麻江峰

（山西省水利水電科學研究院 山西太原030002）

山西大水網(wǎng)是實現(xiàn)“兩縱十橫、六河連通，縱貫?zāi)媳?、橫跨東西，多源互補、保障應(yīng)急，豐枯調(diào)劑、促進發(fā)展”的工程體系。大水網(wǎng)重點工程輸水線路總長856 km，輸水隧洞長達530 km，為保證主洞正常施工還需增設(shè)施工支洞98 km，主洞、支洞合計隧洞長達約630 km。隧洞施工存在許多不定因素，在施工難度非常大的情況下，必須保證施工質(zhì)量。隧洞襯砌混凝土的強度是保證施工質(zhì)量的重要前提?，F(xiàn)場大規(guī)模鉆取芯樣容易破壞襯砌的整體質(zhì)量，不利于工程的試驗抽檢，回彈法國家統(tǒng)一測強曲線只能做為混凝土強度檢測的參考依據(jù)。在此情況下，通過建立工地現(xiàn)場專用測強曲線尤其重要。本次試驗選取大水網(wǎng)東山供水工程的某一標段進行研究。

1 原材料試驗結(jié)果

試驗水泥采用左權(quán)金隅水泥有限公司生產(chǎn)的強度等級為42.5 的普通硅酸鹽水泥，其試驗結(jié)果均符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）的技術(shù)要求。細骨料采用河北邢臺生產(chǎn)的天然砂，其試驗結(jié)果均符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL677-2014）的技術(shù)要求。粗骨料采用左權(quán)石料場生產(chǎn)的石子，其級配為5～20 mm和20～40 mm，其試驗結(jié)果均符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SL677-2014）的技術(shù)要求。使用的減水劑采用山西華凱偉業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的高效減水劑，摻量為2.5%，其試驗結(jié)果均符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）的技術(shù)要求。

2 室內(nèi)配合比試驗

混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比

混凝土拌和物的和易性測試結(jié)果:棍度/插搗難易程度為上、黏聚性為上、含砂情況為中、析水情況為無，拌和物的和易性總體為上。混凝土拌和物的表觀密度測值為2 360 kg/m3、含氣量為5.6%。

3 回彈值與混凝土強度曲線的建立

3.1 室內(nèi)試驗及曲線建立過程

混凝土強度的測試是制作大量的測試試塊，在三種養(yǎng)護條件下按齡期進行，以盡量符合工地現(xiàn)場的實際情況，第一種為標準狀態(tài)養(yǎng)護（溫度20℃、濕度95%RH），第二種為模擬狀態(tài)養(yǎng)護（溫度15℃、濕度50%RH），第三種為干燥狀態(tài)養(yǎng)護（溫度15℃、濕度30%RH）。對成型的不同齡期標準試件（150 mm×150 mm×150 mm）置于壓力機的上下承壓板之間，加壓60 kN，并在兩個相對面分別彈擊8 個點，得出16個測點數(shù)據(jù)，剔除3 個最大值和3 個最小值，以余下的10 個回彈值進行平均，將試塊加荷直至破壞，得出抗壓強度值。根據(jù)1～90 天齡期不同養(yǎng)護條件下測試數(shù)據(jù)及公式強度推定值可以繪制出回彈值和抗壓強度的關(guān)系曲線，見圖1。

由圖1可以得出專用關(guān)系曲線的計算公式（1）:

式中:fccNo1——按公式（1）推定的混凝土強度值，MPa；X——回彈平均值。

3.2 曲線平均相對誤差和相對標準差計算

圖1 回彈值和強度的關(guān)系曲線圖

《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2011）中規(guī)定:滿足地區(qū)測強曲線要求的平均相對誤差（δ）不大于±14.0%，相對標準差（er）不大于±17.0%；滿足專用測強曲線要求的平均相對誤差（δ）不大于±12.0%，相對標準差（er）不大于±14.0%。專用曲線（1）強度平均相對誤差和相對標準差分別是:11.5%和16.2%，室內(nèi)試塊回彈值和其對應(yīng)抗壓強度建立的關(guān)系曲線強度平均相對誤差符合專業(yè)測強曲線要求，相對標準差符合地區(qū)測強曲線要求。

3.3 回彈現(xiàn)場檢測及結(jié)果

回彈現(xiàn)場檢測是在隧洞左右側(cè)墻進行，共檢測50 個測區(qū)，其中6 個回彈測區(qū)進行混凝土芯樣鉆取，檢測情況見表2。

表2 現(xiàn)場芯樣抗壓強度試驗情況

通過公式（1）和芯樣壓強度值可以計算出兩條曲線間的修正距離，修正距離應(yīng)依據(jù)JGJ/T23-2011 第4.1.6 條的規(guī)定。由表2可知:6 測區(qū)專用公式計算曲線強度值比芯樣強度值基本高7.6 MPa 左右，室內(nèi)專用曲線與實際現(xiàn)場芯樣的修正距離為約為7.6 MPa。

3.4 結(jié)果分析

通過室內(nèi)試驗建立的回彈值強度關(guān)系曲線和現(xiàn)場檢測情況可知:現(xiàn)場檢測中專用曲線推定的強度值普遍比實際芯樣強度要高，這是因為雖然室內(nèi)試驗和現(xiàn)場施工使用的原材料相同，但是由于施工工藝、施工條件、施工環(huán)境等因素的不同，造成混凝土強度有所不同。但是在判定現(xiàn)場隧洞襯砌混凝土強度時，應(yīng)該對統(tǒng)一和專用曲線以及現(xiàn)場取芯結(jié)果進行綜合考慮，排除偶然因素和不確定因素。

4 彈性波速與混凝土強度曲線的建立

4.1 原理

本次測試采用的測試設(shè)備為四川升拓檢測技術(shù)有限責任公司研發(fā)的混凝土多功能無損測試儀。測試方法為“沖擊回波法”。首先，通過測試同一強度不同齡期標準試件（150 mm×150 mm×150 mm）的彈性波波速（主要是P 波），并與每個標準試件的抗壓強度建立相關(guān)關(guān)系。然后通過測試試件的彈性波波速，并根據(jù)彈性波波速與試塊抗壓強度的相關(guān)關(guān)系推算出試件測強度。

4.2 室內(nèi)試驗及曲線建立過程

室內(nèi)試驗試塊表面P 波波速分析采用FFT 方法計算，參考經(jīng)驗公式:Vp.cube=0.864VP3和VP3=1.79VR。利用每個試塊在不同齡期所得到的P 波轉(zhuǎn)換成的R 波波速值和相對應(yīng)的抗壓強度值，可以建立波速和強度的關(guān)系曲線圖，見圖2。

由圖2可以得出專用關(guān)系曲線的計算公式（2）:

圖2 波速和強度的關(guān)系曲線圖

式中:fccNo2——按公式（2）推定的混凝土強度值，MPa；Y——R 波波速，m/s。

4.3 曲線平均相對誤差和相對標準差計算

按照平均相對誤差和相對標準差公式計算專用曲線強度平均相對誤差和相對標準差分別為:10.7%和14.7%。室內(nèi)試塊R 波波速值和其對應(yīng)抗壓強度建立的關(guān)系曲線強度平均相對誤差符合專用測強曲線要求，相對標準差地區(qū)符合測強曲線要求。

4.4 沖擊彈性波現(xiàn)場檢測及結(jié)果

沖擊彈性波現(xiàn)場檢測是在隧洞左右側(cè)墻進行，現(xiàn)場R 波測試采用雙通道檢測方法進行，在每一個測區(qū)的回彈點位置布置三道間隔為10 cm 的測試點，分析數(shù)據(jù)采用SASW 方法，處理數(shù)據(jù)借助MATLAB 軟件，為了更好的利用室內(nèi)試驗的專用公式，應(yīng)該在所測區(qū)域進行取芯驗證，現(xiàn)場對6 個測區(qū)進行取樣驗證，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 現(xiàn)場芯樣R 波波速與抗壓強度試驗情況

通過公式（2）和芯樣壓強度值可以計算出兩條曲線間的修正距離，由表3可知:6 測區(qū)專用公式計算曲線強度平均值比芯樣強度平均值基本低3.5 MPa 左右，室內(nèi)專用曲線與實際現(xiàn)場芯樣的修正距離為約為3.5 MPa。

4.5 結(jié)果分析

按照專用曲線公式可以計算出當R 波波速大于等于2 162 m/s 時，才能達到C25 的強度要求。這是因為現(xiàn)場施工比室內(nèi)試驗存在著很多影響因素，從而導致室內(nèi)試驗得出的專用公式理論值偏低。最終結(jié)合廠家經(jīng)驗和其它地區(qū)的測試數(shù)據(jù)，來進行綜合判定混凝土強度。

5 回彈和彈性波專用曲線對比

為了驗證修正距離的可靠性，對回彈和彈性波專用曲線進行對比，對比情況見表4。

表4 回彈和彈性波專用曲線進行對比情況

表4 回彈和彈性波專用曲線進行對比情況 續(xù)表

由表4可知:回彈專用曲線50 個測區(qū)強度修正后推定值的結(jié)果平均值為25.1 MPa，彈性波專用曲線50 個測區(qū)強度修正后推定值的結(jié)果平均值為29.4 MPa，兩者相差4.3 MPa。理論上可以認為兩種專用曲線可以作為隧洞混凝土襯砌強度推定的參考依據(jù)。