莫俊聰

（廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司；廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的日漸繁榮，道路交通、市政工程等基礎(chǔ)設(shè)施得到了快速發(fā)展；同時(shí)其施工過程、后期維護(hù)中也暴露出一系列問題，導(dǎo)致道路質(zhì)量安全事故不斷增多，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來較大風(fēng)險(xiǎn)。檢查井是為道路、市政設(shè)施地下基礎(chǔ)設(shè)施的安裝、維修方便而設(shè)置的，其中檢查井蓋的質(zhì)量好壞對檢查井有重要影響；我國每年新增數(shù)量和更換數(shù)量在幾百萬套以上,市場需求較大。檢查井蓋被碾壓以致破損情況時(shí)有發(fā)生，造成道路及設(shè)施安全性下降；而表征檢查井蓋的使用功能、質(zhì)量好壞的指標(biāo)是其承載能力。承載能力指標(biāo)包括試驗(yàn)荷載、殘留變形，其中，殘留變形表征抵抗外部荷載導(dǎo)致變形的能力，對工程應(yīng)用有著重要意義[1]。

檢查井蓋相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，對于其承載能力指標(biāo)中的殘留變形只有簡單的試驗(yàn)步驟敘述，并無專門的儀器設(shè)備；由于井蓋樣品的特殊性，該參數(shù)不宜用游標(biāo)卡尺、鋼直尺等直接測量，市面上也無對應(yīng)儀器可供購買。檢測單位多是采用在井蓋樣品兩側(cè)各放置一墊塊，其上放一鋼直尺，然后用游標(biāo)卡尺檢測殘留變形數(shù)據(jù)，存在無法保證水平、鋼直尺撓度影響、樣品幾何中心定位不準(zhǔn)、人為誤差大等諸多不利因素影響。因此有必要研制一種可適用不同規(guī)格樣品的殘留變形測量裝置。

1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求

現(xiàn)行檢查井蓋標(biāo)準(zhǔn)主要有《檢查井蓋》GB/T 23858-2009、《球墨鑄鐵復(fù)合樹脂檢查井蓋》CJ/T 327-2010、《聚合物基復(fù)合材料檢查井蓋》CJ/T 211-2005、《鑄鐵檢查井蓋》CJ/T 511-2017、《再生樹脂復(fù)合材料檢查井蓋》CJ/T 121—2000 等。

不同標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于殘留變形的試驗(yàn)步驟基本相同。以常用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T23858-2009《檢查井蓋》為例進(jìn)行說明。該標(biāo)準(zhǔn)第7.2.3 條款規(guī)定[2]：檢查井蓋的承載能力通過加載系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，檢測墊片應(yīng)當(dāng)放在被測的井蓋上，豎軸垂直于其表面，并與其井蓋的幾何中心重合。加載前，記錄井蓋幾何中心位置的初始值，測量精度為0.1mm。以1～5kN/s 的速率施加荷載，直至達(dá)到2/3 檢測荷載，然后卸載。此過程重復(fù)5 次，最后記錄幾何中心的最終值。根據(jù)初始值和第5 次卸載后最終值的差別計(jì)算殘留變形值。

從以上規(guī)定可知，關(guān)于殘留變形檢測只有簡單的試驗(yàn)步驟敘述，并無專門的儀器。由于檢查井蓋表面不平整的特殊性，比如表面有凸凹的防滑花紋、通風(fēng)孔等，且凸凹部分面積占整個(gè)井蓋面積的10%～70%，通風(fēng)孔約占5%，并且井蓋表面常鑄有性能等級(jí)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等字樣，存在難以定位幾何中心、試驗(yàn)過程人為誤差大等情況，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。見圖1、圖2。

圖1 道路工程中的檢查井蓋

圖2 傳統(tǒng)的殘留變形測量方法

2 自主研制的殘留變形試驗(yàn)裝置

針對試驗(yàn)過程中存在的問題與不足，進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，研制出一種殘留變形試驗(yàn)裝置，能夠滿足不同種類、不同規(guī)格尺寸的檢查井蓋樣品殘留變形試驗(yàn)需要，并且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，試驗(yàn)效率高。

2.1 主要思路

主要思路是要解決以下3 個(gè)難點(diǎn)：

⑴檢查井蓋表面不平整，有凸凹的防滑花紋、通風(fēng)孔等，難以定位樣品幾何中心，宜采用頂針準(zhǔn)確定位。另外，加載過程中，井蓋會(huì)發(fā)生一定變形，加載完畢后，測量幾何中心數(shù)據(jù)時(shí)，如何保證量具垂直于井蓋表面以確保測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

⑵檢查井蓋材質(zhì)、規(guī)格尺寸較多，常見的井蓋直徑500～1100mm 不等，如何將諸多規(guī)格尺寸的井蓋集成在一個(gè)殘留變形試驗(yàn)裝置上。

⑶檢查井蓋殘留變形試驗(yàn)裝置橫桿、跨距標(biāo)尺要處于水平狀態(tài)，如何確保水平、如何表征水平。

2.2 試驗(yàn)裝置的構(gòu)造

試驗(yàn)裝置的構(gòu)造包括：橫桿、跨距標(biāo)尺、數(shù)顯測量系統(tǒng)、水平儀、兩點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)、單點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)等組成部分。主要組成部分見圖3。

圖3 自主研制的檢查井蓋殘留變形試驗(yàn)裝置

其中數(shù)顯測量系統(tǒng)在橫桿上中心處固定，兩點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)、單點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)可在橫桿上沿滑槽自由移動(dòng)。在橫桿中心處外側(cè)鑲嵌水平儀，以氣泡在水平儀正中間位置表征整個(gè)裝置水平。跨距標(biāo)尺通過鉚釘固定在橫桿上表面。

跨距標(biāo)尺沿橫桿的長度方向設(shè)于其上表面，兩點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)和單點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)分別滑動(dòng)安裝在橫桿上，數(shù)顯測量系統(tǒng)固定在橫桿的中部，數(shù)顯測量系統(tǒng)具有可上下移動(dòng)且用于接觸樣品以定位樣品幾何中心的頂針。

3 殘留變形試驗(yàn)裝置的應(yīng)用

3.1 主要試驗(yàn)步驟

⑴標(biāo)記試驗(yàn)樣品的幾何中心，根據(jù)樣品的規(guī)格尺寸，確定跨距長度；調(diào)整兩點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)、單點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)至計(jì)算好的跨距處，擰緊定位螺母，調(diào)整后的跨距應(yīng)兩側(cè)對稱。

⑵利用三點(diǎn)確定一個(gè)平面的原理，通過調(diào)整兩點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)上的調(diào)平螺母使橫桿水平，以觀察水平儀中的氣泡在中間位置為準(zhǔn)。

⑶數(shù)顯測量系統(tǒng)的數(shù)顯屏清零，松開數(shù)顯測量系統(tǒng)的擰緊螺母，輕輕按壓尺柄，使頂針下移至頂針與樣品緊密接觸，數(shù)顯屏示值即為樣品幾何中心的初始值X1。

⑷擰緊擰緊螺母，在兩點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)、單點(diǎn)支撐定位系統(tǒng)與樣品接觸的三個(gè)點(diǎn)做標(biāo)記，然后取下本檢測裝置。

⑸進(jìn)行承載能力試驗(yàn)；按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定速率施加荷載，直至達(dá)到2/3 檢測荷載（不同等級(jí)的檢查井蓋，其檢測荷載不同，例如等級(jí)為D400 的檢查井蓋，檢測荷載為400kN），然后卸載，此過程重復(fù)5 次。

⑹將本檢測裝置放置在標(biāo)記好的三個(gè)點(diǎn)處，松開數(shù)顯測量系統(tǒng)的擰緊螺母，輕輕按壓尺柄，使頂針下移，至頂針與樣品緊密接觸，數(shù)顯屏示值即為樣品幾何中心的最終值X2。

⑺X2-X1，即為試驗(yàn)樣品的殘留變形值。

3.2 實(shí)施效果

3.2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

對同一批井蓋，用傳統(tǒng)測量方法與自主研制的的殘留變形試驗(yàn)裝置各自測量10 次，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

由表1 可知，采用自主研制的殘留變形試驗(yàn)裝置時(shí)，檢查井蓋殘余變形測量平均值偏大，比傳統(tǒng)測量方法的數(shù)據(jù)約大10%。這主要是由于傳統(tǒng)方法鋼尺剛度不夠，中間產(chǎn)生撓度，造成測量數(shù)據(jù)偏??；而采用自主研制的殘留變形試驗(yàn)裝置時(shí)，整個(gè)裝置處于同一水平面，數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

表1 傳統(tǒng)測量方法與自主研制的殘留變形試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)對比

標(biāo)準(zhǔn)差方面，自主研發(fā)的試驗(yàn)裝置較小，表征數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定準(zhǔn)確，二者相比，自主研發(fā)的試驗(yàn)裝置標(biāo)準(zhǔn)差只有傳統(tǒng)方法的40%。

3.2.2 試驗(yàn)效率

經(jīng)大量井蓋殘留變形試驗(yàn)耗時(shí)測算，傳統(tǒng)方法每個(gè)井蓋耗時(shí)約4 分鐘，采用自主研制的殘留變形試驗(yàn)裝置后，耗時(shí)約2 分鐘。試驗(yàn)效率提升1 倍，大幅節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間。

圖4 樹脂復(fù)合材料井蓋殘留變形試驗(yàn)

圖5 鑄鐵井蓋殘留變形試驗(yàn)

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

與傳統(tǒng)試驗(yàn)方法相比，該測試裝置的主要技術(shù)優(yōu)勢、創(chuàng)新點(diǎn)如下：

⑴采用兩點(diǎn)支撐定位機(jī)構(gòu)和單點(diǎn)支撐定位機(jī)構(gòu)與橫桿滑動(dòng)配合，跨距調(diào)整方便，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整任意大小的跨距，最大跨距可達(dá)1200mm，因此，可適用于不同規(guī)格尺寸的井蓋殘留變形檢測。

⑵橫桿剛性強(qiáng)，在橫桿上設(shè)有水平儀，方便調(diào)節(jié)為水平狀態(tài)，操作簡單方便。

⑶數(shù)顯測量系統(tǒng)具有可上下移動(dòng)的頂針，樣品幾何中心定位準(zhǔn)確。

⑷操作快捷，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；經(jīng)測算，試驗(yàn)效率提升1倍，大幅節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間。

⑸試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，耐用性好，已通過計(jì)量校準(zhǔn)，滿足試驗(yàn)要求，試驗(yàn)結(jié)果精確，穩(wěn)定耐用。

⑹適用范圍廣，滿足GB/T 23858-2009、CJ/T 327-2010、CJ/T 211-2005、CJ/T 511-2017、CJ/T 121-2 000 等多本標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省了試驗(yàn)場地，方便儀器管理。

5 結(jié)論

檢查井蓋是路面工程、市政設(shè)施用檢查井的主要組成部分，其承載能力合格與否對檢查井乃至整個(gè)工程有重要影響。殘留變形表征井蓋抵抗外部荷載導(dǎo)致變形的能力，對保障工程質(zhì)量安全有重要意義。

本研究針對試驗(yàn)過程中存在的問題與不足，研制了一種殘留變形試驗(yàn)裝置，能夠滿足不同種類、不同規(guī)格尺寸的檢查井蓋樣品殘留變形試驗(yàn)檢測需要，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、試驗(yàn)效率高，對檢查井蓋的質(zhì)量檢測、驗(yàn)收、設(shè)施維護(hù)等提供有益參考，對保障工程質(zhì)量、人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有良好的社會(huì)效益。