２０１１年第４期 东北水利水电 工程施工 ［文章编号】１００２—０６２４（２０１１）０４—００２３—０２ 超声回弹综合法在隧道二次 衬砌混凝土强度检测中的应用 黄金华１，祁海燕２，占峰１ （１．辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳１１０００３； ２．辽宁宏禹水利工程建设监理有限公司，辽宁沈阳１１０００６） ［摘要］文章按照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（ｃＥｃｓＯ２：２ｏ０５）要求。采用超声 回弹综合法对大伙房水库输水工程隧道二次衬砌混凝土抗压强度进行检测。同时在相同测区 采用钻芯取样法进行对应比较。通过工程实际应用，表明超声回弹综合法在隧道二次衬砌混 凝土强度检测中具有较好的保证率，能够满足检测要求。同时本文分析了该方法在检测中影 响相对误差的因素。 ［关键词］超声回弹综合法；输水隧道；混凝土；衬砌强度 ［中图分类号］ＴＶ５２２ ［文献标识码］Ａ Ｏ引言 超声回弹综合法是对混凝土质量进行无损检 在水利水电工程中，混凝土材料的应用已有 测的主要方法之一。它先通过混凝土试块的抗压 １００多年的历史，通过大量使用及研究发现，直接 强度和超声声速、回弹值间的相关关系建立统一 影响混凝土自身质量的因素较多，如原材料组成、 的测强公式，来表达结构混凝土强度和声速、回弹 施工方法、环境和气候条件、人员素质等都有可能 值的关系；然后，利用测强公式，根据对结构进行 使混凝土在浇筑过程中产生缺陷，在使用过程中 原位测试所得的声速和回弹值对混凝土强度进行 出现病害，如碱活性、空隙、孔洞及裂隙等。这些缺 评价、测定。由于该法简单方便，可重复性好，经济 陷和病害都将降低混凝土的强度指标，因此，需要 便宜、精度高、测试结果可靠等优势，在道路、桥梁 用科学的检测手段和方法，对混凝土结构缺陷和 和房屋结构等结构构件的强度测试中，已得到广 强度进行检测，评价混凝土及其结构质量。隧道衬 泛的应用和认可。但是，将该方法应用于输水隧道 砌的强度检测方法中，最直接、可靠的的方法，无 混凝土衬砌强度测试，相关研究和工程实践较少。 疑是钻芯取样法。但该法可对衬砌造成局部破损， 所以，若能将超声回弹综合法引入隧道衬砌的强 影响隧道美观，并且施工不便，费用较高，有时还 度检测以应工程之急需，这不仅具有广阔的应用 可能影响隧道的正常运行，因而难以大量使用、推 前景，也会产生明显的经济价值和社会效益。按 广。常规的预留试块法，也被隧道衬砌复杂的施工 《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程） 工艺和特殊的养护环境所，再加上预留试块 （ＣＥＣＳ０２：２００５）所述，该规程主要是针对一般工民 的数量较少和几何尺寸有限等原因，其结果代表 建的板、梁、柱等混凝土结构构件，并未涉及隧道 性不足，很难全面反映衬砌混凝土的质量。 衬砌。由于输水隧道是具有拱、墙组合结构的地下 ・２３・ 工程施工 东北水利水电 ２０１１年第４期 构筑物，具有许多不同于地表建筑的特点，将该规 程直接应用于隧道衬砌，其检测结果的可信度如 何？规程提供的统一测强公式是进行强度推定的 基础，该公式应用于输水隧道是否适宜？对这些问 题，已有的研究还未能妥善解决。本文对隧道衬砌 混凝土的强度厂和超声声速 、回弹值Ｒ的关系 进行比较，对超声回弹综合法如何应用于公路隧 声回弹综合法检测混凝土抗压强度的曲线。而本 文采用全国统一测强公式，对检测精度造成较大 影响。 ・ ２）隧道衬砌应力分布比较复杂 按规程要求，利用混凝土立方试块的超声声 速 、回弹值Ｒ和抗压强度厂建立统一测强公式 时，混凝土试块是不受力的。对于隧道衬砌来说， 道衬砌这一问题进行探讨。 １工程应用 、 大伙房输水工程主体为自流输水隧道，全长 ８５．３２ ｋｍ，采用以掘进机为主、钻爆法为辅的联合 方式施工。 利用超声回弹综合法检测大伙房水库输水隧 道二次衬砌混凝土强度，同时在超声回弹综合法 检测测区进行钻芯取样混凝土抗压试验，试验结 果如表１所示。 表１超声回弹综合法检测及钻芯抗压试验结果对照表 表１中超声回弹换算强度采用全国统一测强 公式计算所得。按ＣＥＣＳ０２：２００５要求，地区测强曲 线相对误差不大于１４％１￣Ｐ满足要求，本文中相对 误差最大值为１３．６‰基本满足规程要求，说明超 声回弹综合法对隧道二次衬砌混凝土强度的检测 满足精度要求。该方法在混凝土强度检测中具有 丰富经验及较高的精度，但在隧道二次衬砌混凝 土检测中相对误差较大。 ２检测隧道衬砌强度影响因素分析 １）统一测强公式的影响 按照ＣＥＣＳ０２：２００５规定，超声回弹综合法检 测需建立专用或地区混凝土强度曲线，选用本地 区常用水泥、粗骨料、细骨料，按照常用配合比制 作混凝土强度等级为Ｃ１０一Ｃ６０的标准立方体试 件，通过试验和数理统计分析，建立专用或地区超 ・２４・ 常常是无法满足的。众所周知，在围岩压力、结构 自重等作用下，衬砌总是受到轴力、剪力和弯矩等 多种形式的内力作用，并且，衬砌内部的应力分布 还往往比较复杂。而混凝土的应力与超声声速的 关系研究，现有的成果也主要集中在简单应力状 态下的应力对声速的影响方面，在单轴应力状态 下。混凝土、岩石等多孔材料在低应力阶段，随着应 力的增加，材料内的孔隙、裂隙在与应力平行的方 向上被压缩变小，致使声波在混凝土中的传播距 离变短，其波速将增加，且增速较快：在与应力相 垂直的方向上，超声声速对应力的变化并不敏感， 声速基本不变；而在高应力阶段，随着孔隙、裂隙 等被逐渐压密，波速在平行于应力方向上的增加 逐渐变慢以致停滞，直至试块破坏；在垂直应力方 向上，随着混凝土内微裂缝数量增多和裂缝变大， 其声程增加，波速将会降低。在复杂应力状态下， 混凝土声速与应力的关系研究，还比较少见。已有 的研究成果，对这一问题的解决也很不理想。由于 隧道衬砌存在着应力分布，而应力又对声速有明 显的影响，所以，按不考虑应力的统一测强公式进 行强度测定，就有可能产生较大的误差。 ３）隧道衬砌养护条件的复杂性 按规程要求，制定统一测强公式所用的混凝 土试块，必须自然养护条件下进行养护，对于隧道 衬砌来说，在复杂多变的地质环境中，并可能受到 地应力、地下水的化学腐蚀和地热等因素的共同 作用，与规程所要求的这一养护条件相比，隧道衬 砌的养护环境就复杂且具有特殊性。衬砌强度的 养护条件与规程有较大差别，混凝土是由骨料、水 泥凝胶和裂隙组成的非均质的粘弹塑性材料，一 般说来，混凝土强度的形成和发展主要取决于水 泥凝胶的硬化过程，硬化过程进行得越充分，混凝 土的强度就越高；硬化过程越快，混凝土的强度增 长就越快。已有研究表明，水泥凝胶的硬化过程随 （下转第２８页） 矍蕉王———一一一 壅 水电 ２０１ １年第４期 公路隧道质量检测中取得了较好的效果，并且已 能的准确。 经作为规范推荐的检测手段，在水工隧洞上也有 ［参考文献】 广阔的应用前景。 但是，目前地质雷达技术在经验、理论、雷达 ［１］梁慧云．地质雷达——新的地球物理勘探技术［．Ｉ］．国际 地震动态，１９９２（０９），３２． 图像判实方面还有许多不足，有待于进一步探讨 ［２］王清玉．ＩＬＡＭＡＣ／ＧＰＲ地质雷达探测技术及其应用［Ｊ］． 研究。在地质雷达无损检测中，主要有以下不足： 海河水利，１９９９（０３），２０． 实际探测中雷达采集的数据包含了许多干扰波， ［３］刘胜峰．地质雷达应用于公路隧道衬砌无损检测的实验 如环境干扰、噪音干扰等，另外雷达波速选取精度 研究［Ｄ］．长沙理工大学，２００７． 有待提高，雷达资料的解释还处于研究探索阶段， ［４］ｓ．Ｇ．ＭｉＵａｒｄ，ＬＬ．ＡＩ－Ｑａｄｉ．Ｃｏａｘｉａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅｓ： 还没有成熟的解释方法１６］，因人而异，解释者的经 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｓｔ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｊｏ啪ａ１ ｏｆ 验非常重要。所以，目前雷达波速在水工隧道衬砌 ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｆｉｎｅ，２００１：２０２—２０８． 无损检测中，考虑到波速随衬砌厚度、混凝土龄 ［５］贾华强．探地雷达方法在铁路隧道衬砌质量检测中的应 期、含水量、砂率以及骨料变化的事实 ，在雷达波 用［Ｄ］．西南交通大学，２００２． 速选择时最好采用实测法，这样在现有的雷达探 ［６］周俊峰，吴汉杰．高速公路隧道检测中的地质雷达波形 分析及应用［１］．西部探矿工程，２００５（９）：１２８—１３０． 测条件下，可以提高衬砌厚度探测的精度。在分析 ［７］黄玉华，李超，李文豪．用探底雷达法评估混凝土强度［Ｉ］． 解释原始数据时，尤其当检测数据显示异常时，要 国外建筑科技，２００５，２６（２）：６—７． 充分掌握所探测工程详细的原始资料，通过其他 验证手段，以便分析时借鉴对照，使分析结果尽可 【收稿日期】２０１１－０１－０５ （上接第２４页） 材料组成、配合比和养护情况等条件的变化而变 ３）虽然建立专用或地区测强曲线需要大量试验， 化，水泥凝胶的硬化过程最长可达５０余年；水泥 但由于该法简单方便，可重复性好，精度高，测试 凝胶的硬化时间越长 强度就越高，但增长速度将 结果可靠，更具有长远经济效益等优势，因此，该 逐渐变慢以至停滞。在材料种类、配合比和施工工 法具有较好的使用前景。 艺相同的情况下，这种作用在同一隧道的不同地 ４）由于现有规程对隧道衬砌在应力分布、养护 段也不同。 环境和长龄期等方面考虑的不足，使用超声回弹综 合法进行衬砌强度测定时，应进行相应的修正。 ３结论 【参考文献］ 对超声回弹综合法应用于公路隧道衬砌的可 ［１］彭向宇、王良之．超声波对泽丰水电站压力隧洞衬砌混 凝土质量检测［Ｊ］．湖南水利水电，２００７（２）． 行性进行分析、研究，结合大伙房水库输水隧道的 ［２］ＣＥＣＳ０２：２００５，超声回弹综合法检测混凝土强度技术规 具体应用，得出以下结论与认识： 程［ｓ］． １）超声回弹法较回弹法弥补了后者对混凝土内 ［３］胡卫东．超声回弹综合法检测岳阳地区混凝土抗压强度 部情况检测的不足，同时利用了超声波检测法的 曲线的建立［１］．混凝土，２００５（３）． 优点，根据在对应点钻芯取样后的外观及抗压试 ［４］徐国孝．修订后的超声回弹综合法与回弹法的主要区别 验的验证，更加突出超声回弹综合法的优势。 ［门．浙江建筑，２００６（４）． ２）超声回弹综合法检测输水隧道衬砌强度在建 立专用或地区测强曲线时，具有较高的精度和可操 作性，为评价输水隧道衬砌强度提供数据依据。 【收稿日期】２０１１—０１—２４ ・２８・
