建材世界 ２０１２年第３３卷第３期 碾压混凝土原位抗剪试验的实施方法 王磊，陈卫烈，张延林 （葛洲坝集团试验检测有限公司，宜昌４４３００２） 摘 要： 在水工混凝土施工中，碾压混凝土筑坝技术以其施工速度快、工期短、造价低及良好的质量性能等优点得 到迅猛发展和广泛应用。但其不同于常态混凝土的材料选配和施工工艺上的特点决定了其质量控制的复杂性和特 殊性。由于碾压混凝土层面结合的优劣直接影响碾压混凝土的质量，故需要开展碾压混凝土原位抗剪试验。 关键词： 切割；化学植筋；法向系统；剪切系统 ＲＣＣ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｈｅａｒ Ｔｅｓｔ Ｗ＿ＡＮＧ Ｌｅｉ，ＣＨＥＮ Ｗ 一ｌｉｅ，ＺＨＡＮＧ Ｙ ｎ－ｌｉｎ （Ｇｅｚｈｏｕｂａ Ｇｒｏｕｐ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｙｉｅｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： ＲＣＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄａｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｔｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ，ｓｈｏｒｔ ｄｕｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｂｕｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｍａｔｃ— ｈｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ ｏｆ ｉｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｂｅｃａｕｓｅ ＲＣＣ ｌｅｖｅｌ ｃｏｍｂｉ— ｎａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＲＣＣ，ＳＯ ｎｅｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ ＲＣＡ；ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｕｔｔｉｎｇ；ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｃｈｏｒａｇｅ；ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｈｅａｒ ｓｙｓｔｅｍ 随着碾压混凝土的日趋广泛应用，对于碾压混凝土的研究也日趋深入。碾压混凝土层面结合部位的优 劣成为碾压混凝土质量控制的关键。开展原位抗剪试验，获取碾压混凝土层面抗剪参数，是评定层面结合部 位质量的重要依据。 １原位抗剪试验 原位抗剪试验是一项综合性较强的试验，其操作步骤复杂，流程图见图１。 植 筋 系 统 安 装 垂 直 荷 载 施 加 剪 切 荷 载 施 加 结 束 拆 除 试 件 描 述 图１水工混凝土原位抗剪试验流程图 试验系统示意图见图２。含３大系统：反力系统（反力架、反力锚杆、连接套筒、化学植筋反力锚杆）；法 向载荷系统（传力钢垫、滚轴排、机械千斤顶、力传感器、传力柱）；剪切系统（钢垫板、油压千斤顶、自制传力 块）。 １．１金刚石盘锯无损切割制作试件 试件切割成型尺寸必须符合要求。试样剪切面积不小于５００ ｍｍ×５００ ｍｍ，试样高度依据剪切面确 定。一千斤顶槽的切割应与试件切割制作同步进行。槽的大小视油压千斤顶底座的大小、自制传力块大小 情况而定。 收稿日期：２０１２—０５—０５． 作者简介：王磊（１９８５一），助理工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｒ．ｅａｓｙ＠１２６．ｃｏｍ ３０ 建材世界 ２０１２年第３３卷第３期 《 ＪＬ Ｊ－Ｌ Ｉ。 ．ｔ －Ｉ ．＿Ｌ＿ — ＝］匕 、 － Ｉ．４ ｆ ｝ 佳 塑垫 、 —————＿＼ 』 ‘ｒ ● 抗剪试件 ●ｔ ’● 层面．・．’・ ———一蠡 Ｉｌ ——一 ●● ＇● ●一●● －Ｊ Ｊ ‘● ， Ｊ一 ●● ｛ ●● ’ ‘ ’ 一 ●面 ● ● 。● ， ． ’ ・ －ｆ． ’ ， Ｊ ‘＾ ・ 图２原位抗剪示意图 无损切割制样其步骤如下：１）现场放样。现场放样在试验现场依据技术要求放样，标示试样的尺寸，并 依据技术参数确定液压金刚石墙锯切割位置。２）混凝土切割。依据放样尺寸对混凝土进行切割。３）外围混 凝土剔除。在切割完成后，可采用风镐等小型机具对试样外围混凝土进行剔除。由于通过切割已经将试样 保留混凝土同剔除混凝土之间分离，混凝土剔除时不存在对试样的扰动问题，试样的四周均采用切割形成， 表面光滑平整，可直接进行试验。 １．２化学植筋 植筋钻孔放样必须准确，在钻孔前，应确认放样位置的准确性。钻孔完成后，清洁钻孑Ｌ，往孔内注入一定 量的化学植筋胶，插入反力锚杆，往一个方向轻轻旋转，使植筋胶很好的包裹杆体。 植入的反力锚杆的大小视剪切试验法向荷载而定，应事先通过计算确定。反力锚杆的高度根据法向千 斤顶，力传感器的高度灵活控制，确保千斤顶有足够的行程。 １．３法向系统、反力系统、剪切系统的安装 为保证试件法向受力的平衡，在试件表面铺设薄薄的一层标准砂。放上传力钢垫板，轻轻转动钢垫板， 使钢垫板与标准砂结合紧密，平稳。同时注意钢垫板应平行于预定剪切面。钢垫板上面依次安装滚轴排、垫 板、机械千斤顶、力传感器、传力柱。整个法向系统所有部件的安装需在同一轴线上，且与预定剪切面相垂 直。待安装完毕后，施加接触压力使法向系统接触紧密。 用手动葫芦将剪切油压千斤顶吊装放入预先切割出的千斤顶槽内。安装顺序为垫板、油压千斤顶、自制 传力板。千斤顶应严格定位，推力中心线应平行于预定剪切面。自制传力块的底部与剪切面的距离不大于 剪切方向试件边长的５０。为便于调准安装定位，手动葫芦在剪切开始施加时才可松动。 １．４测量系统的安装 测量支架支点应在混凝土体变形影响范围以外，支架应具有足够的刚度，通常采用工字钢。在试件两侧 对称部位布置法向、剪切向位移传感器。每侧法向、剪切向位移传感器不得少于２支。 测量仪器的选择有多种，在保证测量精度的前提下，应优先选择快速、自动采集的测量设备。 ３１ 建材世界 １．５荷载的施加 ２０１２年第３３卷第３期 荷载施加的顺序为先施加法向荷载，后施加剪切荷载。施加荷载前，对各仪器进行调试，测记初读数。 每种工况下试件的个数为４～５块。分别施加不同的法向荷载。法向荷载由小到大等差排列。最大的 法向应力宜大于工程应力。法向荷载分３～５级施加，采用时间控制。加载后开始采集法向位移，５ ｍｉｎ后 再测读一次，开始下一级加载。加载至预定法向荷载时，立即读数，以后每５ ｍｉｎ后测读一次，当连续两次法 向位移之差不超过０．０１ ｍｍ时视为相对稳定，法向加载完毕，可以进行剪切荷载的加载。 剪切载荷按预估最大剪切载荷分８～１２级施加，剪切过程中为保持法向荷载为常数需要对法向荷载不 断进行补充。当剪切位移增量为前级的１．５倍时，宜将级差减半。剪切荷载的施加有两种方式：时间控制方 式和变形控制方式。时间控制方式为剪切荷载每５ ｒａｉｎ加载一级，在施加前后将各法向、剪切向位移测读一 次。临近剪断时，加密读取剪切荷载及位移，峰值出现前不得少于ｌ０组读数。变形控制方式方法基本与时 间控制方式一致，只是每级剪切荷载施加后，每隔一定时间读数一次，直至相邻两次的读数小于某一定值后 方可进行下一级剪切荷载的加载。剪切荷载的施加通常采用时间控制方式。 试件剪断时，读取剪切载荷峰值。继续施加剪切荷载，直至剪切荷载值趋于稳定。若剪切荷载无法稳 定，或者剪切位移明显增大时，测读剪切载荷峰值。剪切荷载缓慢回零，此过程中，法向荷载保持常数，测读 试件回弹位移读数。 荷载施加过程中，对加载设备和测表的使用情况，试件发出的响声和开裂情况均应予以详细记录。 １．６试件的描述 试验结束后，翻转试件，测量实际的剪切面积。记录试件破坏情况，破坏面的形态，颗粒的排列及破损情 况，破坏面的最大起伏差，擦痕的分布、方向和长度，剪切碎块的大小、位置、范围等。对剪切面进行照相。 １．７试验成果及资料的分析整理 收集相关资料：混凝土配合比、拌合物质量、施工层厚、铺筑方式、设备型号、层面处理方式、层间间隔时 间、入仓温度、施工日期、气候、试验区布置图等。 据剪切荷载、试件的实际剪切面积计算试件剪应力ｒ，绘制剪应力ｒ与剪切位移 关系曲线（ｒ 曲 线），确定法向应力下的峰值剪切应力。绘制法向应力ｏｒ与其对应的峰值剪切应力ｒ 关系曲线（矿ｒ 曲线）， 法向应力 与残余剪应力ｒｚ关系曲线（ａ－ｒ。曲线），按库仑定律确定层面抗剪参数：摩擦系数厂、粘聚力ｃ ； 残余摩擦系数厂、残余粘聚力ｃ。 典型的剪应力ｒ与剪切位移 关系曲线（ｒ甜 曲线）见图３。 典型的法向应力盯与其对应的峰值剪切应力ｒ 关系曲线（Ｏ－ｒ 曲线）、法向应力ｏｒ与其对应的残余剪切应 力ｒ 关系曲线（矿ｒ 曲线）见图４。通过回归图获得层面抗剪参数：摩擦系数 、粘聚力ｃ ；残余摩擦系数厂、 残余粘聚力Ｃ。对于明显偏离的剪切峰值，不纳入回归，并分析产生偏离的原因。 （Ｒ 为决定系数，越接近１，表示ｆ和Ｄ拟合的越好） 图３典型的ｆ一 曲线 图４典型的ｏｒ—ｆ。曲线、 一ｆ 曲线 ２结 语 原位抗剪试验是一项综合性较强的试验，开展复杂，易受试件加工、人员、设备、环境等因素影响。为保 证试验结果的准确性，需要在试验开展过程中，做到严谨、精细、按章操作，分析试验过程中可能对试验结果 产生影响的因素，加以控制，才能准确获取抗剪参数，对层面结合部位质量作出可靠评价。 （下转第５２页） ３ 建材世界 ［２］ 卢乃宽世界高速铁路建设发展趋势［Ｊ］．中国铁路，２０００（３）：１９—２４． １－３３ 赵国堂．高速铁路无砟轨道结构［Ｍ］．中国铁道出版社， ２０１２年第３３卷第３期 ［４９ ＨａｒａｄａＹ，Ｔｏｔｍｒｉ Ｓ，ｈａｉ Ｎ，ＤｅｖｅｌｏＰｍｅｎｔ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ａｓｐｈａｌｔ ｍｏｒａｒ ｔｆｏｒ Ｓｌａｂ Ｔｒａｃｋｓ ｉｎ Ｃｏｌｄ Ｃｌｉｍａｔｅ［Ｊ］．Ｑｕａｒｔｅｒｌｙ Ｒｅ— Ｐｏｒｔ ｏｆ ＲＴＲＩ（Ｉ ｉｌｗａｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ），１９８３，１５（１）：６２—６７． Ｅ５１ ＨａｒａｄｓＹ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｌｔｒａｒａｐｉｄ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇ Ｃｅｍｅｎｔ－ａｓｐｈａｌｔ Ｍｏｒｔａｒ ｆｏｒ Ｇｒｏｕｔｅｄ－ｂａｌｌａｓｔ Ｔｒａｃｋ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｑｕａｒ— ｔｅｒｌｙ ＲｅＰｏｒｔ ｏｆ ＲＴＲＩ（Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ），１９７６，１７（１）：６－ｌ１． ｚｕｙｏｓｉ，ｈｏｏ Ｙｏｓｉｏ，Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ＣＡ Ｍｏｒｔａｒ ａｎｄ ｉｔｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ￣ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｍｅｍｏｉｒｓ ｏｆ ［６］ Ｏｎｏ．Ｋａｔｈｅ Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ，１９７６，１０（２）：１—１３． Ｅ７］李怒放．高速铁路轨道结构的发展趋势［Ｊ］．铁道建筑技术，１９９８（１）：３５—３９． ［８］芮东升，赵陆青．德国高速铁路技术简介［Ｊ］．铁道标准设计，２００６（增刊）：１４５—１４６． ［９］金守华，陈秀方，杨军，板式无砟轨道用ＣＡ砂浆的关键技术［Ｊ］．中国铁道科学，２００６，２７（２）：２０—２５． ［１Ｏ］傅代正，黄金田，郑新国．桥上板式无砟轨道ＣＡ砂浆施工技术Ｉ－Ｊ］．铁道建筑术，２００２（６）：２８—３２． ［１１１郑新国，翁智财．ＣＲＴＳ￣型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工质量控制技术［Ａ］．中国铁道科学研究院６０周年学术 论文集［ｃ］．５９０—５９４， ［１２］胡曙光，王３４５． 涛，王发洲，等．膨胀剂对ＣＡ砂浆体积稳定性依时变化特性研究［Ｊ］．西南交通大学学报，２００８，１４３（３）：３４１ （上接第３２页） 参考文献 ［１］宋拥军，肖亮达．改善碾压混凝土坝层问结合性能的主要措施［Ｊ］．湖北水利发电，２００８． ［２］ 田娜娜．碾压混凝土原位抗剪试验初探［Ｊ］．中国高新技术企业，２０１０，３４：２５． （上接第３５页） 参考文献 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