一種浮力天平剛性支架裝置在阿爾塔什水利樞紐工程中的應用

周天斌，譚小軍

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流梯級規(guī)劃中“兩庫十四級”的第十一個梯級。工程壩址距喀什地區(qū)莎車縣約120km，距喀什約310km。面板堆石壩壩高164.8m，壩頂寬度12m，壩長795m，因其超高面板堆石壩、深河床覆蓋層、工程區(qū)強地震帶以及壩體右岸存在國內罕見高邊坡危巖體群特點，被業(yè)界稱為“新疆三峽工程”。該工程共有7個料場，分別為C1、C2、C3、C4、P1、P2、P3料場，其中C1、C2、C3、C4為河灘砂礫石料，作為面板堆石壩的主要填料，最大粒徑為600mm，填筑量1227萬m3；P1、P2、P3為爆破料，主要用作面板堆石壩下游的排水料，最大粒徑為600mm，填筑量為1113萬m3?；炷凉橇嫌蒀3料場開采的天然砂礫石料破碎摻配而成，總用量為45萬m3，粗集料分別采用5mm～20mm、20mm～40mm、40mm～80mm三個級配組成，工程所用石料表觀密度檢測總量為1650組。

2 浮力天平剛性支架裝置設計制作

在建筑工程規(guī)范中，浮力天平是作為測定卵石或碎石表觀密度、飽和面干密度及吸水率的一種試驗檢測裝置，應用于混凝土配合比的計算和石料質量的評價。在現有的規(guī)范中，因儀器設備的局限性，對大粒徑的石料和干硬混凝土的測試很困難，尤其對于直徑大于120mm的石料，幾乎很難進行檢測。此外，在混凝土密度檢測中，更多的是對新拌制的混凝土通過容積升進行密度檢測，但對硬化混凝土的密度檢測卻很少，新拌制的混凝土密度并非混凝土的表觀密度，其實際反應的是混凝土的毛體積密度，而真正能反應混凝土密實程度的還是表觀密度。在此技術背景下，科研小組通過對浮力天平剛性支架裝置的功能進行了充分討論，最終決定剛性支架裝置通過手搖器連接鋼絲繩滑輪控制升降板，在不影響數據準確性的情況下，讓試驗人員更易操作，最后由小組成員確定剛性支架裝置的形狀尺寸，完成支架的設計，經過加工制作出一種能夠檢測大小粒徑石料和干硬混凝土表觀密度的浮力天平剛性支架裝置，并申報獲得國家實用新型發(fā)明專利。一種浮力天平剛性支架裝置示意圖見圖1。

圖1 一種浮力天平剛性支架裝置結構示意

3 浮力天平剛性支架裝置的優(yōu)越性

在現行規(guī)范中，石料的表觀密度多采用液體天平進行測試，該裝置通過砝碼配重，稱量網籃和網籃及試樣在水中的質量，再烘干試樣稱其質量，計算石料的表觀密度。一種浮力天平剛性支架裝置，構造采用剛性材質，保證了足夠的穩(wěn)定承載力，而不影響數據的準確性，不僅能通過網籃測試150mm以下小粒徑石料的表觀密度，還能通過鋼絲繩輕松控制升降板和大升水容器(有溢流孔)檢測大粒徑石料的表觀密度，其穩(wěn)定的剛性支架和鋼絲繩足夠承載試樣的重量。硬化混凝土密度很大程度上影響到混凝土的強度、滲透性、抗凍性及耐久性，但對混凝土密度測定多采用新拌制混凝土容積升體積法測定其密度，究其原因主要是硬化混凝土的密度測定很少能有設備儀器對其進行測定，而浮力天平剛性支架裝置通過滑輪手搖器裝置較好地解決了該空缺。另外，剛性支架空間位置相對較大，讓檢測人員在對大粒徑骨料和混凝土密度測試時沒有拘束，升降板的剛性讓操作者有安全保障。

4 浮力天平剛性支架裝置在工程中的應用

4.1 料場石料表觀密度檢測

根據阿爾塔什水利樞紐工程早期勘探數據表明，C1、C2、C3、C4料場巖性均為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石，主要含有花崗巖、砂巖、閃長巖、簾石等不同巖性骨料，其中花崗巖的組分較多；P1、P2、P3料場均為灰?guī)r，俗稱石灰?guī)r，是沉積巖的一種。在整個工程建設中，砂石骨料每批次均需要進行表觀密度檢測，其控制指標要求大于2.55g/cm3，填筑中所用的爆破料采用孔隙率進行壓實質量控制，控制指標不大于19%，表觀密度要求大于2.4g/cm3。因此，我們對不同石料進行表觀密度的試驗，并將浮力天平剛性支架與普通支架檢測數據進行比對，進而驗證該裝置的準確性和可靠性。不同裝置表觀密度檢測數據結果比對見表1。

表1 不同裝置表觀密度檢測數據結果比對

從試驗數據比對來看，普通浮力天平支架和剛性浮力天平支架之間表觀密度的誤差為±0.1%，滿足儀器設備允許誤差要求，可以肯定該裝置檢測的數據準確可靠。此外，該裝置可進行粒徑大于120mm以上石料表觀密度的檢測，但普通支架無法進行較大粒徑石料的檢測。另外在試驗過程中，操作人員不需要用手上下提升網籃排除氣泡，只需搖轉手搖器控制升降板即可排除氣泡，減少了人為誤差，具有較好的優(yōu)越性。

4.2 混凝土密度檢測

混凝土的密度直接影響著混凝土的強度和耐久性，在常規(guī)的混凝土密度檢測中，更多的是對新拌混凝土毛體積密度的檢測，而非混凝土的表觀密度，在現有的裝置中，很少有裝置對硬化混凝土進行表觀密度的檢測。研究通過剛性支架裝置檢測混凝土表觀密度，以尋求混凝土表觀密度與強度、耐久性能(抗?jié)B性和抗凍性)之間的關系，進而為阿爾塔什水利工程混凝土質量控制提供可靠的依據?；炷撩芏葯z測結果見表2。

表2 混凝土密度檢測結果

從檢測數據來看，新拌混凝土密度小于硬化混凝土密度，平均小于0.014g/cm3，進而驗證了測定的新拌混凝土密度非表觀密度。在不同硬化混凝土表觀密度對應不同的強度數據中可以看出，密度與強度成正比，強度隨著密度的增加而增加。同時，隨著混凝土密度的增大，其抗?jié)B和抗凍能力也在增強。由此來看，混凝土的密度與其性能有直接的關系，控制好混凝土的表觀密度，能更好地提高混凝土的質量。

4.3 應用效果

該裝置應用在阿爾塔什水利樞紐工程中，通過檢測材料的表觀密度，利用當地原材料，為混凝土配合比設計提供了可靠的數據，應用效果良好，并通過定量的方法科學地評定了材料的質量，對現場質量控制提供了數據支撐，對提高工程質量，加快工程進度，降低工程造價，推動工程檢測技術進步具有重要的作用，同時填補了行業(yè)內大粒徑石料和混凝土表觀密度試驗裝置的空缺。

5 結語

(1)一種浮力天平剛性支架裝置在阿爾塔什工程中的應用，不僅解決了大粒徑石料表觀密度檢測難的問題，并為工程質量控制提供了檢測設備支撐。

(2)通過普通支架與剛性支架的比對，表明了該裝置優(yōu)越性顯著，在保證數據準確的前提下具有較好的實用價值，對工程檢測技術的進步有重要意義。

(3)通過新拌混凝土容積升檢測密度和浮力天平剛性支架裝置檢測干硬混凝土的密度，得出干硬混凝土的密度較新拌混凝土的密度平均大0.014g/cm3，也再次驗證了新拌混凝土密度非表觀密度，通過浮力天平剛性支架裝置檢測的混凝土密度為混凝土實際的表觀密度。

(4)通過混凝土密度檢測結果反映了混凝土密度與強度、抗?jié)B性和抗凍性的關系，強度隨著混凝土密度增加而增加，抗?jié)B和抗凍能力也在隨密度的增強而增加，存在正比關系。

(5)該裝置在阿爾塔什水利樞紐工程中的應用，為阿爾塔什混凝土配合比設計提供了不可或缺的試驗資料，并推廣應用在爆破料大粒徑石料的質量控制中，對現場質量控制技術研究具有深遠的影響。