羅 晶，唐欣薇，莫鍵豪

（1、廣東水電二局股份有限公司 廣州 511300；2、華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 廣州 510641）

0 引言

珠江三角洲水資源配置工程是世界上內(nèi)水壓力最高的長距離盾構(gòu)輸水隧洞工程，采用了預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)［1-2］，通過對鋼筋混凝土內(nèi)襯施加預(yù)應(yīng)力滿足工程的高內(nèi)壓需求。當(dāng)前復(fù)合襯砌的內(nèi)襯混凝土基本采用鋼模臺車作為澆筑模板，在有限的作業(yè)空間內(nèi)，難以通過常規(guī)的低頻振搗器或軟軸式振搗棒在密集的鋼筋和鋼絞線之間充分且精準(zhǔn)地振搗混凝土，容易造成內(nèi)襯厚度不足、空洞等施工質(zhì)量問題［3-4］。為解決上述問題，擬在鋼模臺車的模板背面附著氣動振動器，以保證混凝土的振搗效果。然而，氣動振動器對密集鋼筋中的混凝土的振搗效果尚缺乏專門研究。

本文基于QZD-160 型氣動振動器開展混凝土振搗工藝試驗研究，以驗證氣動振搗工藝的可行性及適用性，明確該振動器的作用深度、布置間距等參數(shù)，為預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌的施工工藝提供參考。

1 試驗材料及設(shè)備

1.1 混凝土配合比

本試驗的混凝土配合比與珠江三角洲水資源配置工程的內(nèi)襯混凝土保持一致，設(shè)計標(biāo)號為C50、W12，混凝土的骨料級配選用一級配，其坍落度控制在180～210 mm，且坍落度損失需控制在4 h內(nèi)10 mm，具體配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比Tab.1 Mix Proportion of Concrete

1.2 氣動振動器性能參數(shù)

氣動振動器是一種利用壓縮空氣產(chǎn)生振動的設(shè)備，當(dāng)壓縮空氣通過氣動振動器內(nèi)部時，能夠產(chǎn)生高頻小幅振動，可用于混凝土施工過程中，將振動傳導(dǎo)至預(yù)制模板上，使混凝土中的氣泡被擠出，進而更加均勻、密實［5-6］。試驗采用了QZD-160 型氣動振動器，其性能參數(shù)如下：空氣壓力為6 kg，振動力為25 kN，振頻為12 980 Hz，振幅為6.6 mm，耗氧量為580 L/min，重量為42 kg。

2 試驗設(shè)計及實施過程

根據(jù)預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)的特性，需分別模擬拱頂與拱腰區(qū)域的氣動振搗工藝。

2.1 拱頂混凝土振搗試驗

為真實模擬預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌拱頂區(qū)域的內(nèi)襯混凝土振搗施工，本文設(shè)計了試驗?zāi)Ｐ腿鐖D1?和圖1?所示，混凝土的澆筑范圍為3.0 m×3.0 m×0.55 m（長×寬×高），其中，0.55 m 為預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌的內(nèi)襯厚度。試驗在混凝土澆筑區(qū)域內(nèi)布置了鋼筋和PVC 管分別模擬預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌中密集的鋼筋與鋼絞線。待混凝土注滿澆筑區(qū)域后，人工刮平混凝土表面，并開啟布置于模型中心的氣動振動器，振動器的輸入風(fēng)壓為0.5 MPa。振動器開啟后，在距離振動器0.6 m 半徑范圍內(nèi)的混凝土表面出現(xiàn)明顯氣泡上冒及少量提漿的現(xiàn)象，如圖1?所示。在振搗約13.3 min 后，混凝土表面無明顯氣泡上冒或提漿的現(xiàn)象，隨即關(guān)閉氣動振動器。

圖1 拱頂混凝土振搗試驗Fig.1 Vibration Test of Concrete in the Arch Crown Area （mm）

2.2 拱腰混凝土振搗試驗

與拱頂區(qū)域的混凝土振搗不同，氣動振動器需產(chǎn)生水平方向的振動才能達到振搗拱腰區(qū)域混凝土的目的。本文采用尺寸為3.0 m×0.55 m×3.0 m（長×寬×高）的“側(cè)墻”模擬襯砌的拱腰，試驗?zāi)Ｐ腿鐖D2?所示，共布置4臺氣動振動器。由于實際工程中，預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌的內(nèi)襯混凝土采用分層澆筑法，故將4 臺氣動振動器分兩層布置，下層振動器距離模型底端1.0 m，上層振動器距離模型頂端0.64 m，兩層之間的凈距為0.66 m。

圖2 拱腰混凝土振搗試驗Fig.2 Vibration Test of Concrete in the Arch Waist Area

試驗采用分層澆筑法［7-8］，分兩次進行布料，布料深度分別為1.75 m 和1.25 m。第一層布料完成后，開啟下層的兩臺振動器，振動器輸入風(fēng)壓為0.6 MPa。以無明顯氣泡上冒或混凝土面不再下沉為止，下層振動器的開啟時長為5.5 min。隨后，開始第二層布料，如圖2?所示，待布料至模型頂面，人工刮平混凝土表面，并開啟上層的兩臺振動器。振搗過程中，混凝土表面有明顯氣泡上冒現(xiàn)象，且混凝土面均勻下沉。上層振動器開啟9.2 min后，混凝土表面不再出現(xiàn)明顯氣泡上冒或下沉現(xiàn)象，隨即關(guān)閉振動器。

3 試驗結(jié)果

3.1 斷面目測

以氣動振動器的位置為圓心，在拱頂振搗試驗?zāi)Ｐ偷谋砻嬉?.3 m 為半徑增量畫同心圓，再對其進行對稱切割，如圖3?所示。通過觀察切割面的氣孔分布判斷振搗效果，不難看出，沿厚度方向分布較均勻，說明單臺氣動振動器的作用深度不少于0.55 m。同時，距離振動器越遠(yuǎn)，斷面呈現(xiàn)的氣孔數(shù)量越多，且氣動尺寸較大，當(dāng)距離超1.2 m 時，混凝土呈較疏松狀，如圖3?所示。

圖3 模型斷面目測Fig.3 Visual Inspection of Model Cross-section

3.2 超聲波檢測

利用超聲波技術(shù)檢測氣動振動器的有效作用范圍，在拱腰振搗試驗?zāi)Ｐ偷谋砻嫜厮椒较驑?biāo)出六列等豎向間距的測點，其中第2 列與第4 列需經(jīng)過振動器的中心位置，如圖4?所示。由于超聲波的波速與混凝土的密實度呈正相關(guān)［9-10］，通過超聲波檢測各測點的波速，認(rèn)為波速大于平均值的測點已振搗密實。繪制超聲波檢測結(jié)果分布圖如圖4?所示，黃色圓點代表氣動振動器所在位置，綠色圓點代表波速大于平均值的測點，并根據(jù)綠色測點的范圍畫出各振動器的有效作用范圍分布圖?？梢姡瑔闻_氣動振動器的有效作用范圍約為0.9 m，為確保工程質(zhì)量，建議將振動器在鋼模臺車上按等邊三角形交錯布置，且環(huán)向和縱向的間距均控制在1.5 m內(nèi)。

圖4 超聲波檢測Fig.4 Ultrasonic Testing （mm）

3.3 鉆孔取芯及密度測量

在兩組振搗試驗?zāi)Ｐ蜕线x擇不同半徑位置進行鉆孔取芯，取芯位置應(yīng)避開鋼筋和PVC 管。將芯樣全數(shù)按上、中、下進行分層切割，形成直徑55 mm，高度52 mm 的圓柱體，如圖5 所示，分別測量其體積與質(zhì)量，計算各圓柱體的密度，并與同條件試塊實測密度進行對比，如表2 所示，各芯樣的密度較接近，且均低于同條件試塊?？梢姡緲用芏炔荒茏鳛榕袛鄽鈩诱駝悠髯饔梅秶囊罁?jù)。

圖5 混凝土芯樣Fig.5 Concrete Core Sample

表2 芯樣密度統(tǒng)計Tab.2 Core Sample Density Statistics

4 結(jié)論

⑴當(dāng)單臺QZD-160型氣動振動器的運行風(fēng)壓為0.5 MPa 時，其作用深度不小于0.55 m，能滿足珠江三角洲水資源配置工程預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌的內(nèi)襯混凝土振搗施工要求。

⑵QZD-160型氣動振動器的作用范圍約為0.9 m，建議將振動器在鋼模臺車上按梅花形等邊三角交錯布置，環(huán)向和縱向的間距均控制在1.5 m 內(nèi)，且振動器運行風(fēng)壓需達到0.6 MPa以上。

⑶混凝土芯樣的密度與氣動振動器作用范圍無直接關(guān)系，不能作為分析該設(shè)備作用范圍的直接依據(jù)。