公路隧道混凝土衬砌强度的无损检测方法研究

检测公路隧道衬砌混凝土质量的方法有很多，包括超声回弹综合法、回弹法、钻芯法等，在不同的应用环境下，不同的检测方法各有利弊，例如钻芯法是不完全破坏的方法，衬砌混凝土的作用包括承载重量和作为最后防水步骤，因为衬砌过程如果打孔，就会破坏结构的完整性，也会对隧道整体美感造成破坏，另外此方法操作复杂，投入成本较高；超声法对高强度混凝土的质量检查效果不好，而回弹仪法对低强度混凝土检查的灵密度不高，所以把两个方法结合在一起形成超声回弹综合法，这样两者的检查缺陷得到了互补，而且可以实现对混凝土内外的全方位检查，检查结果可以有效地显示混凝土衬砌标准度，提高无损检测方法的准确度。某公路隧道衬砌混凝土强度检测方法将采用超声回弹综合法，实现此方法在公路隧道工程中有效的应用于其质量检测。

1 检查公路隧道混凝土强度的方法

目前最常见的混凝土强度检测方法是回弹法。回弹法利用显示的回弹值来评估混凝土砂浆硬度，然后通过内外结合估算出混凝土强度。此方法操作步骤不烦琐，成本投入少，属于无损检测方法，此方法的显著特点体现在检测混凝土铺设的均匀度方面。另外回弹法也存在不足，比如强度值较小的混凝土，接受外部压力时容易发生变形，其弹性度不高，不易用回弹法检查；利用回弹法检查内外质量不统一的混凝土时，检测值只能显示有限深度的衬砌混凝土。不同种类的回弹仪在检查厚度范围也是不同的，在测试时，应该依据实际情况选择适宜型号的回弹仪。

超声回弹综合法检测机制主要依靠频率低的超声设备和回弹仪对相同的检测地方进行检测，然后参照已有的国家统一测强曲线，评估该测区混凝土的强度大小。相对于独立的回弹法和超声法，超声回弹综合法有很多优势。如果单独利用这两种方法，衬砌混凝土的龄期和含水量就会影响检测结果，但如果利用综合法，龄期和含水量对检测结果的影响可以互相弥补，使其降至最小，这样可以保证强度测试结果的高准确度。由此可见，回弹法检测低强度混凝土灵密度不高，超声法检测高强度混凝土存在不足，所以把两个方法结合在一起形成超声回弹综合法，这样两者的检查缺陷得到了互补，而且可以实现对混凝土内外进行全方位检查。因此，检查结果可以有效的显示混凝土衬砌标准度，提高无损检测方法的准确度。

2 超声回弹检测设备存在的不足及弥补措施

2.1 回弹设备

在使用回弹设备时，要定期对其进行校正和维护。应该在20±5℃的温度条件下展开回弹设备的率定试验，并且应该把钢砧牢固的放置在均匀的混凝土上。操作回弹仪使其朝下弹出时，应该使弹出杆保持4次旋转，旋转角度每次控制在90℃左右，重复操作大概3~5次，记录连续3次的稳定值，最后计算3次的平均值。首次利用回弹仪，回弹值的测试结果不是很可靠，所以要先在钢砧上操作率定试验。在测试中，设备纵轴线要与混凝土表面处于垂直状态，要仔细研读设备使用说明书，按其要求进行操作。每次设备使用后，要立刻对其进行清理和维护。首先清洗设备的表面和弹击杆，之后把弹击杆按下去，使其进入筒中，把设备放置在干燥阴凉的地方。

2.2 超声检测设备

在使用超声检测设备时，应该关注设备的维护及换能器率定等问题。超声检测设备要符合技术标准，设备要有产品合格证，操作要有高安全性、符合标准值，比如声时要控制在20~30μs，2h内声时的漂移值要≤±0.2μs。换能器率定要在标准频率范围内。设备与电源连接前，要先检查电压稳定性，而且要先将设备预热10min左右。检查换能器和标准棒是否接触良好，在实际检测时，首次接收声波幅度要控制在30~40mm左右，这样可以保证检测声时值的准确性。如果设备长时间没有用，要保证设备每月通电1次，每次通电时间≥1h。设备应放置在干燥阴凉的地方，在放置或处于运行状态都要防止灰尘污染，在设备移动过程中，不要剧烈晃动和注意不要发生碰撞。

3 工程案例

3.1 工程概况

在高速公路某段建有某隧道，属于单向行驶专用双车隧道，其隧道全长650m，应用期间隧道出现很多不安全的问题，比如发生漏水、混凝土出现裂缝等，尤其是夏天雨季隧道内发生雨水淤积，导致隧道路面水深越来越高，另外每年在排水沟出现大量的泥土，可见隧道因长时间被水浸泡和腐蚀，破坏了混凝土防水层，使隧道长期处在潮湿环境下，发生地质变形等现象，导致衬砌混凝土的质量存在安全隐患。利用超声回弹综合法检测混凝土强度，找出威胁隧道安全性的原因，另外在可能出现威胁的地方设置钻孔，利用钻芯法检测混凝土强度，为后期工作提供基础。

3.2 检查方法

3.2.1 无损检查方法

（1）设置测区：明确隧道长度，测区与测区间隔控制在20m，测区包括左、右边墙和顶部。

（2）测定回弹值：在测区范围内利用工具确定检测回弹值的点，然后选择适宜的回弹仪测出相应的回弹结果，并且将回弹结果由专业工作人员记录备案。

（3）测定声速值：在测回弹值的地方利用工具确定检测声速值的试点，选择合适的超声波检测设备测出声速值，由专业工作人员将结果记录备案。

3.2.2 用钻芯法检查强度

（1）设置钻芯测区：某隧道是较长的隧道，从进口开始计算，芯样间隔280m。另外要注意，钻芯的位置要设置在超声回弹测区范围内。

（2）用红油漆标记钻芯的桩号。

（3）应该依据要求构造芯样，对其维护后，利用符合实际环境的压力检测设备对其展开抗压强度检测，记录检测芯样的抗压强度结果。

3.3 记录检测结果

3.3.1 钻芯法

以某隧道右线为例，此隧道钻芯数量一共6个，形成23个芯样，分成12组包括C20的混凝土是10组，抗压强度测试结果显示最小值是24.2MPa，最后算出平均值是34.0MPa，参照《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004），按芯样数量10组的前提下，评估某隧道右线衬砌C20混凝土强度符合标准要求；C20的混凝土芯样是2组，抗压强度测试结果显示最小值是29.4MPa，最后算出平均值是29.9MPa，参照《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004），按芯样数量＜10组，经非统计方法评估某隧道右线衬砌C20混凝土强度不符合标准值。

3.3.2 超声回弹综合法

利用超声回弹综合法对某隧道右线156个地点进行检查，包括抗压强度是C20的有114个地点，衬砌混凝土强度的检测结果是20.1MPa；抗压强度是C30的有42个地点，衬砌混凝土强度的检测结果是23.3MPa。如表1所示为混凝土强度校正值＜标准值的地点。

表1 隧道右线混凝土强度修正值小于设计值的测区统计表

利用超声回弹综合法所得结果显示，某隧道右线衬砌C20混凝土强度符合标准；衬砌C30混凝土强度和利用钻芯法检测结果一样，都不符合标准。

4 结束语

综上所述，文章研究公路隧道混凝土衬砌强度利用新型超声回弹综合法进行检测，分析总结检测衬砌混凝土强度的理论基础方法，发现相关设备在工作过程中有可能发生的异常状况，不断完善其相应的处理办法，然后将超声回弹法运用到某实际公路隧道衬砌混凝土强度检测工程中，将其和钻芯法相互融合，其检测成效非常好。超声回弹综合法具有操作简单、成本耗费较低，信息具有时效性，将来应用会愈来愈广泛。钻芯法具有检测的结果容易观察并且精确性高，但其经济成本比较高，另外会造成隧道衬砌表面被破坏，两者要搭配使用，实现互补。

参考文献

[1]邓涛，杨林德，李雷．公路隧道混凝土衬砌强度的无损检测方法研究[J]．河北建筑科技学院学报，2004，（1）：70-73．

[2]李伟文，冷发光，邢锋．关于混凝土钻芯取样法有关标准的讨论[J]．混凝土，2003，（6）：18-20．

收稿日期：2018-04-27

作者简介：严佐焕（1977-），女，云南大理州人，云南交投集团公路建设有限公司工程师，研究方向：公路试验检测。