一种钢壳沉管自密实混凝土生产质量评价控制方法

摘要

本发明公开了一种钢壳沉管自密实混凝土生产质量评价控制方法，其包括以下步骤：确认各项检测指标；对混凝土进行出机性能检测；对新拌混凝土进行入仓性能检测；在新拌混凝土进入钢壳小隔舱进行浇筑的同时，随机制作混凝土试件；在钢壳小隔舱浇筑完成后，检测钢壳小隔舱的脱空缺陷，若脱空缺陷不符合步骤S1的检测指标，则进行复检；对随机制取的混凝土试件进行抗压强度值检测，同时随机抽取钢壳小隔舱进行抽芯检测混凝土强度值；综合各项检测结果利用数学方法进行统计分析，反馈过程中异常点或者不合格点。本发明对于方量超大、敏感难控制的钢壳沉管自密实混凝土的生产质量能够有效控制，保证性能符合设计要求。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种钢壳沉管自密实混凝土生产质量评价控制方法。

背景技术

隧道工程采用“三明治”钢壳混凝土沉管结构，且“超宽、深埋、变宽”等特点的钢壳混凝土沉管隧道为世界首次大规模设计应用。钢壳沉管自密实混凝土在“三明治”钢壳混凝土沉管结构中主要作用包括：传递轴力和弯矩、传递剪力、传递滑移剪力、防止钢材屈服、确保构件的刚性等作用。混凝土必须与钢壳形成整体，保证混凝土在钢壳隔舱中填充密实，不得有任何间隙。钢壳沉管自密实混凝土需满足新拌工作性能经时损失小、无离析及无泌水等设计要求。钢壳沉管自密实混凝土在生产过程中其工作性能容易受到原材料(如细骨料特定粒径含量、含水率等)、环境温湿度、搅拌设备以及运输路线等影响，其品质管理的难度及重要性远远超过传统混凝土。所以，钢壳沉管自密实混凝土生产过程质量的控制尤为重要。

钢壳沉管自密实混凝土生产制备国内尚无成熟经验可以借鉴，国外虽有钢壳沉管隧道施工先例，但公开的核心技术资料非常少，另外相比于深中通道双向八车道设计，标准管节约7.6万吨、非标准管节约7.0万吨，管节数量达到32 节，其工程规模和结构尺寸均为世界第一，单个工程浇筑施工所需钢壳沉管自密实混凝土方量超大、敏感难控制，所以建立有效的质量评价和控制方法势在必行。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种钢壳沉管自密实混凝土生产质量评价控制方法，以应用于钢壳沉管自密实混凝土生产过程中进行质量控制，使得钢壳沉管自密实混凝土能够满足在新拌性能、无离析及无泌水等方面能够满足设计要求，特别是对于方量超大、敏感难控制的钢壳沉管自密实混凝土的质量能够有效控制，保证性能符合设计要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢壳沉管自密实混凝土生产质量评价控制方法，其包括以下步骤：

S1：确认钢壳沉管自密实混凝土各项检测指标；

S2：在混凝土卸料至浇筑设备前进行出机性能检测，并记录出机检测数据，对比步骤S1的检测指标，若出机检测数据符合步骤S1的检测指标要求，则混凝土可进入浇筑设备；若出机检测数据不符合步骤S1的检测指标要求，则混凝土直接弃用；

S3：对于通过浇筑设备后的新拌混凝土，在浇筑至钢壳小隔舱前进行入仓性能检测，并记录入仓检测数据，对比步骤S1的检测指标，若入仓检测数据符合步骤S1的检测指标要求，则新拌混凝土可进入钢壳小隔舱浇筑；若入仓检测数据不符合步骤S1的检测指标要求，则新拌混凝土弃用；

S4：在新拌混凝土进入钢壳小隔舱进行浇筑的同时，按照抽检频率要求随机制作混凝土试件；

S5：在钢壳小隔舱浇筑完成后，检测钢壳小隔舱的脱空缺陷，若脱空缺陷不符合步骤S1的检测指标要求，则进行复检；

S6：对于钢壳小隔舱浇筑过程中制取的所述混凝土试件进行抗压强度值检测，同时随机抽取钢壳小隔舱进行抽芯检测混凝土强度值；

S7：综合步骤S2、S3、S5和S6的检测结果进行统计分析，反馈过程中异常点或者不合格点。

钢壳沉管自密实混凝土性能直接影响浇筑质量，浇筑完成后混凝土被钢壳全封闭包裹，属于隐蔽工程，如果混凝土与钢壳之间出现脱空，不易修复，所以混凝土性能过程中统计分析评价生产质量控制水平并指导生产质量控制显得尤为重要。现有技术中，尚未有可参考的可行的钢壳沉管自密实混凝土生产过程的质量控制方法，若在生产过程中，没有科学有效的质量控制方法，容易出现不合格的产品，后果将会十分严重。为此，发明人结合大量的现场生产经验和试验，发明了本申请的钢壳沉管自密实混凝土生产质量评价控制方法。本发明的质量评价控制方法，采用新拌混凝土性能指标检测控制，从浇筑前混凝土质量把关，并利用混凝土的流体力学特性，通过智能浇筑设备混凝土的前后性能会改变，对出机的混凝土进行出机性能检测，在智能浇筑设备浇筑后进入钢壳小隔舱前进行入仓性能检测，充分地保障了混凝土入仓前的浇筑质量。同时，根据出机性能检测和入仓性能检测所获得的检测数据，可以得出新拌混凝土和出机普通混凝土性能上的相关性，并依据此相关性调节智能浇筑设备的运行参数，保障入舱前的新拌混凝土的质量。由于钢壳沉管自密实混凝土整个浇筑过程中完全依靠混凝土自身性能对小钢壳进行填充，没有任何辅助振动手段，所以浇筑后的混凝土自身密实性能和强度是否能满足要求至关重要，涉及到钢壳沉管的结构耐久性。

本发明中，随机选取一定数量的钢壳小隔舱进行取芯外观检查以及抗压强度检测，同时与钢壳小隔舱浇筑过程中随机制作的混凝土试件协同作为钢壳小隔舱混凝土的强度检测指标。另外，还通过脱空缺陷的检测来保证浇筑质量控制。通过强度检测和脱空检测，验证了浇筑后混凝土的填充情况。整个钢壳沉管自密实混凝土浇筑质量的控制，通过浇筑前、浇筑中、浇筑后，从混凝土生产质量到实体结构质量整个过程进行检测控制，使钢壳沉管的浇筑质量得到充分的保证，进而使混凝土的力学性能与钢壳协同受力，保证整个钢壳沉管结构的结构安全性。

进一步的，步骤S1中，所述检测指标包括设计指标、行业标准等指标。

进一步的，所述检测指标包括新拌混凝土指标、浇筑脱空指标、钢壳沉管自密实混凝土28d龄期抗压强度指标。

新拌混凝土指标包括：坍落扩展度指标为670mm±50mm，T

浇筑脱空指标包括：

①钢壳自密实混凝土结构顶面允许脱空按照设计要求执行。钢壳自密实混凝土结构顶面脱空技术指标主要包括脱空高度、脱空面积比等；

②混凝土允许脱空高度≤5mm，针对底板顶和顶板顶进行分格脱空检测，分格规格为30cm×30cm；

③T肋位置的分格需要以T肋为中心、跨T肋进行(30cm的分格须保证在T肋两侧各15cm)；

④骑跨T肋的单个分格(不连成片)等效脱空高度大于5mm时需要注浆补强；

⑤骑跨T肋的分格，出现相邻的2个及以上分格等效脱空高度均＞3mm 时需要注浆补强(一个分格骑跨T肋、相邻分格不骑跨T肋也适用本条)；

⑥非T肋位置的分格等效脱空高度＞5mm时需要注浆补强；

⑦脱空检测考虑采用冲击映像法和中子法，冲击映像法要求对底板顶和顶板顶进行100％检测，采用冲击映像法检测出“分格存在脱空＞5mm的单点或分格中脱空＞3mm的面积大于30％”采用中子法进行复测。

钢壳沉管自密实混凝土28d龄期抗压强度指标为C50。

进一步的，对于出机检测数据和入仓检测数据进行统计分析，根据出机检测数据和入仓检测数据调节的关联性，调节混凝土出机指标。

进一步的，通过统计分析入仓检测数据，反馈浇筑设备运行参数和出机性能指标的控制值。

进一步的，步骤S4中所述混凝土试件为为长宽高为150mm×150mm× 150mm的立方体。

进一步的，步骤S5中，先用冲击映像法检测钢壳小隔舱的脱空缺陷，若脱空缺陷不符合检测指标要求，再用中子检测法复检钢壳小隔舱的脱空缺陷。通过冲击映像法对钢壳沉管自密实混凝土与钢壳之间进行100％无损检测，同时利用中子检测法进行复核检测，两者都属于无损检测，对原结构均不产生破坏影响，由于冲击映像法的检测速度快，因此利用冲击映像法进行100％检测；而后，再利用可定量判断脱空深度的中子法进行复检，达到了检测效率高且检测结果可靠的效果。

进一步的，采用冲击映像法检测发现疑似脱空区域时，再用中子检测法对疑似脱空区域和部分T肋必检区域进行复检。若复检结果不符合检测指标要求，再进行注浆补强，若复检结果符合指标，就不需要再注浆补强。当需要进行注浆补强时，由专家认证注浆补强方案，方案通过后方可实施。

进一步的，步骤S6中，通过钻芯取样，检测取样的抗压强度值和所述混凝土试件的抗压强度值来评价钢壳小隔舱的抗压强度是否满足设计要求。通过芯样外观观察钢壳沉管自密实混凝土密实程度以及检测其抗压强度值是否满足设计指标。同时通过硬化混凝土检测结果反馈钢壳沉管自密实混凝土生产过程中控制。

进一步的，步骤S5中：一般在钢壳小隔舱浇筑完成的7d后，检测钢壳小隔舱的脱空缺陷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)设置钢壳沉管自密实混凝土出机性能检测和入仓性能检测，一方面有效的检测了搅拌站生产质量情况，避免了出机不合格的产品进入下一道工序，影响浇筑效率和浇筑质量；另一方面为了保障入仓浇筑混凝土性能满足设计指标，避免钢壳沉管自密实混凝土通过智能浇筑设备后产生的性能变化出现不合格后浇入钢壳沉管小隔舱内，造成严重脱空质量事故。

(2)由于入仓性能对钢壳沉管的浇筑性能影响非常关键，在本发明中引入了数学理论对入仓性能进行分析反馈出机性能指标控制、反馈浇筑设备的运行参数控制，利用出机检测数据和入仓检测数据进行统计分析，一方面在同种工艺条件下通过出机检测数据与入仓检测数据的关联性，合理控制出机指标，保证入仓检测指标合格；另一方面通过出机检测数据统计分析可以反馈生产质量的控制，通过入仓检测数据统计分析反馈智能设备参数的设置与控制。

(3)通过冲击映像法对钢壳沉管自密实混凝土与钢壳之间进行100％无损检测，同时利用中子检测法对冲击映像法检测怀疑脱空的小隔舱进行复核检测，两者都属于无损检测，对原结构均不产生破坏影响，两者相结合的方式使得检测效率高，检测结果可靠。

(4)随机选取一定数量的小隔舱进行取芯外观检查以及抗压强度检测，与浇筑时成型小型隔舱浇筑试验样品抗压强度协同检测混凝土的强度指标，反映了浇筑后的混凝土自身密实性能以及力学性能，保障钢壳沉管的结构耐久性。

(5)整个钢壳沉管自密实混凝土浇筑质量评价控制过程涉及浇筑前、浇筑中、浇筑后，从混凝土生产质量到实体结构质量整个过程进行检测控制，保证钢壳沉管的浇筑质量得到充分的保证，进而使混凝土的力学性能与钢壳协同受力，保证整个钢壳沉管结构的结构安全性。

附图说明

图1为具体实施例中采用的钢壳沉管小隔舱的结构示意图；

图2为具体实施例中底板坍落扩展度出机检测及入仓检测数据散点图；

图3为具体实施例中底板出机坍落扩展度检测数据直方分析图；

图4为具体实施例中底板入仓坍落扩展度检测数据直方分析图；

图5为具体实施例中底板出机坍落扩展度的均值控制图；

图6为具体实施例中底板出机坍落扩展度的标准差控制图；

图7为具体实施例中底板入仓坍落扩展度的均值控制图；

图8为具体实施例中底板入仓坍落扩展度的标准差控制图；

图9为具体实施例中冲击映像法检测钢壳沉管小隔舱结果图；

图10为具体实施例中底板抗压强度检测值散点图；

图11为具体实施例中小隔舱取芯图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。除特殊说明的之外，本实施例中所采用到的材料及设备均可从市场购得。所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

一种钢壳沉管自密实混凝土生产质量评价控制方法，包括如下步骤：

工程概况

E32非标准管节设计总方量为2.47万m

S1：确认钢壳沉管自密实混凝土各项检测指标：

(1)新拌混凝土工作性能指标包括：

坍落扩展度指标为670mm±50mm，T

(2)钢壳沉管自密实混凝土浇筑脱空缺陷的补强标准要求如下：

①钢壳自密实混凝土结构顶面允许脱空按照设计要求执行。钢壳自密实混凝土结构顶面脱空技术指标主要包括脱空高度、脱空面积比等；

②混凝土允许脱空高度≤5mm，针对底板顶和顶板顶进行分格脱空检测，分格规格为30cm×30cm；

③T肋位置的分格需要以T肋为中心、跨T肋进行(30cm的分格须保证在T肋两侧各15cm；

④骑跨T肋的单个分格(不连成片)等效脱空高度大于5mm时需要注浆补强；

⑤骑跨T肋的分格，出现相邻的2个及以上分格等效脱空高度均＞3mm 时需要注浆补强(一个分格骑跨T肋、相邻分格不骑跨T肋也适用本条)；

⑥非T肋位置的分格等效脱空高度＞5mm时需要注浆补强；

⑦脱空缺陷检测考虑采用冲击映像法和中子法，冲击映像法要求对底板顶和顶板顶进行100％检测，采用冲击映像法检测出“分格存在脱空＞5mm的单点或分格中脱空＞3mm的面积大于30％”的采用中子法进行复测。

(3)钢壳沉管自密实混凝土28d龄期抗压强度指标为C50。

测试方法

坍落扩展度、T

冲击映像法及中子法检测分别按照现有技术的检测方法进行。冲击映像法可以参照“钢壳混凝土管节组合结构注浆效果扫描成像评价方法研究”，唐寅，车爱兰，《振动与冲击》第38卷第21期记载的检测方法。中子法可以参照“钢壳沉管混凝土脱空缺陷检测方法试验研究”，刘建波，张磊，《施工技术》第 48卷第9期记载的中子法进行检测。

S2：在混凝土卸料至浇筑设备前进行出机性能检测，并记录出机检测数据，对比步骤S1的检测指标，若出机检测数据符合步骤S1的检测指标要求，则混凝土可进入浇筑设备；若出机检测数据不符合步骤S1的检测指标要求，则混凝土直接弃用。

S3：对于通过浇筑设备后的新拌混凝土，在浇筑至钢壳小隔舱前进行入仓性能检测，并记录入仓检测数据，对比步骤S1的检测指标要求，若入仓检测数据符合步骤S1的检测指标，则新拌混凝土可进入钢壳小隔舱浇筑；若入仓检测数据不符合步骤S1的检测指标要求，则新拌混凝土弃用。

在本实施方式中，在坞边设置品控室作为检测地点，具体是：

在坞边设置品控室，品控室占地面积约28m

S4：在新拌混凝土进入钢壳小隔舱进行浇筑的同时，按照抽检频率要求随机制作混凝土试件。

S5：在钢壳小隔舱浇筑完成后，检测钢壳小隔舱的脱空缺陷，若脱空缺陷不符合步骤S1的检测指标要求，则进行复检。

S6：对小型隔舱浇筑试验样品进行抗压检测，同时随机抽取钢壳小隔舱进行抽芯检测混凝土强度值。

S7：综合步骤S2、S3、S5和S6的检测结果进行统计分析，反馈过程中异常点或者不合格点。

对于新拌混凝土，坍落扩展度指标是最核心的控制指标，本实施方式中选用坍落扩展度指标检测数据进行分析，过程检测数据记录及分析如下：

(1)、坍落扩展度

按照60m

表1底板出机坍落扩展度检测数据

表2底板入仓坍落扩展度检测数据

请参照图2，图2为底板坍落扩展度出机检测及入仓检测数据散点图。通过图2中的数据，采用直方图的图形表示坍落扩展度检测数据的分布情况，可以直观的反映出不同坍落扩展度检测数值出现的频次、数据的中心值及分散程度。

请参照图3和图4，图3为底板出机坍落扩展度检测数据分布直方图，图4 为底板入仓坍落扩展度检测数据分布直方图。通过直方图，可以初步判断坍落扩展度检测数据为正态分布，通过分布拟合计算，绘制出正态分布曲线。同时也表明坍落扩展度指标在生产过程中控制较好。

通过图3直方图分析，坍落扩展度设计指标为660±60mm，所以出机检测性能全面满足设计指标要求，并且，通过直方图拟合正态函数分布曲线，表明出机检测指标总体呈正态分布，所以单从出机性能检测方面来看，出机性能指标控制较好。由于入仓性能直接关系到浇筑质量的好坏，因此，对入仓检测性能指标的控制也尤为关键，所以对入仓性能需要进一步分析。通过图4直方图分析，采用“均值-标准偏差”计量值控制图，以底板入仓坍落扩展度的测试数据，分别以每组数据的均值和标准差作为坍落扩展度指标的中心值和分散情况的特征值，构成入仓坍落扩展度指标质量控制的控制图。

样本的标准差计算式如下：

根据数理统计理论，用多批子样的均值

用多批子样的标准偏差s的平均值

s控制图的中心线和控制限计算公式如下：

通过查表，A

底板入仓坍落扩展度控制限参数通过计算如下：

UCL＝672.679+1.182×19.698＝695.962；

LCL＝672.679-1.182×19.698＝649.396

UCL＝1.815×19.698＝35.752；LCL＝0.185×19.698＝3.644

通过图3、图4直方图分析，采用“均值-标准偏差”计量值控制图，以底板坍落扩展度的测试数据，分别以每组数据的均值和标准差作为坍落扩展度指标的中心值和分散情况的特征值，构成坍落扩展度指标质量控制的控制图。结果如图7和图8。通过图8可见，入仓的29组数据全部满足标准差控制图，可见入仓性能指示值离散得到控制。通过图7可见，从29组数据来看，检测指标在设计中值660上下波动，表明入仓性能得到很好控制，入仓坍落扩展度数据可控，只有第24组数据647.857与下限值649.396相差1.539。按照深中通道专用标准数据修约要求(检测数据修约至5mm)，在修约至范围内。设计指标在600 ±60范围内，从图6还可以看出，入仓指标检测值较中值672.679更偏向设计中值，再结合入仓检测散点图的直方图分析，检测数据符合正态分布，且检测数据检测数据主要分布在650至680之间，完全符合600-720的设计值。鉴于此，后续生产控制，按照图7中控制限控制入仓指标值。

(2)脱空缺陷检测：无损检测质量评价

E32管节底板密实区域占比97.33％，2-3mm占比2.27％，3-5mm占比 0.38％，5mm以上0.03％，采用冲击映像法检测发现疑似脱空区域53处。

对疑似脱空区域和部分T肋必检区域采用中子检测法进行复测，对E32底板1245个测点的检测结果按照等效脱空H＜2.5mm、2.5mm≤H＜ 5.0mm、5.0mm≤H＜10.0mm、H≥10.0mm四种量级进行点位数量和占比统计，结果表明E32管节底板存在一些微小脱空现象，等效脱空深度大多在 2.5-5.0mm之间，检测出4个测点等效脱空高度2.0mm≤H＜5.0mm，最大值为 3.8mm，平均占比约为0.3％，检测结果表明E32管节底板不存在大于5mm的脱空，也不存在相邻的2个及以上分格等效脱空高度均＞3mm。其中，H＜2.5mm 平均占比约为99.7％，2.5mm≤H＜5.0mm平均占比约为0.3％，脱空质量符合。根据沉管自密实混凝土浇筑脱空缺陷补强标准，E32管节底板不需要进行注浆补强处理。

(3)强度检测质量评价

E32管节底板自密实混凝土浇筑方量为9177.28m

n＝113，故λ

f

进一步的，对隔舱进行取芯检测，由图11可见，芯样完整饱满，证明自密实混凝土填充密实，浇筑质量好。取芯值，由于数量很少，采用单点判定，大于设计的C50(即50MPa)即为合格。经检测，所有取芯检测均大于50MPa。所有检验批次按照深中通道质量验评标准中的评定方法，评定为合格，合格率为 100％。

最后应说明的是：上述实施方式仅为本发明的优选实施例方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。