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摘要 本文針對(duì)采用傳統(tǒng)辦法不易對(duì)公路隧道的襯體混凝土進(jìn)行檢測(cè)的問題展開研究。根據(jù)超聲波縱波在水泥混凝土中波速和混凝土強(qiáng)度存在的關(guān)聯(lián)，對(duì)強(qiáng)度測(cè)定問題進(jìn)行了探討。最終采用無破損檢測(cè)為主，破損檢測(cè)為輔的辦法對(duì)公路隧道進(jìn)行了實(shí)際檢測(cè)，取得了預(yù)期效果。對(duì)在公路隧道以及相關(guān)結(jié)構(gòu)物檢測(cè)中提供了參考。
      關(guān)鍵詞：公路隧道    超聲波    襯體混凝土   
      隨著國家西部開發(fā)戰(zhàn)略的使用，作為重要基礎(chǔ)建設(shè)的公路對(duì)保證其順利進(jìn)行越發(fā)顯得重要。而在西部建設(shè)公路交通主骨架，首先面臨的就是公路隧道建設(shè)，和鐵路隧道相比，公路隧道的要求更多、更具體，伴隨著大量的公路隧道的建成通車，傳統(tǒng)檢測(cè)辦法還能不能進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)就成了新的話題。如對(duì)隧道中的襯體混凝土進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，若按照傳統(tǒng)的破損檢測(cè)辦法進(jìn)行，會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)造成不可挽回的破壞；同時(shí)也無法保證評(píng)價(jià)所需的最小樣本數(shù)量，表明傳統(tǒng)的破損檢測(cè)辦法已無法用于隧道襯體強(qiáng)度的檢測(cè)中。因此本文針對(duì)隧道的襯體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)問題展開研究。
　　一、聲波檢測(cè)原理簡(jiǎn)介：
      眾所周知，混凝土的力學(xué)性質(zhì)和聲波在其中傳播規(guī)律有著密切的聯(lián)系，這是聲波探測(cè)力學(xué)參數(shù)測(cè)定問題的物理前提。聲波測(cè)試是彈性波測(cè)試方法中的一種，其理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論上。該方法是以人工激振的方法向介質(zhì)（混凝土構(gòu)筑物）發(fā)射聲波，在一定的空間距離上接受介質(zhì)物理特性調(diào)制的聲波，通過觀測(cè)和分析聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度、振幅、頻率等聲學(xué)參數(shù)，解決工程中的相關(guān)問題。采用此方法進(jìn)行測(cè)定，最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、便于重復(fù)測(cè)試，而且對(duì)測(cè)試物體無破損等優(yōu)點(diǎn)。
　　其中對(duì)于水泥混凝土而言，其力學(xué)性質(zhì)也和波速有著密切的關(guān)系。一般來說，混凝土強(qiáng)度越高，相應(yīng)的波速也越高。由于待測(cè)隧道中的二襯混凝土，強(qiáng)度等級(jí)基本相同（大多為C20強(qiáng)度等級(jí)混凝土），密度值比較接近，因而可以認(rèn)為強(qiáng)度和波速之間存在著正比例關(guān)系。但是單獨(dú)以波速來衡量混凝土強(qiáng)度，也存在一定的問題。因?yàn)闊o破損檢測(cè)是建立在兩者相關(guān)性基礎(chǔ)上的，具體測(cè)試過程中，測(cè)試結(jié)果還受到以下一些因素的影響：
　　橫向尺寸效應(yīng)（要求縱波速度應(yīng)在無限大介質(zhì)中測(cè)得。）；溫度和濕度（當(dāng)環(huán)境溫度在5～30℃情況下、因溫度升高引起的速度減小不大。當(dāng)環(huán)境溫度在40～60℃度之間時(shí)，速度降低5%，溫度在0℃以下時(shí)，由于混凝土的自由水結(jié)冰，使脈沖速度增加）；鋼筋的影響（鋼筋中超聲傳播速度比普通混凝土的高1.2—1.9倍）；骨料品種、粒徑、含量的影響（超聲波在骨料中的傳播速度高于混凝土中的速度。因此，聲道路上的粗骨料多，聲速則高，反之則低）；水灰比和水泥用量的影響，隨著水灰比的降低，混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度以及彈性性質(zhì)相應(yīng)提高，反之則降低。
　　二、處理辦法
      由上可見，測(cè)試結(jié)果受到多方面因素的影響，因此如何消除這些影響對(duì)使用該法進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)就顯得至關(guān)重要。目前，國內(nèi)外在超聲檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的規(guī)程、方法以及建議中均須以一定數(shù)量的相同技術(shù)條件的混凝土試件進(jìn)行校正實(shí)驗(yàn)，即預(yù)先建立強(qiáng)度校正曲線，然后用聲速推算混凝土的強(qiáng)度，這樣推算的強(qiáng)度值才能達(dá)到比較滿意的精度。采用該方法適用于檢測(cè)和試件相同技術(shù)條件下的混凝土制品的強(qiáng)度，測(cè)試精度高。并且由于采用了相同的材料制備的試件，因此在推算混凝土強(qiáng)度時(shí)，不存在影響因素，因而無須對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。（1）
　　在室內(nèi)測(cè)試中對(duì)聲速試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理過程如下所示；
　　首先確定聲速，采用公式1進(jìn)行計(jì)算：
　　v=l÷t×10(km/h)  (公式1) 
　　其中：v—超聲波在混凝土介質(zhì)中的波速(km/h) 
　　l—-收、發(fā)換能器的測(cè)試距離，室內(nèi)測(cè)試時(shí)即為試件的寬度(cm)
　　t—測(cè)區(qū)（試件）的平均聲時(shí)值（單位μs）
　　對(duì)與測(cè)試中個(gè)別點(diǎn)的聲時(shí)偏差超過5%時(shí)，試件作廢。
　　此外試件的極限抗壓強(qiáng)度按照公式2計(jì)算：
　　Fmax=F/A*k    (公式2)
　　式中：Fmax—極限荷載(Kn)
　　A—試件承壓面積(cm2)
　　k—試件尺寸換算系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)件為15×15cm)
      測(cè)試中以三個(gè)試件為一組，數(shù)據(jù)處理原則同混凝土強(qiáng)度測(cè)試處理原則，以最大或最小值與中間值相比較，看偏差是否超過15%。(2)
      因此在實(shí)際檢測(cè)中，對(duì)待檢測(cè)隧道選用相同的材料與配合比配制相同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，實(shí)測(cè)強(qiáng)度和波速，建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線。在此基礎(chǔ)上，實(shí)際測(cè)定二襯混凝土的波速值。將每條隧道的波速曲線畫出，從中找出不利路段的波速和里程樁號(hào)。對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)一些有必要復(fù)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)或?qū)嶋H取芯，實(shí)測(cè)強(qiáng)度。
　　三、實(shí)例：
      某公路隧道，全長1.060公里，與2000年建成完工。其中的襯體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土。在進(jìn)行實(shí)際測(cè)試前，首先選用與該隧道施工時(shí)相同的材料成形了水泥混凝土試件（15×15cm立方體試件），標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生到28天，在室內(nèi)測(cè)定了強(qiáng)度以及相應(yīng)的波速，并建立了強(qiáng)度、波速關(guān)系曲線，詳見表1。
　　表1                      混凝土強(qiáng)度與波速關(guān)系匯總表
　　序號(hào) 試件尺寸（cm2） 每組試件個(gè)數(shù) 偏差（%） 波速均值（m/s） 實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度（MPa）
　　1      15*15               3        5.7         3448.0             39.5
　　2      15*15               3        4.5         3333.0             38.6
　　3      15*15               3        5.8         3333.0             39.3
　　4      15*15               3        4.6         3000.0             35.9
　　5      15*15               3        5.8         3846.0             43.9
　　6      15*15               3        4.7         3846.0             44.8
　　7      15*15               3        6.1         3571.0             40.7
　　8      15*15               3        4.5         3333.0             45.9
　　9      15*15               3        3.9         3448.0             41.2
　　10     15*15               3        6.0         3571.0             39.5
　　11     15*15               3        5.5         2857.0             30.2
　　12     15*15               3        4.9         3333.0             40.8
 
　　在建立了關(guān)系曲線的基礎(chǔ)上,與同年進(jìn)行了相關(guān)工程的實(shí)際檢測(cè)。某隧道的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)詳見表2所示。
        表2                 某隧道超聲波檢測(cè)結(jié)果匯總表
　　序號(hào)            樁號(hào)                 波距(cm)           聲時(shí)（μs）  波速（m/s）
　　       左側(cè)     拱頂    右側(cè)    左側(cè)    拱頂     右側(cè)
　　1     k183+949   20     61.0    59.0    62.0    3278.7    3389.8      3225.8
　　2       990      20     62.0    62.0    56.0    3225.8    3225.8      3571.4
　　3     k184+030   20     59.0    56.0    55.0    3389.8    3571.4      3636.4
　　4     70         20     55.0    60.0    58.0    3636.4    3333.3      3448.3
　　5     110        20     54.0    59.0    58.0    3703.7    3389.8      3448.3
　　6     150        20     53.0    55.0    56.0    3773.6    3636.4      3571.4
　　7     190        20     54.0    56.0    58.0    3703.7    3571.4      3448.3
　　8     230        20     54.0    55.0    61.0    3703.7    3636.4      3278.7
　　9     270        20     54.0    56.0    55.0    3703.7    3571.4      3636.4
　　10    310        20     55.0    55.0    53.0    3636.4    3636.4      3773.6
　　11    350        20     53.0    54.0    58.0    3773.6    3703.7      3448.3
　　12    390        20     54.0    55.0    55.0    3703.7    3636.4      3636.4
　　13    430        20     56.0    56.0    53.0    3571.4    3571.4      3773.6
　　14    470        20     53.0    53.0    52.0    3773.6    3773.6      3846.2
　　15    510        20     57.0    55.0    56.0    3508.8    3636.4      3571.4
　　16    550        20     60.0    57.0    54.0    3333.3    3508.8      3703.7
　　17    590        20     54.0    54.0    60.0    3703.7    3703.7      3333.3
　　18    630        20     58.0    54.0    61.0    3448.3    3703.7      3278.7
　　19    670        20     55.0    55.0    59.0    3636.4    3636.4      3389.8
　　20    690        20     54.0    59.0    55.0    3703.7    3389.8      3636.4
　　21    730        20     59.0    59.0    58.0    3389.8    3389.8      3448.3
　　22    770        20     57.0    60.0    58.0    3508.8    3333.3      3448.3
　　23    810        20     50.0    55.0    52.0    4000.0    3636.4      3846.2
　　24    850        20     56.0    54.0    53.0    3571.4    3703.7      3773.6
　　25    890        20     52.0    55.0    53.0    3846.2    3636.4      3773.6
　　26    930        20     61.0    54.0    60.0    3278.7    3703.7      3333.3
　　27    970        20     63.0    55.0    59.0    3174.6    3636.4      3389.8
　　28   k185+010    20     62.0    66.0    58.0    3225.8    3030.3      3448.3
     由室內(nèi)確定的回歸曲線以及室外測(cè)定的波速值確定了實(shí)測(cè)波速與強(qiáng)度之間的對(duì)應(yīng)值,詳見表3所示。
      表3                波速-強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果一覽表
　　序號(hào)        樁    號(hào)                   波速（m/s）      強(qiáng)度（MPa）
　　     左側(cè)     拱頂    右側(cè)     左側(cè)     拱頂     右側(cè)
　　1  k183+949  3278.7  3389.8   3225.8    37.5     38.9    36.9
　　2  +990      3225.8  3225.8   3571.4    36.9     36.9    41.1
　　3  k184+030  3389.8  3571.4   3636.4    38.9     41.1    41.9
　　4  +70       3636.4  3333.3   3448.3    41.9     38.2    39.6
　　5  +110      3703.7  3389.8   3448.3    42.7     38.9    39.6
　　6  +150      3773.6  3636.4   3571.4    43.6     41.9    41.1
　　7  +190      3703.7  3571.4   3448.3    42.7     41.1    39.6
　　8  +230      3703.7  3636.4   3278.7    42.7     41.9    37.5
　　9  +270      3703.7  3571.4   3636.4    42.7     41.1    41.9
　　10 +310      3636.4  3636.4   3773.6    41.9     41.9    43.6
　　11 +350      3773.6  3703.7   3448.3    43.6     42.7    39.6
　　12 +390      3703.7  3636.4   3636.4    42.7     41.9    41.9
　　13 +430      3571.4  3571.4   3773.6    41.1     41.1    43.6
　　14 +470      3773.6  3773.6   3846.2    43.6     43.6    44.5
　　15 +510      3508.8  3636.4   3571.4    40.3     41.9    41.1
　　16 +550      3333.3  3508.8   3703.7    38.2     40.3    42.7
　　17 +590      3703.7  3703.7   3333.3    42.7     42.7    38.2
　　18 +630      3448.3  3703.7   3278.7    39.6     42.7    37.5
　　19 +670      3636.4  3636.4   3389.8    41.9     41.9    38.9
　　20 +690      3703.7  3389.8   3636.4    42.7     38.9    41.9
　　21 +730      3389.8  3389.8   3448.3    38.9     38.9    39.6
　　22 +770      3508.8  3333.3   3448.3    40.3     38.2    39.6
　　23 +810      4000    3636.4   3846.2    46.3     41.9    44.5
　　24 +850      3571.4  3703.7   3773.6    41.1     42.7    43.6
　　25 +890      3846.2  3636.4   3773.6    44.5     41.9    43.6
　　26 +930      3278.7  3703.7   3333.3    37.5     42.7    38.2
　　27 +970      3174.6  3636.4   3389.8    36.3     41.9    38.9
　　28 k185+010  3225.8  3030.3   3448.3    36.9     34.5    39.6
　　表4                                          襯體混凝土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果 
　　   強(qiáng)度平均值（MPa）      標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）     變異系數(shù)（%） 隧道強(qiáng)度最小值 隧道強(qiáng)度最大值
　　強(qiáng)度（MPa）測(cè)點(diǎn)  樁號(hào)  強(qiáng)度（MPa）測(cè)點(diǎn)   樁號(hào)
　　40.9       2.72  6.65    34.5      28  k185+010   46.3        23          k184+810
　　測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)論詳見表4所示，結(jié)果表明該隧道襯體混凝土的強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)C20強(qiáng)度等級(jí)的要求。
　　使用無破損檢測(cè)與破損檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行隧道中混凝土結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度的測(cè)定，可以準(zhǔn)確地確定出結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度，該方法具有傳統(tǒng)測(cè)試辦法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此值得在公路雖大檢測(cè)中推廣應(yīng)用。
　　參考文獻(xiàn)
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