定的偏差。本研究采用回彈法對渡槽混凝土進行檢測，對數據進行回歸分析，得出適用于沙河渡槽工程的冪函數測強曲線方程。采用鉆芯法對測強曲線進行驗證，并分析數據的平均相對誤差和平均相對標準差均滿足規程的要求。檢測結果表明首次采用的預制渡槽架設施工工藝所完成的渡槽槽體質量優良。經工程實際運行驗證了混凝土的強度和性能，節省了工程成本，保證了工程質量。研究成果為沙河渡槽混凝土抗壓強度的檢測和規程的制定提供了參考依據。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部. 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程：JGJ/T 23—2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]Mehta PK. Concrete： microstructure， properties and materials[M].New York：MeGraw Hill，2005.

[3]嚴大考，王利英，張志華，等.大型渡槽機械化施工方案和工藝研究[J].華北水利水電學院學報，2011（1）：71-74.

[4]紀占玲，王利英，高自茂.大型渡槽機械化施工成套設備在大型調水工程中的應用[J].華北水利水電學院學報，2011（1）：75-78.