一種加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加強約束混凝土拱架噴層的粘附性能及抗拉伸性能的方法，屬于地下空間領(lǐng)域硐室約束混凝土拱架噴層支護(hù)體系。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著地下空間工程事業(yè)的蓬勃發(fā)展，地下硐室所處的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，硐室規(guī)模也越來越大，圍巖的穩(wěn)定性顯得愈發(fā)重要，地下硐室失穩(wěn)破壞形式受地質(zhì)巖性，巖體結(jié)構(gòu)，地質(zhì)條件，地應(yīng)力及外水壓力等多種因素的綜合影響，會產(chǎn)生多種破壞模式，其破壞過程基本可以總結(jié)為:荷載作用一圍巖變形一襯砌變形一應(yīng)力集中一結(jié)構(gòu)破壞過程。
[0003]為了適應(yīng)愈發(fā)復(fù)雜，苛刻的地下條件，約束混凝土拱架的應(yīng)用也越來越廣。為了進(jìn)一步穩(wěn)固圍巖的形態(tài)，最大化的利用圍巖的自承能力，保持地下空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，出現(xiàn)了拱架噴層工藝。其作用如下:
[0004](I)支撐拱架:噴層與拱架密貼和粘貼，并與圍巖表面以抗力和剪力，從而是圍巖處于三向受力的有力狀態(tài)，防止拱架強度惡化。
[0005](2) “卸載”作用:噴層屬柔性，能有控制地使拱架在不出現(xiàn)失穩(wěn)變形地前提下，進(jìn)行一定程度地變形，從而使拱架“卸載”，同時噴層中地彎曲應(yīng)力減小，有利于混凝土承載力地發(fā)揮。
[0006](3)覆蓋拱架表面:噴層直接粘貼拱架表面，形成風(fēng)化和止水地保護(hù)層。
[0007](4)分配外力:通過噴層把外力傳給錨桿、鋼拱架等，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻分擔(dān)。
[0008]然而，由于混凝土噴層沒有足夠的抗拉伸能力，在長時間復(fù)雜的受力條件下，容易破碎，產(chǎn)生脫落。因此，相關(guān)的安全性問題不容忽視，而單單依靠噴層自身的結(jié)構(gòu)性能是不夠的。并且，噴層與約束混凝土拱架的銜接僅靠它們之間的摩擦力也顯然不能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加強約束混凝土拱架噴層與拱架間連接性能的方法，該方法能夠弱化甚至消除地下空間工程中拱架噴層易開裂，易脫落等特性，有效防治混凝土噴層的剪切破壞，保障拱架長期穩(wěn)定。本發(fā)明具有能有效減小拱架結(jié)構(gòu)受力，改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布、提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等優(yōu)點。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0011]一種加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)，包括多個拱架，所述拱架遠(yuǎn)離圍巖一側(cè)沿拱架的環(huán)向設(shè)有由鋼絲組成的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的截面形狀與拱架的截面形狀相同；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上設(shè)有混凝土噴層；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格間距取決于拱架間距，拱架間距是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格間距的5-10倍。
[0012]進(jìn)一步的，所述拱架在遠(yuǎn)離圍巖一側(cè)沿拱架的環(huán)向布設(shè)有鋼筋。
[0013]所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留鋼絲，與拱架上的鋼筋相連接，具體連接方法為將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留的鋼絲扣接至拱架上的鋼筋上，并焊接，起到支撐，粘附的作用
[0014]進(jìn)一步的，若在地質(zhì)較差部位，所述拱架拱底也布設(shè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。
[0015]所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的鋼絲直徑為2-5mm，圍合成的方孔尺寸為8-12mm*8-12mm，以滿足基本使用要求。
[0016]一種加強混凝土噴層與拱架間連接性能的方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:將鋼絲交叉纏繞形成網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，作為混凝土噴層的內(nèi)部骨架，增強噴層的整體性，提高噴層的拉伸性，使受力均勻，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；
[0018]步驟2:將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留鋼絲扣接至拱架上的鋼筋，使其具有一定的承載能力，提高混凝土噴層與拱架間的整體性；
[0019]步驟3:在拱架遠(yuǎn)離圍巖一側(cè)鋪設(shè)混凝土噴層，充滿拱架與鋼絲網(wǎng)殼構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)。
[0020]優(yōu)選的，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)按拱架斷面分為三片:一片拱架頂部網(wǎng)殼和兩片拱架側(cè)壁網(wǎng)殼。
[0021]所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與拱架的連接形式為:將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留的鋼絲扣接至拱架上的鋼筋上，并焊接，起到支撐，粘附的作用；以鋼絲網(wǎng)作為網(wǎng)殼支架，此種支架結(jié)構(gòu)具有很強的拉伸性，用鋼量較少，柔性好，韌性好，隨混凝土噴層形變而變動，維護(hù)噴層內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、平衡，具有良好的韌性。并在噴層起始破碎后起到支撐，連接的作用，有效的阻止噴層的進(jìn)一步破裂，脫落。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023]本發(fā)明布置以鋼絲為徑骨，大大增強了拱架噴層的抗變形能力，具有良好的伸縮性，改善了混凝土噴層的破碎力學(xué)性能，且造價較為低廉，抗變形能力強，對拱架噴層的局部形變，破碎特性有著顯著地改善效果，避免噴層脫落，避免在不均勻的疊加壓力作用下，拱架遭到反復(fù)破壞。既有剛性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，又可以承受強大的變形，松動。與此同時，可對噴層進(jìn)行二次噴層加工，施工便利，提高安全系數(shù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，承載力高，整體性強，而且由于具有一定的支撐能力，在噴層施工時更加方便。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明鋼絲網(wǎng)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明拱架與鋼絲網(wǎng)配合的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中，I為拱架，2為鋼筋，3為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，4為混凝土噴層。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0028]如圖1所示，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)造規(guī)格采用3.0#*10*10，表示鋼絲直徑為3mm，圍合成的方孔為規(guī)格的鋼絲網(wǎng)。
[0029]如圖2所示，加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)，包括多個拱架1，拱架I內(nèi)側(cè)沿拱架I的環(huán)向設(shè)有由鋼絲組成的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3的截面形狀與拱架I的截面形狀相同；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3上設(shè)有混凝土噴層4 ;網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3的網(wǎng)格間距小于拱架I之間的間距。拱架I內(nèi)側(cè)沿拱架I的環(huán)向布設(shè)有鋼筋2。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3外側(cè)預(yù)留鋼絲，與拱架I內(nèi)側(cè)的鋼筋2相連接。若在地質(zhì)較差部位，拱架I拱底也布設(shè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)3。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格間距取決于拱架間距，主要關(guān)系為拱架間距是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格間距的5-10倍。
[0030]加強混凝土噴層與拱架間連接性能的方法，具體步驟為:
[0031]首先，將鋼絲經(jīng)過交叉纏繞并焊接形成孔徑為的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；其次，將鋼絲網(wǎng)上的邊緣鋼絲扣接至拱架上的鋼筋上，并焊接，起到支撐，粘附的作用；最后，可鋪設(shè)拱架內(nèi)部混凝土層。
[0032]其中，鋼絲網(wǎng)與拱架的連接形式為，將鋼絲網(wǎng)上的邊緣鋼絲扣接至拱架上的鋼筋上，并焊接，網(wǎng)狀鋼絲結(jié)構(gòu)的面積大小及形狀根據(jù)拱架形狀、大小的不同可以有所變動，一般孔洞為密集的正方形序列。鋼絲網(wǎng)距拱架的距離根據(jù)混凝土噴層的不同厚度來確定。從而使得拱架與噴層間的連接性能得到大幅度提升并增強混凝土噴層的抗拉性，有效的卸去部分外力，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)受力均勻，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0033]以約束混凝土拱架中的U型拱架為例，網(wǎng)殼分為一片拱網(wǎng)殼和兩片側(cè)網(wǎng)殼，由三片部分網(wǎng)殼拼裝而成。將鋼絲網(wǎng)罩在拱架的內(nèi)側(cè)，通過邊緣的鋼絲線扣結(jié)至拱架內(nèi)側(cè)的鋼筋的方法來固定鋼絲網(wǎng)殼。然后噴層。
[0034]相比鋼筋，鋼絲網(wǎng)擁有便攜，形狀可塑，可讓壓等特點，使得地下空間工程中的拱架噴層更加牢固，耐用，不易脫落且施工方便。這樣不僅解決了拱架噴層易脫落的問題，還增強了噴層的抗拉性，增加噴層破碎難度，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0035]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)，其特征是，包括多個拱架，所述拱架遠(yuǎn)離圍巖一側(cè)沿拱架的環(huán)向設(shè)有由鋼絲組成的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的截面形狀與拱架的截面形狀相同；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上設(shè)有混凝土噴層；拱架間距是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格間距的5-10 倍。
2.如權(quán)利要求1所述的加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)，其特征是，所述拱架在遠(yuǎn)離圍巖一側(cè)沿拱架的環(huán)向布設(shè)有鋼筋。
3.如權(quán)利要求1所述的加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)，其特征是，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留鋼絲，與拱架上的鋼筋相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)，其特征是，所述拱架拱底也布設(shè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)，其特征是，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的鋼絲直徑為2-5mm，圍合成的方孔尺寸為8-12mm*8-12mm。
6.一種加強混凝土噴層與拱架間連接性能的方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟1:將鋼絲交叉纏繞形成網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，作為混凝土噴層的內(nèi)部骨架，增強噴層的整體性，提高噴層的拉伸性，使受力均勻，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性； 步驟2:將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留鋼絲與拱架上的鋼筋連接，使其具有一定的承載能力，提高混凝土噴層與拱架間的整體性； 步驟3:在拱架遠(yuǎn)離圍巖一側(cè)鋪設(shè)混凝土噴層，充滿拱架與鋼絲網(wǎng)殼構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的加強混凝土噴層與拱架間連接性能的方法，其特征是，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)按拱架斷面分為三片:一片拱架頂部網(wǎng)殼和兩片拱架側(cè)壁網(wǎng)殼。
8.如權(quán)利要求6所述的加強混凝土噴層與拱架間連接性能的方法，其特征是，所述步驟2具體步驟為:將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)留鋼絲扣接至拱架上的鋼筋，并焊接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種加強混凝土噴層與拱架間連接性能的結(jié)構(gòu)及方法，包括多個拱架，所述拱架遠(yuǎn)離圍巖一側(cè)沿拱架的環(huán)向設(shè)有由鋼絲組成的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的截面形狀與拱架的截面形狀相同；所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上設(shè)有混凝土噴層；拱架間距是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格間距的5-10倍。本發(fā)明布置以鋼絲為徑骨，大大增強了拱架噴層的抗變形能力，抗變形能力強，對拱架噴層的局部形變，破碎特性有著顯著地改善效果，避免噴層脫落，避免在不均勻的疊加壓力作用下，拱架遭到反復(fù)破壞。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，承載力高，整體性強，而且由于具有一定的支撐能力，在噴層施工時更加方便。
【IPC分類】E21D11-10
【公開號】CN104790981
【申請?zhí)枴緾N201510157330
【發(fā)明人】李術(shù)才, 王 琦, 張琪, 蔣昕嶧, 邵行, 江貝, 何紹衡, 曹明路, 欒英成, 陳江舟, 平奕煒, 解洪兵, 杜郁, 于翔, 田旖旎, 郭宇晶, 王富奇, 張世國, 潘銳, 高松, 于恒昌
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月3日