張 智

(中國鐵路總公司工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，北京 100038)

混凝土是隧道工程建設(shè)使用最為廣泛的建筑材料，混凝土質(zhì)量的優(yōu)劣影響到隧道襯砌結(jié)構(gòu)的適用性、安全性和耐久性，并直接制約著隧道工程經(jīng)濟和社會效益的發(fā)揮?；炷烈r砌質(zhì)量的檢控中，保證強度是基本要求?；炷翆嶓w結(jié)構(gòu)強度檢測分為同條件養(yǎng)護預(yù)留試件檢驗、無損檢測和微破損檢測，其中常見的無損檢測和微破損檢測方法有鉆芯法、回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法、后裝拔出法。鉆芯法、回彈法應(yīng)用最為廣泛，常用于隧道襯砌混凝土強度檢測。

本文對目前在隧道襯砌混凝土強度檢測中常用的鉆芯法與回彈法的技術(shù)要點及檢測影響因素進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實例對兩種檢測方法的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析其相關(guān)性及工程應(yīng)用的適用性，為工程應(yīng)用提供借鑒。

1 鉆芯法與回彈法檢測方法

1.1 方法簡介

1)回彈法是基于混凝土的抗壓強度與其表面硬度之間存在的相關(guān)關(guān)系。當(dāng)回彈儀的彈擊錘以一定的彈力打擊在混凝土表面上，其回彈值與混凝土表面硬度呈一定的比例關(guān)系，根據(jù)表面硬度可推求混凝土的抗壓強度?；貜椃z測混凝土強度具有設(shè)備簡單、操作方便、檢測迅速，且混凝土不會破損等優(yōu)點，適合用作混凝土強度普查。該方法影響因素較多，容易產(chǎn)生較大誤差，應(yīng)掌握正確的使用方法，注意回彈儀的保養(yǎng)和維護，以減少測量誤差。

2)鉆芯法是利用專用鉆機直接從結(jié)構(gòu)上鉆取圓柱體混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓強度評定結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量的一種直觀、可靠、準(zhǔn)確的微破損檢測方法，可作為混凝土質(zhì)量抽查及無損檢測結(jié)果驗證。鉆芯法直接在混凝土實體上鉆取樣品進(jìn)行抗壓試驗，會對混凝土構(gòu)件造成一定破壞，不適于用作混凝土強度普查。

1.2 兩種檢測方法的互補性

鉆芯法具有直觀、準(zhǔn)確等特點，常被用于無損檢測結(jié)果的對比驗證、爭議處理與仲裁、質(zhì)量問題調(diào)查。但因其屬于局部破損檢測，一般不宜大量取芯，也不宜采用鉆芯法按批檢測與評定。此外，同一結(jié)構(gòu)構(gòu)件雖然強度等級相同，但是實際強度并非恒定值，不同部位的強度亦有一定的離散性，因此，用局部的小孔芯樣反映整個構(gòu)件的混凝土強度，尚存在隨機性。

回彈法具有檢測速度快、費用低、測區(qū)多、檢測全面等特點，在工程中被廣泛應(yīng)用，近年來被應(yīng)用于隧道襯砌強度檢驗與普查，但該方法影響測試結(jié)果的因素多，檢測誤差大，其準(zhǔn)確度有時難以保證。

為充分利用回彈法與鉆芯法的優(yōu)點，取長補短，科學(xué)、合理、有效評價隧道襯砌混凝土強度，應(yīng)采用回彈法與鉆芯法相結(jié)合的綜合檢測方法。同時，研究兩者的相關(guān)關(guān)系，避免盲目應(yīng)用，提高檢測精度，保證隧道運營安全。

2 提高檢測精度的措施

2.1 回彈法

1)回彈儀的工作狀態(tài)。須滿足鋼砧率定值80±2，維護保養(yǎng)應(yīng)及時，數(shù)顯回彈儀的示值須一致，這些是根本保障，容易被忽略。

2)測區(qū)的布置。對于隧道襯砌施工在混凝土表面形成浮漿過厚、粗糙、局部不密實的現(xiàn)象，若不能合理避開，必然會產(chǎn)生內(nèi)外質(zhì)量差異大的現(xiàn)象，回彈不能準(zhǔn)確反映混凝土內(nèi)部強度。

3)檢測面的選擇。若非對質(zhì)量有懷疑或爭議，檢測部位應(yīng)盡量布置于豎直邊墻處，方便操作且回彈數(shù)據(jù)不需要角度修正，準(zhǔn)確度高。

4)表面狀態(tài)記錄。要詳盡、準(zhǔn)確，清楚記錄測試部位的表面潮濕程度，一般情況下在建隧道襯砌常會出現(xiàn)表面泛潮甚至表面泛水，會影響測試結(jié)果，導(dǎo)致測試回彈值偏低、數(shù)據(jù)離散。

5)測區(qū)表面清理。隧道襯砌施工后，通常由于開挖、掘進(jìn)、出渣、初支混凝土噴射，粉塵較大、表面積灰較厚，若不能清理干凈必然會影響測試結(jié)果。同時應(yīng)避免過度清理，有些檢測人員為防止表面積灰及表面浮漿對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，采用磨光機磨出深約3～5 mm深的測試面，然而測試結(jié)果并不理想，其回彈推定強度偏低，而實際上鉆芯取樣強度合格，分析其原因，可能是打磨過深時導(dǎo)致表面不平整，從而使回彈儀探桿不能充分接觸混凝土面，測試回彈值偏低?？梢姳砻媲謇硪侠怼⑦m度，以干凈、平整為宜。

6)測試操作的規(guī)范性。應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范操作要求，垂直接觸后靜壓，避免在測區(qū)內(nèi)小范圍或一個點附近反復(fù)彈擊，防止傾斜沖擊等現(xiàn)象。

7)碳化深度測量。影響碳化深度測試結(jié)果準(zhǔn)確度的因素較多，微小局部不密實處混凝土與空氣中二氧化碳接觸面較大較深，其碳化較深，混凝土致密處碳化較淺，因此碳化深度測試部位的選擇要有代表性，碳化深度測試要規(guī)范。

2.2 鉆芯法

1)芯樣鉆取及運輸。鉆芯、運輸過程中，如果操作不當(dāng)，也會引起強度折減，應(yīng)引起充分重視，盡量避免。在鉆芯取樣過程中，鉆芯機應(yīng)具有足夠的剛度、操作靈活、固定和移動方便，并應(yīng)有水冷卻系統(tǒng)。鉆頭應(yīng)無缺損，避免鉆取過程中鉆機顫抖及卡鉆，造成芯樣圓柱面出現(xiàn)波紋狀或混凝土微損傷，避開鋼筋特別是主鋼筋。芯樣運輸前應(yīng)進(jìn)行包裝固定，避免局部懸空、碰撞，搬運時輕拿輕放，避免磕碰受損。

2)芯樣加工和試驗。加工過程中應(yīng)剔除有缺陷的、尺寸偏差不符合要求及內(nèi)含鋼筋不符合要求的試件。芯樣切割端面應(yīng)平整，與芯樣軸向要垂直。嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行端面磨平或補平，芯樣高徑比盡量為1或略大。芯樣在抗壓試驗過程中，嚴(yán)格控制試驗機的加載速度，避免沖擊式加載。

3)濕度條件的控制。隧道在建設(shè)過程中尤其是斜井通風(fēng)條件不暢時，水汽較大，混凝土表面潮濕。一般在隧道貫通后正常運營過程中表面處于干燥狀態(tài)，故在抗壓強度試驗時宜按干燥條件考慮。

3 隧道襯砌強度檢測的要點

3.1 構(gòu)件選取

與房屋建筑、橋梁結(jié)構(gòu)物不同，隧道襯砌具有整體連續(xù)性。一般情況下，每板混凝土具備相同齡期及設(shè)計參數(shù)，因此可將每一板混凝土襯砌作為一個獨立構(gòu)件進(jìn)行評定。隧道施工安全要求隧道開挖后立即進(jìn)行初期支護及襯砌施工。隧道圍巖變化較大，使得每板混凝土之間設(shè)計參數(shù)、齡期不同，因此，隧道襯砌實體混凝土強度檢測一般不具備批次檢測與評定條件，通常以一板混凝土作為一個構(gòu)件進(jìn)行強度檢測。

對于隧道襯砌混凝土強度抽檢與驗收評定，一般情況下隧道襯砌混凝土齡期宜＞56 d，冬季施工時，應(yīng)滿足1 200℃·d的要求，隨機抽取構(gòu)件或?qū)|(zhì)量可能存在問題的構(gòu)件進(jìn)行檢測。

3.2 檢測部位

考慮到鉆孔后的修補問題，以及列車運營安全，一般情況下檢測部位宜選擇在左右邊墻部位，鉆芯取樣前宜采用鋼筋掃描設(shè)備進(jìn)行定位以避開鋼筋。

3.3 檢測數(shù)量

鉆芯法屬于微破損檢測，通常用于無損檢測結(jié)果驗證及隧道混凝土強度監(jiān)督抽查，鉆芯量不宜太大。一般情況下，每個構(gòu)件(每板襯砌混凝土)鉆取1組3個芯樣，進(jìn)行抗壓強度試驗?；貜椃總€構(gòu)件布置不少于10個測區(qū)，測區(qū)在兩側(cè)邊墻上均勻布置。

4 工程實例分析

針對某工程隧道的襯砌混凝土強度進(jìn)行鉆芯法與回彈法對比試驗，共選取10座隧道，屬于在建隧道，均未貫通，大部分構(gòu)件齡期為60～180 d，混凝土表面碳化程度較輕，碳化深度0～1 mm。共對37板襯砌進(jìn)行對比試驗，其中29板混凝土表面狀態(tài)為干燥，8板混凝土表面狀態(tài)為潮濕。每板襯砌(每個構(gòu)件)回彈10個測區(qū)，測區(qū)尺寸200 mm×200 mm，每個測區(qū)布置16個測點，測區(qū)大致等間距布置于隧道邊墻，每板混凝土鉆取1組3個試件，芯樣直徑100 mm，鉆芯孔位于回彈測區(qū)內(nèi)，先進(jìn)行回彈測試后進(jìn)行鉆芯取樣，回彈強度采用統(tǒng)一測強曲線進(jìn)行計算。為研究鉆芯法與回彈法結(jié)果的相關(guān)性及回彈法在隧道襯砌檢測的適用性，本文將干燥與潮濕構(gòu)件的測試數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計，并繪制鉆芯強度與回彈強度關(guān)系曲線，見圖1。

圖1 混凝土芯樣強度與回彈強度的關(guān)系

圖1(a)中，29板干燥混凝土襯砌回彈強度與鉆芯強度相關(guān)系數(shù)R為0.76，回彈強度隨鉆芯強度的增長而增長，二者有較好的相關(guān)性。圖1(b)中8板潮濕混凝土的回彈強度與鉆芯強度沒有明顯相關(guān)性，其線性趨近線表現(xiàn)為回彈強度隨芯樣強度的增加而減少，顯然是不合理的。對37板混凝土襯砌的回彈數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)混凝土表面潮濕時，8板混凝土中有6板混凝土回彈測試的強度標(biāo)準(zhǔn)差δ＞5 MPa，占75%，而29板干燥構(gòu)件δ＞5 MPa的只有2組，僅占6.9%。可見，對于潮濕隧道襯砌，采用回彈法檢測混凝土強度時，離散性大，與鉆芯芯樣強度的相關(guān)性差，不宜采用回彈法進(jìn)行隧道襯砌混凝土的強度評定。

為便于分析，當(dāng)回彈或鉆芯強度推定值低于該構(gòu)件設(shè)計強度標(biāo)準(zhǔn)值時視為不合格。回彈法采用統(tǒng)一測強曲線并按照文獻(xiàn)［1］的規(guī)定進(jìn)行強度推定，鉆芯法取構(gòu)件3個芯樣強度的最小值作為構(gòu)件強度推定值。29板混凝土中，回彈強度不合格的有10板混凝土，其中9板混凝土鉆芯結(jié)果亦不合格，占回彈不合格總數(shù)的90%。鉆芯結(jié)果合格的1板混凝土設(shè)計強度等級C35，回彈強度 29.2 MPa，鉆芯強度值35.9 MPa，略高于設(shè)計值。由此可見，對于碳化深度較淺、齡期較短的干燥混凝土襯砌，采用回彈法檢測時與鉆芯法檢測的結(jié)果一致性較好。

本次對比試驗中，回彈強度標(biāo)準(zhǔn)差δ＞5 MPa的全部8板隧道襯砌中，有6板回彈推定強度不合格，但采用鉆芯對比驗證僅有2板強度不合格。可見，當(dāng)回彈測試結(jié)果離散時，其強度標(biāo)準(zhǔn)差δ偏大，若δ＞5 MPa時，構(gòu)件回彈推定強度易出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，應(yīng)分析原因并輔以適當(dāng)驗證，以免造成誤判。

5 結(jié)論與建議

本文簡要闡述了鉆芯法與回彈法的特點、影響測試精度的因素，以及隧道襯砌強度檢測的技術(shù)要點，并結(jié)合某工程10座隧道的鉆芯法與回彈檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明:

1)對于潮濕混凝土襯砌，當(dāng)采用回彈法檢測時，檢測數(shù)據(jù)離散，與鉆芯結(jié)果一致性差，應(yīng)采用鉆芯法或其他方法進(jìn)行檢測。

2)對于碳化深度較淺的干燥混凝土襯砌，采用回彈法檢測時，回彈強度與芯樣強度相關(guān)性較好，回彈推定結(jié)果與鉆芯法一致性較好，適合于隧道襯砌檢測。當(dāng)對回彈結(jié)果有懷疑時，宜采用鉆芯法對比驗證。

3)采用回彈法進(jìn)行隧道襯砌強度檢測，當(dāng)回彈強度標(biāo)準(zhǔn)差＞5 MPa時，易出現(xiàn)回彈不合格現(xiàn)象，應(yīng)綜合分析，適當(dāng)驗證，減少誤判。

4)采用鉆芯法與回彈法相結(jié)合檢測襯砌混凝土強度時，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行儀器保養(yǎng)、檢定，并嚴(yán)格控制不同方法的應(yīng)用條件，規(guī)范檢測程序，減少檢測誤差，提高精度和可靠性。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10426—2004 鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［2］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.CECS03:2007 鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ/T 23—2011 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［4］胡在良，李晉平，張佰戰(zhàn).混凝土強度鉆芯法檢測與評定的若干問題分析［J］.鐵道建筑，2012(11):131-134.

［5］鄧濤，楊林德，李雷.公路隧道混凝土襯砌強度的無損檢測方法研究［J］.河北建筑科技學(xué)院學(xué)報，2004(3):70-73.