周天斌，譚小軍

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流梯級(jí)規(guī)劃中“兩庫(kù)十四級(jí)”的第十一個(gè)梯級(jí)。工程壩址距喀什地區(qū)莎車縣約120km，距喀什約310km。面板堆石壩壩高164.8m，壩頂寬度12m，壩長(zhǎng)795m，因其超高面板堆石壩、深河床覆蓋層、工程區(qū)強(qiáng)地震帶以及壩體右岸存在國(guó)內(nèi)罕見高邊坡危巖體群特點(diǎn)，被業(yè)界稱為“新疆三峽工程”。該工程共有7個(gè)料場(chǎng)，分別為C1、C2、C3、C4、P1、P2、P3料場(chǎng)，其中C1、C2、C3、C4為河灘砂礫石料，作為面板堆石壩的主要填料，最大粒徑為600mm，填筑量1227萬m3；P1、P2、P3為爆破料，主要用作面板堆石壩下游的排水料，最大粒徑為600mm，填筑量為1113萬m3?；炷凉橇嫌蒀3料場(chǎng)開采的天然砂礫石料破碎摻配而成，總用量為45萬m3，粗集料分別采用5mm～20mm、20mm～40mm、40mm～80mm三個(gè)級(jí)配組成，工程所用石料表觀密度檢測(cè)總量為1650組。

2 浮力天平剛性支架裝置設(shè)計(jì)制作

在建筑工程規(guī)范中，浮力天平是作為測(cè)定卵石或碎石表觀密度、飽和面干密度及吸水率的一種試驗(yàn)檢測(cè)裝置，應(yīng)用于混凝土配合比的計(jì)算和石料質(zhì)量的評(píng)價(jià)。在現(xiàn)有的規(guī)范中，因儀器設(shè)備的局限性，對(duì)大粒徑的石料和干硬混凝土的測(cè)試很困難，尤其對(duì)于直徑大于120mm的石料，幾乎很難進(jìn)行檢測(cè)。此外，在混凝土密度檢測(cè)中，更多的是對(duì)新拌制的混凝土通過容積升進(jìn)行密度檢測(cè)，但對(duì)硬化混凝土的密度檢測(cè)卻很少，新拌制的混凝土密度并非混凝土的表觀密度，其實(shí)際反應(yīng)的是混凝土的毛體積密度，而真正能反應(yīng)混凝土密實(shí)程度的還是表觀密度。在此技術(shù)背景下，科研小組通過對(duì)浮力天平剛性支架裝置的功能進(jìn)行了充分討論，最終決定剛性支架裝置通過手搖器連接鋼絲繩滑輪控制升降板，在不影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的情況下，讓試驗(yàn)人員更易操作，最后由小組成員確定剛性支架裝置的形狀尺寸，完成支架的設(shè)計(jì)，經(jīng)過加工制作出一種能夠檢測(cè)大小粒徑石料和干硬混凝土表觀密度的浮力天平剛性支架裝置，并申報(bào)獲得國(guó)家實(shí)用新型發(fā)明專利。一種浮力天平剛性支架裝置示意圖見圖1。

圖1 一種浮力天平剛性支架裝置結(jié)構(gòu)示意

3 浮力天平剛性支架裝置的優(yōu)越性

在現(xiàn)行規(guī)范中，石料的表觀密度多采用液體天平進(jìn)行測(cè)試，該裝置通過砝碼配重，稱量網(wǎng)籃和網(wǎng)籃及試樣在水中的質(zhì)量，再烘干試樣稱其質(zhì)量，計(jì)算石料的表觀密度。一種浮力天平剛性支架裝置，構(gòu)造采用剛性材質(zhì)，保證了足夠的穩(wěn)定承載力，而不影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不僅能通過網(wǎng)籃測(cè)試150mm以下小粒徑石料的表觀密度，還能通過鋼絲繩輕松控制升降板和大升水容器(有溢流孔)檢測(cè)大粒徑石料的表觀密度，其穩(wěn)定的剛性支架和鋼絲繩足夠承載試樣的重量。硬化混凝土密度很大程度上影響到混凝土的強(qiáng)度、滲透性、抗凍性及耐久性，但對(duì)混凝土密度測(cè)定多采用新拌制混凝土容積升體積法測(cè)定其密度，究其原因主要是硬化混凝土的密度測(cè)定很少能有設(shè)備儀器對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，而浮力天平剛性支架裝置通過滑輪手搖器裝置較好地解決了該空缺。另外，剛性支架空間位置相對(duì)較大，讓檢測(cè)人員在對(duì)大粒徑骨料和混凝土密度測(cè)試時(shí)沒有拘束，升降板的剛性讓操作者有安全保障。

4 浮力天平剛性支架裝置在工程中的應(yīng)用

4.1 料場(chǎng)石料表觀密度檢測(cè)

根據(jù)阿爾塔什水利樞紐工程早期勘探數(shù)據(jù)表明，C1、C2、C3、C4料場(chǎng)巖性均為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石，主要含有花崗巖、砂巖、閃長(zhǎng)巖、簾石等不同巖性骨料，其中花崗巖的組分較多；P1、P2、P3料場(chǎng)均為灰?guī)r，俗稱石灰?guī)r，是沉積巖的一種。在整個(gè)工程建設(shè)中，砂石骨料每批次均需要進(jìn)行表觀密度檢測(cè)，其控制指標(biāo)要求大于2.55g/cm3，填筑中所用的爆破料采用孔隙率進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制，控制指標(biāo)不大于19%，表觀密度要求大于2.4g/cm3。因此，我們對(duì)不同石料進(jìn)行表觀密度的試驗(yàn)，并將浮力天平剛性支架與普通支架檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而驗(yàn)證該裝置的準(zhǔn)確性和可靠性。不同裝置表觀密度檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果比對(duì)見表1。

表1 不同裝置表觀密度檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果比對(duì)

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)來看，普通浮力天平支架和剛性浮力天平支架之間表觀密度的誤差為±0.1%，滿足儀器設(shè)備允許誤差要求，可以肯定該裝置檢測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。此外，該裝置可進(jìn)行粒徑大于120mm以上石料表觀密度的檢測(cè)，但普通支架無法進(jìn)行較大粒徑石料的檢測(cè)。另外在試驗(yàn)過程中，操作人員不需要用手上下提升網(wǎng)籃排除氣泡，只需搖轉(zhuǎn)手搖器控制升降板即可排除氣泡，減少了人為誤差，具有較好的優(yōu)越性。

4.2 混凝土密度檢測(cè)

混凝土的密度直接影響著混凝土的強(qiáng)度和耐久性，在常規(guī)的混凝土密度檢測(cè)中，更多的是對(duì)新拌混凝土毛體積密度的檢測(cè)，而非混凝土的表觀密度，在現(xiàn)有的裝置中，很少有裝置對(duì)硬化混凝土進(jìn)行表觀密度的檢測(cè)。研究通過剛性支架裝置檢測(cè)混凝土表觀密度，以尋求混凝土表觀密度與強(qiáng)度、耐久性能(抗?jié)B性和抗凍性)之間的關(guān)系，進(jìn)而為阿爾塔什水利工程混凝土質(zhì)量控制提供可靠的依據(jù)?；炷撩芏葯z測(cè)結(jié)果見表2。

表2 混凝土密度檢測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，新拌混凝土密度小于硬化混凝土密度，平均小于0.014g/cm3，進(jìn)而驗(yàn)證了測(cè)定的新拌混凝土密度非表觀密度。在不同硬化混凝土表觀密度對(duì)應(yīng)不同的強(qiáng)度數(shù)據(jù)中可以看出，密度與強(qiáng)度成正比，強(qiáng)度隨著密度的增加而增加。同時(shí)，隨著混凝土密度的增大，其抗?jié)B和抗凍能力也在增強(qiáng)。由此來看，混凝土的密度與其性能有直接的關(guān)系，控制好混凝土的表觀密度，能更好地提高混凝土的質(zhì)量。

4.3 應(yīng)用效果

該裝置應(yīng)用在阿爾塔什水利樞紐工程中，通過檢測(cè)材料的表觀密度，利用當(dāng)?shù)卦牧?，為混凝土配合比設(shè)計(jì)提供了可靠的數(shù)據(jù)，應(yīng)用效果良好，并通過定量的方法科學(xué)地評(píng)定了材料的質(zhì)量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制提供了數(shù)據(jù)支撐，對(duì)提高工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，降低工程造價(jià)，推動(dòng)工程檢測(cè)技術(shù)進(jìn)步具有重要的作用，同時(shí)填補(bǔ)了行業(yè)內(nèi)大粒徑石料和混凝土表觀密度試驗(yàn)裝置的空缺。

5 結(jié)語

(1)一種浮力天平剛性支架裝置在阿爾塔什工程中的應(yīng)用，不僅解決了大粒徑石料表觀密度檢測(cè)難的問題，并為工程質(zhì)量控制提供了檢測(cè)設(shè)備支撐。

(2)通過普通支架與剛性支架的比對(duì)，表明了該裝置優(yōu)越性顯著，在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下具有較好的實(shí)用價(jià)值，對(duì)工程檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步有重要意義。

(3)通過新拌混凝土容積升檢測(cè)密度和浮力天平剛性支架裝置檢測(cè)干硬混凝土的密度，得出干硬混凝土的密度較新拌混凝土的密度平均大0.014g/cm3，也再次驗(yàn)證了新拌混凝土密度非表觀密度，通過浮力天平剛性支架裝置檢測(cè)的混凝土密度為混凝土實(shí)際的表觀密度。

(4)通過混凝土密度檢測(cè)結(jié)果反映了混凝土密度與強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性的關(guān)系，強(qiáng)度隨著混凝土密度增加而增加，抗?jié)B和抗凍能力也在隨密度的增強(qiáng)而增加，存在正比關(guān)系。

(5)該裝置在阿爾塔什水利樞紐工程中的應(yīng)用，為阿爾塔什混凝土配合比設(shè)計(jì)提供了不可或缺的試驗(yàn)資料，并推廣應(yīng)用在爆破料大粒徑石料的質(zhì)量控制中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制技術(shù)研究具有深遠(yuǎn)的影響。