喷射混凝土与围岩粘结强度合理指标的探讨

水力发电　第３３卷第２期　２００７年２月　文章编号：０５５９—９３４２（２００７）０２—００７８－０３　喷射混凝土与围岩粘结强度　合理指标的探讨　黄国兴　，陈文耀　，尹俊宏　（１．中国水利水电科学研究院，北京１０００３８；２。中国水利水电第三工程局，陕西安康７２５０１１；　３。中国水利水电第十四工程局，云南昆明６５００４１）　关键词：喷射混凝土；围岩；粘结强度　摘要：在某地下电站工程喷射混凝土施工中，采用现场钻芯拉拔法得出的牯结强度值很难达到设计要求（≥１．０ＭＰａ），　而后进行的喷大板室内劈拉试验，得出的劈拉粘结强度值又均大于设计要求。为此，对现行有关规范进行分析探讨　与评价．并提出了喷射混凝土与围岩粘结强度合理指标的建议值。　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　Ｂｏｎｄ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　Ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　Ａｄｊｏｉｎｉｎｇ　Ｒｏｃｋ　Ｈｕａｎｇ　Ｇｕｏｘｉｎｇ　，Ｃｈｅｎ　Ｗｅｎｙａｏ￣Ｙｉｎ　Ｊｕｎｈｏｎ￣　ｆ１．Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３８；　２．Ｃｈｉｎａ　ｌｌｌｉｒｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，Ａｎｋａｎｇ　Ｓｈａａｎｘｉ　７２５０１　１；　３．Ｃｈｉｎａ　１４ｔｈ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｙｕｎｎａｎ　６５００４１）　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ；ａｄｊｏｉｎｉｎｇ　ｒｏｃｋ；ｂｏｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ｅ　ｂｏｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ．ｗｈｉｃｈ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ａｌｌ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ，ｃｏｕｌｄ　ｓｅｌｄｏｍ　ｒｅａｃｈ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｄｅｍａｎｄｓ（≥１．０　ＭＰａ）．Ｗｈｅｎ　ｔｅｓｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌ—ｃｏｒｅ　ｐｕｌｌ－ｏｕｔ　ｍｅｔｈｏｄ，ａ　ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｐａｎｅｌ－ｆｏｒｍｅｄ　ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｗａｓ　ｒｉｇｈｔ　ｕｐ　ｄｅｓｉｇｎ　ｄｅｍａｎｄ．　８　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｌｌ・　ｄａｒｄｓ　ａｎｄｔｈｅｎ　ｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｖｅ　ｖａｌｕｅｏｆ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｎｄｅｘ　ｏｎｔｈｅ　ｂｏｎｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ　ｓｈｏｔｅｒｅｔｅａｎｄ　ａｄｊｏｉｎｉｎｇ　ｒｏｃｋ．　中圈分类号：ＴＶ５４４．９２３　文献标识码：Ａ　１问题的提出　某大型地下电站工程采用锚喷支护，围岩属Ｉ、Ⅱ类岩　石。喷射混凝土与围岩粘结强度是一项很重要的参数，设计　要求喷射混凝土与围岩粘结强度，Ｉ、Ⅱ类岩石不小于１，Ｏ　ＭＰａ．Ⅲ类岩石不小于Ｏ．８　ＭＰａ。　为检测主厂房喷射混凝土与围岩粘结强度，施工单位于　２ｏｏ５年１２月采用现场钻芯拉拔法钻取９个芯样，其中３个　２各种检测方法的检测结果　国家标准ＧＢ５０ｏ８６—２ｏｏ１《锚杆喷射混凝土支护技术规　范》与电力行业标准ＤＬｆＦ５１８１－－２００３（水电水利工程锚喷支　护施工规范》，都在附录中列出了３种喷射混凝土与围岩粘　结强度检测方法，即预留试件拉拔法、现场钻芯拉拔法、喷大　板室内劈拉法。　２０ｏ６年３月底．某大型地下电站工程的监理单位专门组　织开会．讨论地下电站工程喷射混凝土与围岩粘结强度不达　芯样在钻芯时断裂，只得到６个芯样的粘结强度（分别为　１．ｏ９、Ｏ．４Ｏ、Ｏ．５６、Ｏ．６８、Ｏ．５Ｏ、Ｏ＿３５　ＭＰａ），且都是围岩断裂。施　工单位又于２ｏｏ５年１２月和２００６年２月采用现场钻芯拉拔　法对尾水洞１Ｏ个芯样进行检测，结果只得出３个芯样的牯　标问题。与会人员一致认为，采用喷大板进行室内喷射混凝　土与岩块粘结强度试验，试验方法采用轴拉法与劈拉法两　种。另外，再在主厂房现场钻取芯样进行室内轴拉法与劈拉　法试验。　结强度（分别为Ｏ．４５、Ｏ。９８、１．０８　ＭＰａ），且都是围岩断裂。　采用现场钻芯拉拔法检测喷射混凝土与围岩粘结强度　的成功率低．且测值很难达到设计要求。为此，对以上问题必　须进行探讨．以解决该大型地下电站工程喷射混凝土与围岩　粘结强度不达标问题。　收稿日期：２００６－０７—１０　作者简介：黄国兴（１９４０一），男，江苏江阴人，教授级高工，主要　从事水工材料研究与应用工作．　困Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　ＶｏＬ３３．Ｎｏ．２　维普资讯 http://www.cqvip.com

只ｂ　７　，　亍：　Ｉ刁　，口匕触—Ｌ’：Ｉ口　ｔ　千Ｕ爿］］曲Ｌｌ叉口Ｊ，２－Ｐ＿２ｇ＝ｌｑ－ｉｊｉｎ　ＴＡＫ　２．１　现场芯样轴拉法　２００６年４月施工单位在主厂房下游侧边墙钻取芯样１２　个．仅有３个芯样能做轴拉试验．现场芯样直径为１００　ｍｍ，长　度不足３００　ｍｍ。根据ＤＬ，ｒ　５１５０—２００１《水工混凝土试验规　程》规定，轴向拉伸试件长度应不小于３倍直径。为此，在轴　拉试验前．先将芯样试件两端用环氧混凝土加长．使喷射混　凝土与围岩结合面两边各长１５０　ｍｍ。试验测得现场芯样喷　射混凝土与围岩２８　ｄ轴拉粘结强度（单块）分别为０．２７、０．３２、　０．５２　ＭＰａ．均小于设计要求（≥１．０　ＭＰａ）。　２．２现场芯样劈拉法　将西１００　ＩＴｌｌＴｌ芯样切割成立方体．对喷射混凝土与围岩　结合面进行劈拉试验。试验测得现场芯样喷射混凝土与围岩　７ｄ劈拉粘结强度（单块）分别为１．１１、０．７４、０．６２　ＭＰａ，一组３　块，只有１块的粘结强度大于１．０　ＭＰａ，其余２块均小于１．０　ＭＰａ。　２．３喷大板劈拉法　２００６年５月施工单位在现场选取表面平整的岩块，加工　成约４０Ｏｍｍｘ３００ｍｍｘ５０ｍｍ（长×宽×厚）的岩石板．但喷射岩　石面不加工，并使岩石板厚度均匀．以避免沿喷射混凝土与　岩石结合面劈拉时上下垫条不在同一垂直面发生剪切现象。　将岩石板放置在喷大板木模（４５０　ｍｍｘ３５０　ｍｍｘ１２０　ｍｍ）内．　用水将岩石板表面湿润，按实际喷射条件向大板木模内喷射　混凝土。在与实际结构相同的条件下．用切割法将大板加工　成边长为１００　ｍｍ的立方体试件（其中岩石与混凝土的厚度　各为５０　ｍｍ左右）．养护至２８　ｄ龄期，用劈拉法检测喷射混　凝土与岩块劈拉粘结强度。　采用喷大板劈拉法进行了７组（１组３块）劈拉粘结强度　试验．其试验结果见表１。从表１可以看出，５组２８　ｄ劈拉粘　结强度（１．１６～１．７０　ＭＰａ）与２组７　ｄ劈拉粘结强度（１Ｉ４９～１．５０　ＭＰａ）均超过设计要求（≥１．０　ＭＰａ）。　表１　某地下电站工程喷射混凝土与围岩（岩块）　粘结强度试验结果　另外．还有一个大型地下电站工程喷射混凝土与围岩粘　结强度也采用喷大板劈拉法，共检测８组，２８　ｄ劈拉粘结强度　为１－０１～１－３０　ＭＰａ，均超过１－０　ＭＰａ。　２．４喷大板轴拉法　对喷大板（喷射混凝土喷在岩石板上）养护至７　ｄ龄期，　钻取４，１００　ｍｍ芯样，继续养护至２８　ｄ龄期。在轴拉试验前２　ｄ．先将芯样试件两端用环氧混凝土加长．使喷射混凝土与岩　石结合面两边各长１５０　ｍｍ．以避免轴向拉抻时发生应力集　中现象。　喷大板芯样喷射混凝土与岩块轴拉粘结强度（单块）分　别为０．６７、０．７１　ＭＰａ，仍小于设计要求（≥１．０　ＭＰａ）。　从以上试验结果可以看出．喷大板轴拉粘结强度（０．６７—　０．７ｌ　ＭＰ丑）未达到１．０　ＭＰ丑．而喷大板劈拉粘结强度均超过　１．０　ＭＰａ。不过这里需要指出的是．喷大板轴拉试验需加长试　件，也存在偏心问题．致使粘结强度试验结果偏小；喷大板劈　拉试验存在喷射混凝土与岩块结合面不能保证在同一垂直　面上，多少有些倾斜，在劈拉试验时有剪切现象，致使粘结强　度测值偏大。　３对现行有关规范规定的相关指标的评价　以上检测结果表明，现场钻芯样拉拔法与喷大板轴拉法　得到的轴拉粘结强度均达不到１．０　ＭＰａ，而喷大板劈拉法得　到的劈拉粘结强度均超过１．０　ＭＰａ。很明显．喷射混凝土与围　岩（岩块）粘结强度与检测方法关系很大，为此对现行有关规　范的规定进行了分析研究．并对其喷射混凝土与围岩粘结强　度指标进行评价。　３．１　《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（ＧＢ５ＯＯ８６—２０ｏ１）　该规范４．３．２条规定：“喷射混凝土与围岩的粘结强度，　Ｉ、Ⅱ类围岩应不低于０．８　ＭＰａ，Ⅲ类围岩不应低于０．５　ＭＰａ”。在修改条文说明中没有列出以上粘结强度指标取值　的依据。为此，笔者专门咨询了该规范修订负责人．该负责人　在回函中说：“以上粘结强度指标取值是根据喷射混凝土与　岩块结合面劈拉试验得出的劈拉粘结强度”。遗憾的是没有　列出具体数据。　该规范附录Ｉ列出了３种喷射混凝土与围岩粘结强度　检测方法，规范正文在提出粘结强度指标的同时．没有指定　用哪种检测方法，这样导致使用规范人员认为３种方法可以　任意选择．便出现选用现场钻芯拉拔法轴拉粘结强度达不到　标准要求的问题，实际上该规范的粘结强度指标是用喷大板　劈拉法得出的劈拉粘结强度。　３．２《水工隧洞设计规范）（ＤＬ／Ｔ　５１９５－－２００４）　《水工隧洞设计规范》１０．２．１条规定：“喷射混凝土与围岩　的粘结强度，Ｉ、Ⅱ类岩石不宜低于１．０　ＭＰａ．Ⅲ类岩石不宜低　于０．８ＭＰａ”。　该标准是对原标准ＳＤ１３４—８４修订后的新标准，　ＳＤ１３４—８４规定：“喷射混凝土与围岩粘结强度．Ⅲ类及Ⅲ类　以上围岩均不宜小于５　ｋｇ／ｃｍ　（０．５　ＭＰａ）”，ＤＬｒＦ　５１９５－－２００４　规范对ＳＤ１３４—８４的喷射混凝土与围岩粘结强度指标进行　了修改，但在该规范条文说明中没有列出修改粘结强度指标　的依据。另外，该规范也没有指定采用什么检测方法，附录中　也没有列出具体检测喷射混凝土与围岩粘结强度的检测方　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　ＶｏＬ３３．Ｎｏ．２圃　维普资讯 http://www.cqvip.com

法．缺乏可操作性。　３。３《水电水利工程锚喷支护施工规范》（ＤＬ／Ｔ　５１８１￣２００３）　该规范正文１０。２。５条规定：“根据工程设计的需要决定　４喷射混凝土与围岩粘结强度合理指标的建议　值　现场钻芯拉拔法钻芯时钻机摆动对芯样会有损伤，安装　拉力架与膨胀螺栓存在偏　ｔｋ，问题。喷层厚度不足时易引起应　力集中现象．以上因素都会导致现场钻芯拉拔法得出的轴拉　其他的测试项目与数量”，这里“其他测试项目”为“抗渗等　级、抗拉强度、抗冻等级、喷射混凝土与围岩粘结强度”等４　项。该规范对喷射混凝土与围岩粘结强度这项重要参数似乎　没有给予应有的重视。该规范对粘结强度没有提出要求达到　粘结强度偏低。另外。如果遇到现场随机钻芯的围岩的完整　性差。钻芯时就易发生芯样断裂。导致现场钻芯拉拔法成功　率不高。　喷大板劈拉法只要做到选取的岩石块表面平整（喷射　的指标。但在附录Ｉ中列出了３种喷射混凝土与围岩粘结强　度检测方法。　３。４《纤维混凝土结构技术规程）（ＣＥＣＳ　３８：２００４）　该规程由中国工程建设标准化协会制定，该规程规定：　“支护结构钢纤维喷射混凝土与围岩粘结强度不小于０。５　面）、加工厚度均匀，就能得出较可信的劈拉粘结强度，可以　避免现场钻芯拉拔法所存在问题的发生，但喷射混凝土与岩　石结合面不可能做到在劈拉试验时完全在同一垂直面上，多　少存在剪切现象。因此。喷大板劈拉法得出的劈拉粘结强度　是偏高的。　从《欧洲喷射混凝土规范》既规定喷射混凝土与围岩粘　结强度指标。又规定检测方法得到启示，认为我国标准也应　ＭＰａ”。条文说明中说明了该指标是参考《欧洲喷射混凝土规　范》确定的，但该规程正文没有指定用什么检测方法，这给使　用带来一定困难。缺乏可操作性。　３．５《欧洲喷射混凝土规范》　该规范规定：“喷射混凝土与围岩粘结强度不小于０。５　ＭＰａ（１组３块平均值），单块粘结强度值不小于要求值的　７５％（０。３８５　ＭＰａ），并明确规定检测方法为现场钻芯拉拔法或　室内芯样轴拉法（室内芯样也为现场钻取），钻芯直径为５０－　这样规定。关于具体指标，建议喷射混凝土与围岩劈拉粘结　强度。Ｉ、Ⅱ类岩石不小于１．０ＭＰａ，Ⅲ类岩石不小于０．８ＭＰａ，　采用喷大板劈拉法检测；喷射混凝土与围岩轴拉粘结强度，　Ｉ、Ⅱ类岩石不小于０．５　ＭＰａ。采用现场钻芯拉拔法或室内芯　样轴拉法检测。　６０　ｍｍ。加荷速率为１～３　ＭＰａ／ｍｉｎ”。很明显，《欧洲喷射混凝土　规范》对喷射混凝土与围岩粘结强度的要求很明确，既规定了　粘结强度指标。又规定了采用的检测方法（轴拉法）。　从以上情况来看，《欧洲喷射混凝土规范》规定的喷射混　参考文献：　【１】　ＧＢ　５００８６－－２００１，锚杆喷射混凝土支护技术规范【ｓ】。　【２］ＤＬ／Ｔ　５１９５－－２００４，水工隧洞设计规范【Ｓ】．　【３】ＤＬ／Ｔ　５１８１－－２００３，水电水利工程锚喷支护施工规范【Ｓ】．　【４］　ＣＥＣＳ　３８：２００４，纤维混凝土结构技术规程【Ｓ】．　【５】　上海麦斯特建材有限公司（ＳＭＢ）译，欧洲喷射混凝土规范【Ｓ】．　凝土与围岩粘结强度指标（／＞０．５　ＭＰａ）比我国规范（ＧＢ　５００８６—２００１与ＤＬ／Ｔ　５１９５－－２００４）规定的指标（Ｉ、Ⅱ类岩　石０．８～１．０　ＭＰａ）低．其原因为前者是采用现场钻芯拉拔法或　室内芯样轴拉法得出的轴拉粘结强度，而我国规范是采用喷　大板劈拉法得出的劈拉粘结强度。　（上接第７４页）　水又满足系统需要还需在实践中摸索。　５结语　自动发电控制是水电站稳定经济运行的基础，也是实现　“无人值班”（少人值守）的前提条件。ＡＧＣ的实现不仅提高　薹　了电站监控的自动化水平，减轻运行人员的劳动强度，还提　高了电网运行的稳定性。但在实际应用中，有许多具体问题　需要认真处理．如负荷调节速率，负荷变化幅度等。同时，根　据各工程的实际情况也存在一些问题需要考虑，如保证下　游供水等。紫坪铺水电站ＡＧＣ的顺利实现进一步推动了四　ＪＩＩ电网的ＡＧＣ工作，增加可调容量，并提高了电网ＡＧＣ的　性能。　图１负荷波动曲线　参考文献：　ｆ１】　方辉钦．现代水电厂计算机监控技术与试验［Ｍ】．北京：中国电　力出版社．２００４．　流量变化就可能超过４Ｏ０　ｍ３／ｓ。这样会使下游闸门不能及时　调整造成多次下游人员被困河中，要求紧急救援的事故发　生．从而使水利工程电调和水调产生了矛盾。在电调服从水　调。水调支持电调的原则下，如何既保证下游安全、稳定的供　【２】　施冲，余杏林等．水电厂自动发电控制的工程设计与分析【Ｊ】。　电力系统自动化。２００１，（４）：５７—５９．　囫ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ　Ｖｏ１．３３。Ｎｏ．２