CN103293098A - 一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量岩石与喷射混凝土之间接触面的粘结强度的现场测量装置。测量装置由三脚支架、拉力千斤顶、双向拉钩、压力传感器和预埋构件组成。三脚支架的支撑平台中心开有竖直通孔，拉力千斤顶置于三脚支架支撑平台上方，压力传感器位于拉力千斤顶和三脚支架之间，双向拉钩由上拉勾、连接座和下拉钩构成。通过在工程现场喷射混凝土施工时预先放置的田字格栅板和拉柄与喷射混凝土固结成整体，然后以三脚支架作为反力承载平台，通过拉力千斤顶进行拉拔，并采用压力传感器测量拉力千斤顶的工作荷载，从而可以快捷地测量获得岩石与喷射混凝土之间接触面的粘结强度。本发明具有测量精度高，操作简便的特点。

Description

一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置

技术领域

本发明涉及一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的测量装置，更具体涉及一种测量地下工程隧洞开挖后岩石表面与喷射混凝土之间接触面的粘结强度的现场测量装置。

背景技术

随着社会和经济的深入发展，我国将进一步加大基础设施建设，还将有许多大型地下工程即将修建，其地下隧洞开挖后岩石壁面与喷射混凝土之间接触面的粘结强度的测定问题无法回避：(1) 在水资源开发与利用方面我国还将有近40座100万kW级水电站即将兴建或纳入规划，而这些水电工程中大型地下厂房和输水管道都无一例外地包含喷射混凝土支护形式，其与岩面的粘结强度需要测量；(2) 在矿山开采方面，我国很多矿山即将或已经转入深部开采，必将出现很多大埋深的采场（群），为保证矿山开拓巷道必定需要考虑包括喷射混凝土在内的围岩支护措施，其岩石—喷射混凝土之间的粘结强度需要考虑。(3) 在公路与铁路交通方面，今后十多年内，我国铁路里程将增至10万公里，公路网总规模在2020年也将达到300万公里，山区大埋深公路和铁路隧道建设都将面临喷射混凝土支护时测量其与岩面粘结强度的问题。

可见，开发一种测量喷射混凝土与地下工程岩石表面之间粘结强度的现场测量装置，对于今后我国地下工程安全建设具有十分重要的意义，如果能够较准确地测量工程中岩石与喷射混凝土之间的实际粘结强度，将可极大地减少和避免工程事故发生，大大节约工程建设成本。

然而，目前适用于现场测量喷射混凝土与岩壁之间接触面粘结强度的试验设备或测量技术却缺乏，仅有的几种涉及喷射混凝土与岩石壁面/表面之间粘结强度的测量或试验方法都不具有针对性：

(1) 现有技术和设备无法直接测量喷射混凝土与岩面之间的粘结强度：直接测量喷射混凝土与岩壁之间接触面的粘结强度对评估喷射混凝土的支护效用十分重要，但目前相关的测量技术和测量设备更多地用于测量喷射混凝土本身或喷射混凝土与岩壁之间变形性能，而不能直接测量两者间的粘结强度（中国专利公开号CN 101071125A，公开日2007.11.14，专利名称为“一种无损检测喷射混凝土强度的方法和设备”，该申请案通过瞬态方法激发与接收高宽频率的瑞雷面波和回弹仪相结合的手段提供了一种混凝土强度的测量方法，但该方法无法测量喷射混凝土与岩石壁面之间接触面的粘结强度；中国专利公开号CN 062046 U，公开日1991.04.03，发明名称为“混凝土强度拉拔检测仪”，该申请案提供了一种快速地检测现场各种混凝土构件中混凝土抗拔强度的装置，但能够进行测量的是混凝土本身的某一强度特性，而非喷射混凝土与岩石接触面之间的强度；《云南水电技术》，1995年第3期43-46页，作者张林洪，题名为“利用砼／基岩剪力试件进行岩体变形试验探讨”，该研究提出了一套利用砼／基岩剪力试件进行岩体变形试验和计算的方法，但该试验方法不能直接测量获得砼（混凝土）与岩石表面之间的粘结强度）。

(2) 现有涉及喷射混凝土与岩壁之间的强度测量方法都不适用于工程现场应用：只有在现场实际岩石表面条件和喷射混凝土真实施工条件下获得的喷射混凝土与岩石之间的粘结强度值才能直接应用于工程设计，但现有相关的测量方法未能充分考虑这一现场测试条件（《岩石力学与工程学报》， 2010年第12期2510-2512页，作者项伟，题名“冻融循环条件下岩石-喷射混凝土组合试样的力学特性试验研究”，该研究通过室内试验研究了岩石一喷射混凝土组合试样的宏观物理力学性质及微观破坏机制，但未能考虑两者之间粘结强度的测量；《岩石力学与工程学报》， 2011年第6期1207-1215页，作者易成，题名“裂隙岩体的一体两介质模型抗剪性能研究”，该研究基于考虑粗糙度的改进分维值指标和考虑起伏度的形状因子研究了不同介质接触面之间的抗剪性能，但未能针对喷射混凝土与岩石这种粘结结构体的接触面的粘结强度进行测试和分析）

发明内容

针对上述存在问题，如果能实现对工程现场喷射混凝土与岩面之间粘结强度的直接测量，可满足岩土工程稳定性分析和优化设计具有的现实需要和工程实际需求。为此本发明的目的在于提供一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置，测量装置由三脚支架、拉力千斤顶、双向拉钩、压力传感器和预埋构件组成。三脚支架的支撑平台中心开有竖直通孔，拉力千斤顶置于三脚支架支撑平台上方，压力传感器位于拉力千斤顶和三脚支架之间，拉力千斤顶的活塞贯通压力传感器的中心孔和竖直通孔，拉力千斤顶活塞端头开有水平通孔，双向拉钩由上拉勾、连接座和下拉钩构成，下拉钩与连接座固定连接，上拉钩与连接座通过螺纹连接，上拉钩的杆体和下拉钩的杆体在同一条中心线上，预埋构件由拉柄、田字格栅板、内钢筒、外钢筒和定位触头构成，拉柄位于田字格栅板上表面，拉柄下端和田字格栅板之间固定连接，拉柄上端头开有水平通孔，定位触头垂直位于田字格栅板下表面，定位触头与田字格栅板之间螺纹连接，内钢筒活动置于外钢筒中，田字格栅板活动置于内钢筒中，双向拉钩的上拉钩活动勾入正上方的拉力千斤顶活塞上的水平通孔中，双向拉钩的下拉钩活动勾入正下方的拉柄上端头的水平通孔中。

所述田字格栅板对角线的长度等于内钢筒的内径。

所述内钢筒的外径等于外钢筒的内径。

由于采用了上述技术方案，本发明改革了传统喷射混凝土与岩面之间接触面粘结强度测量手段的缺乏，具有如下优点：

(1) 喷射混凝土与岩面之间粘结强度的直接测量：通过在工程现场喷射混凝土施工时预先放置田字格栅板构件与喷射混凝土固结成整体，然后通过拉力千斤顶测量可以直接获得一定面积喷射混凝土与岩石之间接触面的粘结强度。

(2) 粘结强度测量的精度高：试验装置通过设计内钢筒和外钢筒两者之间留有一定空隙，避免了拉伸测试过程中外部混凝土与试样之间的侧面摩擦阻力；通过可活动的定位触头设计和田字板对角线长度等于内钢筒内径的设计确保了田字板可以较好地活动固定在内钢筒内，使得田字格栅板不与岩面接触，实现试验范围内的喷射混凝土与岩面之间接触面积的最大化；通过双向拉钩设计避免了试验过程中弯矩作用，因而上述多措施确保了粘结强度测量的高精度。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明附图1的A-A剖面图。

具体实施方式

下面结合附图1和附图2，对本发明作进一步的说明。

一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置，测量装置由三脚支架3、拉力千斤顶1、双向拉钩5、压力传感器2和预埋构件组成，其技术特征有三脚支架3的支撑平台中心开有竖直通孔3，三脚支架3的三个支撑脚下端带有防滑刻槽从而可以承受较大的工作压荷载，拉力千斤顶1置于三脚支架3的支撑平台上方，这样拉力千斤顶1工作时可以利用三脚架3作为一个反力承载平台，压力传感器2位于拉力千斤顶1和三脚支架3之间，压力传感器2为中空的环形件，压力传感器2的数据输出接口通过数据线与计算机连接后可以直接测量作用于本身的压荷载值，拉力千斤顶1的活塞贯通压力传感器2的中心孔和竖直通孔4，拉力千斤顶1活塞端头开有水平通孔，双向拉钩5由上拉勾、连接座和下拉钩构成，下拉钩与连接座固定连接，上拉钩与连接座通过螺纹连接，上拉钩的杆体和下拉钩的杆体在同一条中心线上，这样可以根据现场工作需要通过转动上拉钩来调节双向拉钩5的长度，拉力千斤顶1活塞端头的水平通孔的直径应大于上拉钩的外径二而便于双向拉钩5的上拉勾活动勾入，预埋构件由拉柄6、田字格栅板7、内钢筒8、外钢筒9和定位触头10构成，拉柄6位于田字格栅板7上表面，拉柄6下端和田字格栅板7之间固定连接，拉柄6上端头开有水平通孔，拉柄6上端水平通孔的直径应大于下拉勾的外径而便于双向拉钩5的下拉勾活动勾入，定位触头10垂直位于田字格栅板下方中心，田字格栅板7下表面中心钻有螺纹孔，定位触头10与田字格栅板7的之间通过田字格栅板7的螺纹孔的螺纹连接，内钢筒（8）的外径等于外钢筒（9）的内径，内钢筒8活动置于外钢筒9中，田字格栅板（7）对角线的长度等于内钢筒（8）的内径，田字格栅板7活动置于内钢筒8中，双向拉钩5的上拉钩活动勾入拉力千斤顶1活塞上的水平通孔中，双向拉钩5的下拉钩活动勾入拉柄6上端头的水平通孔中。

本发明具体使用按下列步骤进行：

(1) 选定拟进行喷射混凝土和岩石粘结强度测量的试验点，试验点岩面应基本是近水平的平面。

(2) 清洁好岩石表面粉尘后将外钢筒9放置在岩面上，然后通过胶结剂（如环氧树脂）将外钢筒9的下端环形面与岩面胶结在一起，进行外钢筒9与岩面胶结时应确保胶结剂不污染外钢筒9内径内的岩石表面，从而实现对外钢筒9的固定。

(3) 将内径为D ₁的内钢筒8活动放置于外钢筒9内。

(4) 将带拉柄6的田字格栅板7放置于内钢筒8内，放置过程中注意调节直径为D ₂的定位触头10的外露长度，确保田字格栅板7基本位于内钢筒8高度的中心位置。

(5) 按工程正常的喷射混凝土施工工艺，对试验点区域进行喷射混凝土施工，试验点区域喷射混凝土的直径应三倍大于内钢筒8的内径，当喷射的混凝土厚度达到了外钢筒9的高度时，停止喷射混凝土的施工，确保喷射混凝土与田字格栅板7很好地粘结在一起。

(6) 立刻清理覆盖在外钢筒9和内钢筒8的上端环形表面的喷射混凝土，确保外钢筒9和内钢筒8的上端环形表面完全外露出来，达到内钢筒8内的喷射混凝土与外钢筒9外的喷射混凝土无连接；同时清理干净粘结在拉柄6上喷射混凝土。

(7) 依据喷射混凝土的相关规范的有关规定，当喷射混凝土强度达到了规范要求的工作强度后，准备进行喷射混凝土—岩石接触面的粘结强度的现场测量；

(8) 开始进行测量时，首先将三脚支架3支好，调节三脚支架3时要确保活动三脚支架3的竖直通孔3的中心对准内钢筒8的圆心，三脚支架3的支撑腿下端与承载接触面接触完好，且三脚支架3的支撑平台应平行内钢筒8的上端环形平面。

(9) 将环形的压力传感器2放置于三脚架3支撑平台上，确保压力传感器2的中心与竖直通孔4的中心重合，将压力传感器2的数据接口通过数据线与计算机连接。

(10) 将拉力千斤顶1的活塞穿入环形压力传感器2和竖直通孔3内，调节拉力千斤顶1使得活塞基本处于最大伸长量的工作状态。

(11) 如果安放好拉力千斤顶1后发现拉力千斤顶1的活塞前端的水平通孔与拉柄6上端的水平通孔之间的距离过大或过小，即两个通孔之间的距离不能确保双向拉钩5能与其连接，则调节三脚支架3的三个支腿来调整三脚支架3的支撑平台到拉柄6之间的距离。

(12) 通过计算机对压力传感器2的测量荷载进行初始归零设置。

(13) 通过拧转双向拉钩5的上拉钩来调节双向拉钩5的长度，确保既能将上拉勾伸入到拉力千斤顶1的水平通孔，又能将下拉勾伸入到拉柄6的水平通孔中。

(14) 启动拉力千斤顶1，缓慢施加拉荷载，同时通过计算机同步记录和观察由压力传感器2测量获得的压荷载值。

(15) 当观察的压荷载值较此前明显下降且内钢筒8内的喷射混凝土块明显拉出内钢筒8，停止拉力千斤顶1工作。

(16) 检查拉出来的喷射混凝土下端面，如果下端面为喷射混凝土与岩石的接触面，则表明本次试验测试有效。

(17) 分析由压力传感器2记录的压荷载，选取最大值作为本次试验中喷射混凝土和岩石壁面粘结荷载F，并按下式(a)计算喷射混凝土—岩石接触面粘结强度S值。

                                   (a) 

Claims (3)

1.一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置，其特征在于：所述测量装置由三脚支架（3）、拉力千斤顶（1）、双向拉钩（5）、压力传感器（2）和预埋构件组成，三脚支架（3）的支撑平台中心开有竖直通孔（4），拉力千斤顶（1）置于三脚支架（3）支撑平台上方，压力传感器（2）位于拉力千斤顶（1）和三脚支架（3）之间，拉力千斤顶（1）的活塞贯通压力传感器（2）的中心孔和竖直通孔（4），拉力千斤顶（1）活塞端头开有水平通孔，双向拉钩（5）由上拉勾、连接座和下拉钩构成，下拉钩与连接座固定连接，上拉钩与连接座通过螺纹连接，上拉钩的杆体和下拉钩的杆体在同一条中心线上，预埋构件由拉柄（6）、田字格栅板（7）、内钢筒（8）、外钢筒（9）和定位触头（10）构成，拉柄（6）位于田字格栅板（7）上表面，拉柄（6）下端和田字格栅板（7）之间固定连接，拉柄（6）上端头开有水平通孔，定位触头（10）垂直位于田字格栅板下表面，定位触头（10）与田字格栅板（7）之间螺纹连接，内钢筒（8）活动置于外钢筒（9）中，田字格栅板（7）活动置于内钢筒（8）中，双向拉钩（5）的上拉钩活动勾入正上方的拉力千斤顶（1）活塞上的水平通孔中，双向拉钩（5）的下拉钩活动勾入正下方的拉柄（6）上端头的水平通孔中。

2.根据权利要求1所述的一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置，其特征在于：所述田字格栅板（7）对角线的长度等于内钢筒（8）的内径。

3.根据权利要求1所述的一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置，其特征在于：所述内钢筒（8）的外径等于外钢筒（9）的内径。

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