浅谈兴头水库工程混凝土试块质量评定

林林琴

(泉州水务工程建设集团有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概况

兴头水库工程位于尤溪县头村下游，是以供水为主，结合发电的综合利用的中型水库工程。坝址以上集雨面积58.80km2，多年平均径流总量为5166万m3。水库正常蓄水位为284.0m，死水位245.0m，总库容量为2090万m3，兴利库容为1726万m3。该水库属于Ⅲ等工程，主要建筑物拦河拱坝及引水系统(包括消能电站)按3级建筑物设计，次要建筑物为4级建筑物，临时工程按5级建筑物设计。大坝按100a一遇洪水设计，1000a一遇洪水校核，最大泄洪能力335m3/s。水库向尤溪城区及周边工业园区输送生活用水，设计日供水量10.5万t，年供水量2931万t，供水对象为城西水厂、大池水库(城关水厂水源)、埔头水厂及城南水厂。本项目开工日期为2013年5月28日，完工时间为2016年8月18日。

枢纽主要建筑物包括拦河坝及引水系统等，拦河坝为混凝土砌石拱坝，最大坝高71.2m。引水系统包括进水口、引水隧洞、明(埋)钢管及坝后消能电站等。

兴头水库工程为最近几年新建的中型水库工程，混凝土试块质量评定是分部工程施工质量评定的重要内容，其主要包含砌体工程用砂浆和混凝土抗压强度、普通混凝土工程用混凝土抗压强度、支护工程用喷射混凝土抗压强度以及道路工程用路面混凝土弯拉强度的质量评定，在全省水利工程中具有一定的代表性。

2 水泥混凝土试样

砌体工程用砂浆抗压强度取样规定：根据《浆砌石坝施工技术规定(试行)》(SD 120-84)，第3.6.8条胶结材料的抗压强度检验，同一标号胶结材料试件的数量，28d龄期每200m3砌体取成型试件一组[1]。砂浆试块强度等级用70.7mm×70.7mm×70.7mm试件。

砌体工程用混凝土抗压强度、普通混凝土工程用混凝土抗压强度取样规定：根据《水工混凝土施工规范》(SL 677-2014)11.5.3条，大体积混凝土28d龄期每500m3成型1组，结构混凝土28d龄期每100m3成型1组。每一浇筑块混凝土方量不足以上规定数字时，也应取样成型1组试件。混凝土抗压强度采用150mm×150mm×150mm标准立方体试件[2]。

支护工程用喷射混凝土抗压强度取样规定：根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB50086-2015)12.2.5条，检验喷射混凝土抗压强度所需的试件应在工程施工中制取,试块数量为每500m2喷射混凝土取一组，<500m2喷射混凝土的独立工程不得少于一组,每组试块≥3个[3]。采用切割法制取100mm×100mm×100mm立方体试件。

道路工程用路面混凝土弯拉强度取样规定：《公路工程质量检验评定标准第一册 土建工程》(JTG F80/1-2017)附录C.0.2,高速公路和一级公路每工作班制作2-4组：日进度<500m取2组，≥500m取3组，≥1000m取4组[4]。其他公路每工作班制作1-3组:日进度<500m取1组，≥500m取2组，≥1000m取3组。每组3个试件的平均值作为一个统计数据。标准小梁法采用150mm×150mm×550mm的梁形试件。

兴头水库工程混凝土、砂浆主要有C15混凝土、C20混凝土、C25混凝土、C30混凝土、M10砂浆、M15砂浆。

C15混凝土主要用于坝体砌筑、坝基处理、上坝公路挡墙，上坝公路排水沟、发电厂房基础、厂区工程挡墙、进厂路挡墙，进厂公路排水沟共检测363组。

C20混凝土主要用于导流洞衬砌段、上坝公路防撞墩、启闭房交通桥、厂区工程挡墙、进厂公路防撞墩，共检测12组。

C25混凝土用于溢流坝段，坝顶路面，进水口闸室及边墙，进水口启闭房，导流洞闸墩，消能电站厂房，隧洞衬砌段，大坝交通桥及人行桥，观测设施，导流洞封堵堵头，共检测102组。

C30混凝土用于坝脚护坦，进水口二期混凝土，位移观测灌注桩，导流洞闸门，上坝公路路面，厂区工程路面、厂区工程锚喷、厂区工程锚喷(芯样)、进厂公路路面共检测31组。

M10、M15砂浆用于坝面条石砌筑及勾缝共检测125组。

上坝公路路面、厂区工程路面、进厂公路路面混凝土抗弯拉强度共检测18组。

3 水泥混凝土试块分析计算

3.1 砌体工程用砂浆、混凝土试块

3.1.1 组数>30组

坝体砌筑C15混凝土试块共检测328组，坝面条石砌筑M10砂浆试块共检测64组，坝面条石勾缝M15砂浆试块共检测61组，根据《水利水电工程施工质量检验与评定规程(附条文说明)》(SL 176-2007)附录E砂浆、砌筑用混凝土强度检验评定标准，同一标号(或强度等级)试块组数n≥30时，28d龄期的试块抗压强度应同时满足以下标准：①强度保证率≥80%；②任意一组试块强度≥设计强度的85%；③设计28d龄期抗压强度<20.0MPa时，试块抗压强度的离差系数≤0.22；设计28d龄期抗压强度≥20.0MPa时，试块抗压强度的离差系数<0.18[5]。

以坝面条石砌筑M10砂浆试块为例，试块共检测64组，各组28d强度代表值如表1所示。

表1 坝面条石砌筑M10砂浆试块强度代表值 MPa

1)计算砂浆试块平均强度：

(1)

式中：Ri为单组试件强度，MPa；n为样本容量。经计算，Rn=12.9MPa。

2)计算砂浆试块的强度标准差：

(2)

式中：Rn为试块强度平均值，MPa。当统计得到的Sn<2.0(或1.5)MPa时，应取Sn=2.0MPa(R标≥20MPa)，Sn=1.5MPa(R标<20MPa)；经计算，Sn=1.806。

3)计算离差系数：

(3)

经计算，Cv=1.806/12.9=0.14。

4)计算强度保证率：

(4)

式中：t：为概率度系数；R标为设计28d龄期抗压强度值，MPa。经计算，t=(12.9-10)/1.806=1.606。

查表2可知，强度保证率P=94.6%。

表2 混凝土强度保证率t∽P对照表

经计算可知，①强度保证率P=94.6%，>80%；②任何一组试块强度均大于设计强度的85%；③设计28d龄期抗压强度<20.0MPa，离差系数0.14，<0.22。坝面条石砌筑M10砂浆试块强度满足规范要求，评定为合格。同理，经计算坝体砌筑C15混凝土试块、坝面条石勾缝M15砂浆试块均满足规范要求，评定为合格。

3.1.2 组数<30组

坝顶栏杆安装M7.5砂浆试块共检测2组，厂区工程M7.5浆砌石挡墙砂浆试块共检测2组，根据《水利水电工程施工质量检验与评定规程(附条文说明)》附录E砂浆、砌筑用混凝土强度检验评定标准，E.0.2同一标号(或强度等级)试块组数n<30组时，28d龄期的试块抗压强度应同时满足以下标准：①各组试块的平均强度不低于设计强度；②任意一组试块强度不低于设计强度的80%。

以厂区工程M7.5浆砌石挡墙砂浆试块为例，其强度代表值分别为8.8MPa和8.6MPa。

Rn=8.7MPa≥R标=7.5MPa，Rmin=8.6MPa≥0.8R标=0.8×7.5=6.0MPa，满足规范和设计要求，评定为合格。同理坝顶栏杆安装M7.5砂浆试块评定为合格。

3.2 普通混凝土工程用混凝土试块

3.2.1 组数≥5组，<30组

上坝公路挡墙C15混凝土试件共检测10组，厂区工程C15埋石混凝土挡墙试块共检测5组，进厂路挡墙C15混凝土试块共检测7组，溢流坝段C25混凝土试块共检测20组，进水口闸室及边墙C25混凝土试块共检测28组，进水口启闭房C25混凝土试块共检测10组，消能电站厂房C25混凝土试块共检测17组，隧洞衬砌段C25混凝土试块共检测8组，大坝交通桥及人行桥C25混凝土试块共检测6组，上坝公路路面C30混凝土试块共检测7组，进厂公路路面C30混凝土试块共检测8组。

根据《水利水电工程施工质量检验与评定规程(附条文说明)》附录C.0.2，当混凝土试块28d龄期抗压强度的组数30>n≥5时：Rn-0.7Sn>R标，Rn-1.60Sn>0.83R标(当R标≥20MPa)或Rn-1.60Sn>0.80R标(当R标<20MPa)。其中，Sn为n组试件强度的标准差，按公式2计算；Rn为n组试件强度的平均值，按公式1计算；R标为设计2d天龄期抗压强度值。

以溢流坝段C25混凝土试块为例，试块共检测20组，各组28d强度代表值如表3所示。

表3 溢流坝段C25混凝土试块强度代表值 MPa

根据公式1计算Rn=26.7MPa。根据公式2计算Sn=0.472，<2.0MPa，取2.0MPa，R标=25 MPa。Rn-0.7Sn=26.7-0.7×2.0=25.3MPa>R标=25MPa，Rn-1.6Sn=26.7-0.7×2.0=23.5MPa>0.83×R标=0.83×25=20.75MPa

溢流坝段C25混凝土试块强度满足规范要求，评定为合格。其他混凝土试块同理可评定为合格。

3.2.2 组数≥2组，<5组

上坝公路排水沟C15混凝土试块共检测3组，发电厂房基础C15混凝土试块共检测2组，进厂公路排水沟C15混凝土试块已检测3组，导流洞衬砌段C20混凝土试块已检测4组，启闭房C20混凝土试块共检测3组，厂区工程C20埋石混凝土挡墙试块共检测3组，导流洞闸墩C25混凝土试块共检测4组，坝顶路面C25混凝土试块共检测3组，观测设施C25混凝土试块共检测3组，导流洞封堵堵头C25混凝土试块共检测3组，坝脚护坦C30混凝土试块共检测2组，进水口二期闸门槽C30混凝土试块共检测4组，观测设施灌注桩C30混凝土试块共检测2组，厂区工程路面C30混凝土试块共检测2组。根据《水利水电工程施工质量检验与评定规程(附条文说明)》附录C.0.3，当混凝土试块28d龄期抗压强度的组数5>n≥2时，Rn≥1.15R标，Rmin≥0.95R标。其中，Rn为n组试件强度的平均值，按公式1计算；R标为设计28天龄期抗压强度值；Rmin为n组试块中强度最小一组的值。

以导流洞衬砌段C20混凝土试块为例，试块共检测4组，各组28d强度代表值分别为22.5MPa、25MPa、23.2MPa、23.8MPa。根据公式1计算Rn=23.63MPa，Rmin=22.5MPa,R标=20MPa。Rn=23.63MPa>1.15R标=1.15×20=23MPa，Rmin=22.5MPa>0.95R标=0.95×20=19MPa

导流洞衬砌段C20混凝土强度满足规范要求，评定为合格。其他混凝土试块同理可评定为合格。

3.2.3 试块组数只有1组

上坝公路防撞墩C20混凝土试块已检测1组，进厂公路防撞墩C20混凝土试块共检测1组，导流洞闸门C30混凝土试块共检测1组。根据《水利水电工程施工质量检验与评定规程(附条文说明)》附录C.0.4，当混凝土试块28d龄期抗压强度的组数只有一组时，R≥1.15R标。其中，R为试块强度实测值；R标为设计28d龄期抗压强度值。

以上坝公路防撞墩C20混凝土试块为例，试块共检测1组，强度代表值为23.3MPa，R=23.3MPa>1.15×R标=1.15×20=23MPa。

上坝公路防撞墩C20混凝土强度满足规范要求，评定为合格。其他混凝土试块同理可评定为合格。

3.3 支护工程用喷射混凝土抗压强度

厂区锚喷C30混凝土试块共检测4组，依据《公路工程质量检验评定标准第一册 土建工程》附录E.0.3喷射混凝土抗压强度评定方法，当同批试件组数n<10时，试件抗压强度平均值≥1.05倍设计值，任一组试件抗压强度均不低于0.9倍设计值。厂区锚喷C30混凝土各组28d强度代表值分别为34.1MPa、34.6MPa、33.0MPa、32.5MPa。

根据公式1计算Rn=33.6MPa，Rmin=32.5MPa，R标=30MPa。Rn=33.6MPa≥1.05×30=31.5MPa，Rmin=32.5MPa≥0.95×30=28.5MPa。试件是合格的。

依据《水利水电工程施工质量检验与评定规程(附条文说明)》附录D喷射混凝土抗压强度检验评定标准，当同批试块组数n<10时，试件抗压强度平均值≥1.15倍设计值，任一组试件抗压强度均≥0.95倍设计值。同理可计算：Rn=33.6MPa<1.15×30=34.5MPa，Rmin=32.5MPa≥0.95×30=28.5MPa。两式有一式不合格，试件判定为不合格试块。

本工程为水利工程，以水利规范为准，由此可知，厂区锚喷C30混凝土试块不满足规范合格条件，必须采取其他措施进行检验，经委托有资质的检测公司对厂区锚喷C30混凝土进行回弹检测，质量合格。

3.4 道路工程用路面混凝土弯拉强度

上坝公路路面混凝土弯拉强度共检测6组，厂区工程路面混凝土弯拉强度共检测2组，由于《水利水电工程施工质量检验与评定规程(附条文说明)》无相关混凝土弯拉强度判别标准，依据《公路工程质量检验评定标准第一册 土建工程》水泥混凝土弯拉强度评定附录C.0.3，试件组数≤10组时，试件平均强度≥1.15fr(设计弯拉强度标准值)，任一组强度均≥0.85fr。

上坝公路路面路面混凝土弯拉强度共检测6组，试块抗拉强度分别为5.1MPa、5.0MPa、5.2MPa、5.0MPa、5.1MPa、5.1MPa。抗拉强度平均值为5.1MPa≥1.15fr=1.15×4.0=4.6MPa，任一组强度均>0.85fr=0.85×4.0=3.4MPa。满足规范合格条件。其他混凝土试块弯拉强度同理可评定为合格。

4 结 语

文章介绍了兴头水库工程混凝土试块评定过程，对不同组数的砌体工程用砂浆和混凝土抗压强度、普通混凝土工程用混凝土抗压强度、支护工程用喷射混凝土抗压强度以及道路工程用路面混凝土弯拉强度按不同方法进行统计分析和质量评定。当不同规范冲突时采用水利规范；当水利无相关规范时采用其他行业相关规范；当试块质量不合格时要求现场按回弹试验或其他试验方法确定是否合格。本工程混凝土试块质量评定过程，可为类似工程的试块质量评定提供参考借鉴。