一种喷射混凝土与围岩粘结强度测定装置的制作方法

本发明涉及混凝土性能测试领域，特别是一种喷射混凝土与围岩粘结强度测定装置。

背景技术：

喷射混凝土是指利用压缩空气或其他动力，将按一定配合比拌制的混凝土混合料沿管路输送至喷口处，喷射于受喷面，依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压实而形成的一种混凝土。喷射混凝土与围岩粘结强度是指待喷射混凝土到达设计龄期后，用拉拔器对拉杆施加拉力，以每秒20n-40n的速度缓慢加力直到试件断裂。取试件与围岩结合面的破坏的强度为喷射混凝土与围岩粘结强度。

测定喷射混凝土与围岩粘结强度主要是通过拉拔器对拉杆施加拉力，使试件沿喷射混凝土与围岩结合面破坏，根据拉应力及破坏面积计算喷射混凝土与围岩粘结强度。如何给喷射混凝土施加拉应力是影响喷射混凝土与围岩粘结强度的一个重要因素，所以《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（gb50086-2015）对测定喷射混凝土与围岩粘结强度试验做出了规定，规范中的试验方法有两种第一现场采用对被钻心隔离的混凝土时间进行拉拔试验完成，第二种在试验室采用对钻取的芯样进行拉力试验完成。目前市面上喷射混凝土与围岩粘结强度测定装置普遍采用喷射混凝土施工时预埋高强材料拉杆，喷射混凝土施工后即用铲刀沿试件轮廓线修成宽约50mm的槽仅保留试件底面与围岩结合，到达龄期后采用小型钻芯机用金刚石钻头垂直喷射混凝土与围岩层面进至20mm形成带有喷射混凝土的圆柱形岩芯；用支撑装置与锚杆拉拔仪配合缓缓施加应力，使岩芯沿围岩结合面破坏，从（预埋拉杆）开始准备试验到（现场切割至完成试验）试验结束中间跨度达到28d，这样检测过程耗时长。

钻心拉拔法是目前喷射混凝与围岩粘结强度测定方法运用最广泛的方法，此方法使用于各类围岩，通过拉拔器对拉杆施加拉力，使试件沿喷射混凝土与围岩结合面破坏，根据拉应力及破坏面积计算喷射混凝土与围岩粘结强度。

随着我国改革开放事业的不断推进，我国基础建设领域必将迎来新的发展，喷射混凝土已广泛应用于交通工程、铁路工程、水利工程、水电工程等各个领域，喷射混凝土与围岩粘结强度作为保证喷射混凝土施工质量的一项重要工作，钻心拉拔法试验前在喷射混凝土施工时在试件中心预埋高强材料拉杆后，立即用铲刀沿试件轮廓线修成宽约50mm的槽仅保留试件底面与围岩结合待28天龄期后试验，预留高强材料拉杆导致第一预埋试件中心高强材料拉杆垂直度难以保证，直接影响芯样是否均匀受力导致试验时对喷射混凝土与围岩粘结强度准确性产生影响对工程产生不利影响；这种试验方法还存在周期长试验前试验后均需人工进行各种操作费时费力，也存在试验位置事先确定导致试验结果不具有带表性的缺点。

目前市场上所用喷射混凝土与围岩粘结强度测定装置均由支撑装置和锚杆拉拔仪组成，试验前在喷射混凝土施工时在试件中心预埋高强材料拉杆后，立即用铲刀沿试件轮廓线修成宽约50mm的槽仅保留试件底面与围岩结合，待28天龄期后试验，试验时采用小型钻芯机用金刚石钻头垂直喷射混凝土与围岩层面进至20mm形成带有喷射混凝土的圆柱形岩芯；用支撑装置与锚杆拉拔仪配合缓缓施加应力，使岩芯沿围岩结合面破坏，这种试验导致检测结果人为性影响较大不具有代表性。

总的来说，目前的测量方法具有以下不足：1）埋试件中心高强材料拉杆垂直度难以保证，直接影响芯样是否均匀受力导致试验时对喷射混凝土与围岩粘结强度准确性产生影响对工程产生不利影响。2）存在周期长试验前试验后均需人工进行各种操作，费时费力。3）存在试验位置事先确定导致试验结果不具有带表性的缺点。4）需预埋大量的预留高强材料拉杆导致试验成本增加严重，造成材料浪费。5）在不考虑认为因素的影响下，检测结果不具有代表性，造成检测结果不具有参考价值对隧洞内施工人员安全造成不可估量的影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种喷射混凝土与围岩粘结强度测定装置，实现试验位置随机选择、快速精准地检测喷射混凝土与围岩粘结强度数据，有利于提高检测效率，节约资源、使用方便、速度快、效率高、适用性强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种喷射混凝土与围岩粘结强度测定装置，包括卡环、支撑架、传力板和拉力器；所述卡环通过拉杆连接到传力板，所述传力板通过传力杆连接至拉力器，所述拉力器置于所述支撑架上；

所述卡环由两个半圆弧板拼接而成，卡环周围固定有受力侧板，所述受力侧板连接拉杆；所述支撑架为倒“u”型，在其中心处开有用于穿过传力杆的第一圆孔，在底端固定有侧板，所述侧板上开有用于将支撑架固定于喷砼的第二圆孔。

进一步地，所述卡环上的受力侧板具有3个，每个受力侧板上都开有第三圆孔；在传力板中心处开有用于穿过传力杆的第五圆孔，在传力板上还开有3个第四圆孔，每一个第四圆孔与相对应的第三圆孔之间连接拉杆。

进一步地，所述卡环上的受力侧板间隔120°，均匀分布在卡环上。

进一步地，所述拉力器采用最大量程100kn、精度0.01kn的数显锚杆拉拔仪。

进一步地，所述卡环的两个半圆弧板采用连接螺栓固定。

进一步地，在所述传力杆上还设置有锁定锚具，所述锁定锚具用于稳固拉力器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）测定装置不需要预埋拉杆，比传统方法节约资源、节省人力；

2）测定装置安装快速，达到能够快速试验出检测结果，有利于提升检测效率；

3）测定装置虽然结构简单，但是设计合理，安装简便，试验人员在检测过程中不会产生安全隐患；

4）因不需要在施工前预埋拉杆，需要试验人员的工作减少，速度快，节约人力物力成本，做到了节能环保；

5）测定装置所用材料均可以重复拆装，重复使用，可以随时组装随时检测及拆装转移；

6）造价低，比传统方法预埋拉杆造价低，且可以重复使用；

7）测定装置使用范围广，可以在任何工地试验室现场检测喷射混凝土与围岩粘结强度使用，可以重复拆装，利用效率高。

附图说明

图1是本发明一种喷射混凝土与围岩粘结强度测定装置整体结构示意图。

图2是本发明中支撑架结构示意图。

图3是本发明中卡环结构示意图。

图4是本发明中传力板结构示意图。

图中：传力杆1；锁定锚具2；拉力器3；支撑架4；膨胀螺栓5；喷砼6；拉杆7；卡环8；传力板9；侧板10；第一圆孔11；第二圆孔12；第三圆孔13；半圆弧板14；受力侧板15；连接螺栓16；第四圆孔17；第五圆孔18。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明装置由以下部分组成：支撑架4（倒“u”型，中间有30mm第一圆孔11）、卡环8（两个半圆弧板14组成）、传力板9、拉杆7和拉力器3（数显式100kn手动锚杆拉拔仪，读数精确到0.01kn）。

具体地，支撑架4采用高强合金板制作，倒“u”型腿的两腿高500mm、宽100mm、板厚20mm，两腿与混凝土面接触位置（试件外侧）水平方向各焊接一块长50mm、100mm、板厚20mm宽钢板（即侧板10），在侧板10中心线距每侧板10边25mm钻10mm的第二圆孔12供膨胀螺栓5固定支撑架4；在支撑架4中部钻有直径30mm的第一圆孔11，供拉力器3的传力杆1穿过。支撑架4强度刚度满足检测需要，能够保证整个试验过程中检测装置的稳定，直至检测完成，且稳定性满足人员在试验过程中，不产生安全风险。

卡环8采用高强合金板制成，具体采用两个内径为200mm、高80mm、板厚10mm的半圆弧板14组成；半圆弧板14边缘向外各焊接一块长40mm、宽80mm、板厚10mm的高强钢板（即受力侧板15），沿着长度方向20mm的中心线在距离上下边缘20mm处各钻取一个直径10mm的孔，此孔用于连接螺栓16固定卡环8；卡环8每隔120°水平焊接一块长40mm、宽40mm的受力侧板15，受力侧板15中心点钻取10mm直径的第三圆孔13，供拉杆7穿过。高强合金卡环8设计合理，采用两个半圆弧板14连接，节约市场普遍采用预埋拉杆所产生的材料浪费，采用120°三点加荷保证芯样均匀受力，保证检测数据准确。

传力部分采用高强钢的拉杆7和高强合金传力板9制成，拉杆7采用直径20mm、长600mm的高强合金，拉杆7端头使用数控机床挑丝100mm；传力板9采用直径300mm、厚度20mm的高强合金板，圆心处采用数控机床加工直径为20mm的第五圆孔18，距离圆心110mm、每隔120°钻直径10mm的第四圆孔17，供高强合金卡环8与拉杆7使用；传力杆1采用直径10mm、长度300mm，两端头各使用数控机床挑丝50mm，每端头配相配套螺丝2个。

拉力器3采用市场上技术成熟的数显锚杆拉拔仪，例如由上海路达仪器制造厂制造的ml-100kn型数显锚杆拉拔仪，最大量程100kn精度0.01kn。

本发明测定装置采用高强合金厚钢板宽条状制程，结构稳定，便于观察，可以观察整个试验过程喷射混凝土岩芯的与围岩粘结面的变化。本发明测定装置与围岩用膨胀螺栓5连接牢固，在检测过程中不发生位移，测定装置与试验芯样高度合适，方便检测人员操作整个试验。整个装置完成后整体尺寸600*600*300mm，可以做到检测完成拆卸装箱，下次检测再组装，做到重复利用。

本发明测定装置组装完成后，由一名辅助试验人员使用混凝土钻芯机将岩芯分别使用内径200mm和400mm的金刚石钻头支撑直径200、深入围岩20mm的喷射混凝土与围岩粘结强度试验芯样，由一名试验人员在辅助试验人员的配合下安装测定装置，开始试验，测量芯样直径200mm，手动加压直至喷射混凝土与围岩粘结面破坏，锚杆拉拔仪显示极限拉力34.56kn，通过计算样喷射混凝土与围岩粘结强度=极限拉力/喷射混凝土与围岩粘结粘结面面积，该喷射混凝土与围岩粘结强度为1.1mpa，整个试验过程大约50min内完成。说明测定装置能够做到减少检测时间，减少检测人员投入，提高检测代表性。