建设工程用检查井盖残留变形试验装置的研制与应用

莫俊聪

（广东省建设工程质量安全检测总站有限公司；广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

0 引言

随着我国经济的日渐繁荣，道路交通、市政工程等基础设施得到了快速发展；同时其施工过程、后期维护中也暴露出一系列问题，导致道路质量安全事故不断增多，给人民的生命财产安全带来较大风险。检查井是为道路、市政设施地下基础设施的安装、维修方便而设置的，其中检查井盖的质量好坏对检查井有重要影响；我国每年新增数量和更换数量在几百万套以上,市场需求较大。检查井盖被碾压以致破损情况时有发生，造成道路及设施安全性下降；而表征检查井盖的使用功能、质量好坏的指标是其承载能力。承载能力指标包括试验荷载、残留变形，其中，残留变形表征抵抗外部荷载导致变形的能力，对工程应用有着重要意义[1]。

检查井盖相关国家标准、行业标准中，对于其承载能力指标中的残留变形只有简单的试验步骤叙述，并无专门的仪器设备；由于井盖样品的特殊性，该参数不宜用游标卡尺、钢直尺等直接测量，市面上也无对应仪器可供购买。检测单位多是采用在井盖样品两侧各放置一垫块，其上放一钢直尺，然后用游标卡尺检测残留变形数据，存在无法保证水平、钢直尺挠度影响、样品几何中心定位不准、人为误差大等诸多不利因素影响。因此有必要研制一种可适用不同规格样品的残留变形测量装置。

1 现行标准要求

现行检查井盖标准主要有《检查井盖》GB/T 23858-2009、《球墨铸铁复合树脂检查井盖》CJ/T 327-2010、《聚合物基复合材料检查井盖》CJ/T 211-2005、《铸铁检查井盖》CJ/T 511-2017、《再生树脂复合材料检查井盖》CJ/T 121—2000 等。

不同标准中关于残留变形的试验步骤基本相同。以常用的标准GB/T23858-2009《检查井盖》为例进行说明。该标准第7.2.3 条款规定[2]：检查井盖的承载能力通过加载系统进行试验，检测垫片应当放在被测的井盖上，竖轴垂直于其表面，并与其井盖的几何中心重合。加载前，记录井盖几何中心位置的初始值，测量精度为0.1mm。以1～5kN/s 的速率施加荷载，直至达到2/3 检测荷载，然后卸载。此过程重复5 次，最后记录几何中心的最终值。根据初始值和第5 次卸载后最终值的差别计算残留变形值。

从以上规定可知，关于残留变形检测只有简单的试验步骤叙述，并无专门的仪器。由于检查井盖表面不平整的特殊性，比如表面有凸凹的防滑花纹、通风孔等，且凸凹部分面积占整个井盖面积的10%～70%，通风孔约占5%，并且井盖表面常铸有性能等级、执行标准等字样，存在难以定位几何中心、试验过程人为误差大等情况，影响试验结果的准确性。见图1、图2。

图1 道路工程中的检查井盖

图2 传统的残留变形测量方法

2 自主研制的残留变形试验装置

针对试验过程中存在的问题与不足，进行了技术攻关，研制出一种残留变形试验装置，能够满足不同种类、不同规格尺寸的检查井盖样品残留变形试验需要，并且数据准确，试验效率高。

2.1 主要思路

主要思路是要解决以下3 个难点：

⑴检查井盖表面不平整，有凸凹的防滑花纹、通风孔等，难以定位样品几何中心，宜采用顶针准确定位。另外，加载过程中，井盖会发生一定变形，加载完毕后，测量几何中心数据时，如何保证量具垂直于井盖表面以确保测量数据准确。

⑵检查井盖材质、规格尺寸较多，常见的井盖直径500～1100mm 不等，如何将诸多规格尺寸的井盖集成在一个残留变形试验装置上。

⑶检查井盖残留变形试验装置横杆、跨距标尺要处于水平状态，如何确保水平、如何表征水平。

2.2 试验装置的构造

试验装置的构造包括：横杆、跨距标尺、数显测量系统、水平仪、两点支撑定位系统、单点支撑定位系统等组成部分。主要组成部分见图3。

图3 自主研制的检查井盖残留变形试验装置

其中数显测量系统在横杆上中心处固定，两点支撑定位系统、单点支撑定位系统可在横杆上沿滑槽自由移动。在横杆中心处外侧镶嵌水平仪，以气泡在水平仪正中间位置表征整个装置水平。跨距标尺通过铆钉固定在横杆上表面。

跨距标尺沿横杆的长度方向设于其上表面，两点支撑定位系统和单点支撑定位系统分别滑动安装在横杆上，数显测量系统固定在横杆的中部，数显测量系统具有可上下移动且用于接触样品以定位样品几何中心的顶针。

3 残留变形试验装置的应用

3.1 主要试验步骤

⑴标记试验样品的几何中心，根据样品的规格尺寸，确定跨距长度；调整两点支撑定位系统、单点支撑定位系统至计算好的跨距处，拧紧定位螺母，调整后的跨距应两侧对称。

⑵利用三点确定一个平面的原理，通过调整两点支撑定位系统上的调平螺母使横杆水平，以观察水平仪中的气泡在中间位置为准。

⑶数显测量系统的数显屏清零，松开数显测量系统的拧紧螺母，轻轻按压尺柄，使顶针下移至顶针与样品紧密接触，数显屏示值即为样品几何中心的初始值X1。

⑷拧紧拧紧螺母，在两点支撑定位系统、单点支撑定位系统与样品接触的三个点做标记，然后取下本检测装置。

⑸进行承载能力试验；按标准规定速率施加荷载，直至达到2/3 检测荷载（不同等级的检查井盖，其检测荷载不同，例如等级为D400 的检查井盖，检测荷载为400kN），然后卸载，此过程重复5 次。

⑹将本检测装置放置在标记好的三个点处，松开数显测量系统的拧紧螺母，轻轻按压尺柄，使顶针下移，至顶针与样品紧密接触，数显屏示值即为样品几何中心的最终值X2。

⑺X2-X1，即为试验样品的残留变形值。

3.2 实施效果

3.2.1 数据准确性

对同一批井盖，用传统测量方法与自主研制的的残留变形试验装置各自测量10 次，数据统计见表1。

由表1 可知，采用自主研制的残留变形试验装置时，检查井盖残余变形测量平均值偏大，比传统测量方法的数据约大10%。这主要是由于传统方法钢尺刚度不够，中间产生挠度，造成测量数据偏小；而采用自主研制的残留变形试验装置时，整个装置处于同一水平面，数据更为准确。

表1 传统测量方法与自主研制的残留变形试验装置数据对比

标准差方面，自主研发的试验装置较小，表征数据更加稳定准确，二者相比，自主研发的试验装置标准差只有传统方法的40%。

3.2.2 试验效率

经大量井盖残留变形试验耗时测算，传统方法每个井盖耗时约4 分钟，采用自主研制的残留变形试验装置后，耗时约2 分钟。试验效率提升1 倍，大幅节约试验时间。

图4 树脂复合材料井盖残留变形试验

图5 铸铁井盖残留变形试验

4 主要创新点

与传统试验方法相比，该测试装置的主要技术优势、创新点如下：

⑴采用两点支撑定位机构和单点支撑定位机构与横杆滑动配合，跨距调整方便，在一定范围内可调整任意大小的跨距，最大跨距可达1200mm，因此，可适用于不同规格尺寸的井盖残留变形检测。

⑵横杆刚性强，在横杆上设有水平仪，方便调节为水平状态，操作简单方便。

⑶数显测量系统具有可上下移动的顶针，样品几何中心定位准确。

⑷操作快捷，数据准确；经测算，试验效率提升1倍，大幅节约试验时间。

⑸试验装置结构简单，成本低，耐用性好，已通过计量校准，满足试验要求，试验结果精确，稳定耐用。

⑹适用范围广，满足GB/T 23858-2009、CJ/T 327-2010、CJ/T 211-2005、CJ/T 511-2017、CJ/T 121-2 000 等多本标准，节省了试验场地，方便仪器管理。

5 结论

检查井盖是路面工程、市政设施用检查井的主要组成部分，其承载能力合格与否对检查井乃至整个工程有重要影响。残留变形表征井盖抵抗外部荷载导致变形的能力，对保障工程质量安全有重要意义。

本研究针对试验过程中存在的问题与不足，研制了一种残留变形试验装置，能够满足不同种类、不同规格尺寸的检查井盖样品残留变形试验检测需要，数据准确、试验效率高，对检查井盖的质量检测、验收、设施维护等提供有益参考，对保障工程质量、人民生命财产安全具有良好的社会效益。