关于公路工程隧道采用贯入法检测喷射混凝土强度的可行性研究
2015-07-13
1.研究目的
在隧道工程中，喷射混凝土作为隧道初期支护的一个组成部分，对控制围岩变形、防止围岩坍塌起着重要作用。而早期强度作为评价喷射混凝土性能的一个重要指标，在支护体系前期的质量评定中起着重要作用。当前，我国公路行业没有进行喷射混凝土的无损检测强度评价，只有依据验收规范对其进行28天立方体抗压强度检测，此方法存在时效性、真实性、便捷性等诸多问题，不能有效的控制喷射混凝土的施工质量，因此，需要改进检查方法。
2.调查研究
客运专线作为目前我国设计行车时速最高的铁路，对工程质量提出了非常高的要求。《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》针对喷射混凝土早期（1d）强度检测提出了明确的要求：每一喷射循环施工单位、监理单位须检查一次，检测方法为贯入法或拔出法。两种方法相比，拔出法在工程中的应用较为成熟，检测误差较贯入法小，但对混凝土结构有损伤，现场操作不方便；而贯入法以其对结构无破坏、受结构物形状和尺寸的限制小、设备轻便、操作容易、安全快捷等优点，更适合在现场使用。作为一种新的检测方法，目前，贯入法在我国的应用还不成熟，对贯入法的研究还非常少，还没有形成明确的规范和试验检测方法。
3.研究计划
贯入法属于无损检测方法（检测后仅表层产生不超过10mm的小坑），适用于现场测定喷射混凝土的强度。其工作原理是依据美国ASTM C803的标准贯入阻力原理，采用压缩弹簧加载，把一钢制测钉贯入混凝土中，因其贯入深度与混凝土的强度成反比，即可根据测钉的贯入深度来推定喷射混凝土的强度。通过在试验室对大量喷射混凝土试件进行实测，取得大量数据，并以此数据来建立喷射混凝土早期强度与贯入深度的关系曲线。
3.1 检测设备
采用HQG-1000型测强仪（目前市场上HQG-1000型测强仪大致上有三个厂家，分别为上海，北京，无锡。该仪器在市场上参考价为上海：2300元，北京2100元，无锡1650元。），该设备主要由测试仪、测钉和测深表3部分组成（如图1）。
⑹ 测钉系由高强度特殊钢材特制而成。测深表系一特制百分表，通过初始测量值与贯入后测量值之差，计算出测点的贯入深度值。
3.2 检测方法
1）喷射混凝土施工完毕后，选择测区。测区宜选择在较平整处，且避开各种管线干扰之处。
2）每一喷射循环应随机选取10个测区，每一测区的面积约500cm2。相邻两测区的间距不宜小于0.5m。
3）每个测区选取5个测点，测点应在测区范围内均布，相邻测点之间的最小间距为5cm。选好测点后进行标识和编号。
4）使用测强仪对每一测点进行贯入检测。
5）使用专用测深表（测量尺）对每一测点进行贯入后的读数测量并记录，测量值精确到0.01mm。测量前必须用橡胶吹风器将孔内吹干净，否则会影响测量深度。
6）初读数减去贯入后的读数即为测点的贯入深度值。每个测区5个测点中，去除1个最大值和1个最小值，将剩下的3个测点的贯入深度值进行平均值计算，作为该测区的贯入深度值。
3.3 强度换算及推定
3.3.1 建立早期强度回归曲线
将喷射混凝土喷入大板中，切割成100mm×100mm×100mm立方体试件（喷大板切割法），做足试件数量，此喷射混凝土试件用材料应与施工过程中的完全一致，待混凝土龄期达到3天、5天、7天、10天、15天、20天、28天等等以后（强度太低，测钉射入后会把试件打破，无法测得贯入深度）时即可开始进行率定，先对试件进行贯入试验（宜在混凝土试件的四个侧面上共选取5个测点），测得贯入深度平均值，然后再对该试件进行抗压强度试验，测得抗压强度值，这样即可得到一组对应数据。如此反复进行对应数据的测定，对应数据不得少于20个对比组，然后对所得数据采用最小二乘法进行一元线性回归分析，求得强度公式。
3.3.2 测区抗压强度换算
3.4 验证
在施工现场，先进行贯入法检测，再用凿方切割法，取出长约35cm、宽约15cm的喷射混凝土块加工成100mm×100mm×100mm立方体试件检测抗压强度或用取芯法，取出直径为100mm喷射混凝土块加工成φ100mm×100mm圆柱体试件检测抗压强度，进行测强曲线可靠性验证。
4.新方法特点
⑴ 及时性：能够在混凝土喷射后，在较短的时间内进行强度的评价，质量控制及时有效；
⑵ 可靠性：现场检测，样品多，直观，可重复，数据可验证，数据真实可靠；
⑶ 便捷性：方法简单，方便，劳动强度低；
⑷ 贯入法检测喷射混凝土强度的准确性虽然受回归方程的精度、喷射混凝土的骨料、所选测点的位置等因素的影响，但随着对贯入法的不断熟悉和了解，检测误差会逐渐趋于稳定，检测速度会不断提高。同时，用贯入法来检测喷射混凝土早期强度，具有操作性好、对混凝土结构无损伤等优点，便于施工单位对工程质量进行自控。作为一种检测手段，它的应用前景将是非常广阔的。
