隧道工程喷射混凝土衬砌基面粗糙度的面积扩大系数评定方法.pdf
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1、第 3 2卷第 3期 2 0 1 0年 6月 铁 道 学 报 J 0URNAL OF THE CHI NA RAI I W AY S OCI E TY Vo1 32 NO 3 J u n e 2 0 1 0 文 章 编 号 :1 0 0 1 8 3 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 9 5 0 5 隧道工程喷射混凝土衬砌基面粗糙度的 面积扩大系数评定方法 蒋雅君 , 陶双江 ( 1 西南交通大学 土木工程学 院,四J I I 成都 6 1 0 0 3 1 ; 2 I 1 ) J I 省交通厅公路规 划勘 察设 计研 究院 ,四川 成都 6 1 0 0 4 1 ) 摘 要 :为快速
2、 和方便地评 定隧道工程中喷射混凝土基面粗糙 度 , 提出一种 采用 喷射混凝 土基 面的面积 扩大系 数来评定其粗糙 度的方法 。通 过对 喷射混凝土基面实际表 面形 态 的分 析 , 将其 表面粗糙 度的影 响因素分为表 观 粗糙度 和细 观粗糙度 两大类 , 并建立相应 的喷射混凝 土基 面简化表面形态模型 。在两个层次模型 的基础上 , 提 出 喷射混凝土基面 面积扩大 系数计算 方法 , 在实际工程 中进行初 步应 用 , 并将总体面积扩大 系数与平均灌砂 深度 的 评定结果进行 比较 。结果表 明 , 平均灌砂深度法在表征 喷射混凝 土基面粗糙 度指标上存在一定程度的不合理性 ,
3、而 面积扩大 系数能有效地反 映喷射 混凝 土基 面粗糙程度的变化趋势 , 是一种快捷合理的评定方法 。 关键词 :隧道工程 ; 基 面粗糙度评定 ; 面积扩大系数 ;喷射混凝土 中图分类号 :T U9 4 2 ; U4 5 1 4 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 O 0 1 - 8 3 6 0 2 0 1 0 0 3 0 1 7 Ar e a e x pa n d i n g Co e f f i c i e nt Ev a l u a t i o n M e t h o d f o r Ro u g h ne s s o f S h o
4、 t c r e t e Li ni ng S u r f a c e s i n Tu n n e l En g i n e e r i n g J I ANG Ya j u n TAO S h u a n g j i a n g ( 1 S c ho o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g,So u t h we s t J ia o t o n g Un i v e r s i t y,Che n g d u 6 1 0 0 3 1,Ch i n a ; 2 H i g h wa y Pl a n ni n g S u r v e y De s i g
5、 n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e ,Sic h u a n Pr ov i nc e Co m mu n i c a t i o n De p a r t m e n t ,Ch e n g d u 61 0 0 41 , Chi n a ) Ab s t r a c t:A m e t ho d f or e va l u a t i ng r o ug hne s s o f s ho t c r e t e l i ni ng s ur f a c e s i n t un ne l e ng i ne e r i ng wi t h a
6、 r e a e x pa n di n g c oe f f i c i e nt s i s a dv a n c e d t o f a c i l i t a t e q ui c k a n d c o nv e n i e n t e v a l ua t i on on c on s t r u c t i o n s i t e s O n t he b a s i s o f a na l ys i s o f a c t ua l s h ot c r e t e l i n i n g s ur f a c e f o r m s,t he f a c t o r s i
7、 n f l ue nc i ng r ou gh ne s s o f s ho t c r e t e l i n i n g s u r f a c e s a r e di vi de d i nt o a pp a r e n t r o ug hn e s s a nd m e s o r o ug hne s s a n d t he s i mpl i f i e d s u r f a c e f or m s m o d e l s o f t h e s e t wo t y pe s o f r o u ghn e s s f a c t or s a r e e s
8、t a b l i s h e d The c a l c u l a t i o n f or m u l a us i ng a r e a e x pa n di n g c o e f f i c i e nt s o f s ho t c r e t e l i ni n g s u r f a c e s i s d e duc e d a n d a p pl i e d i n e ng i ne e r i ng p r a c t i c e The e v a l u a t i o n r e s ul t s by t he o ve r a l l a r e a
9、e x p a nd i ng c o e f f i c i e n t s a n d t he a ve r a ge s a n d po ur i n g de pt hs a r e c om p a r e d I t i s s e e n t h a t t he a ve r a g e s a n d p ou r i n g de pt h m e t h od h a s s o m e d e g r e e of i r r a t i o na l i t y a nd t he a r e a e x pa nd i ng c oe f f i c i e n
10、t m e t h od i s a bl e t o r e f l e c t t he r ou g hne s s c ha n gi n g t e n de nc y of t he s h ot c r e t e l i ni ng s u r f a c e s,b e i ng mo r e q ui c k a nd r a t i o na l i n e v a l u a t i o n Ke y wo r d s :t u nn e l e ng i ne e r i ng;e va l u a t i on o f s u r f a c e r o ug hn
11、e s s ;a r e a e x pa nd i ng c oe f f i c i e nt ;s h ot c r e t e 现有研究表明, 隧道工程中喷射混凝土初期支护 基 面 的粗 糙度 对 防水层 在 施 工 、 运 营 阶段 中 的完 好性 影响很大_ 1 , 而 目前相关的规范和标准中尚未对喷射 混凝土基面的粗糙度提出具体指标和计算 方法 , 也无 法有效地为施工提供指导和约束 , 因此如何对喷射混 凝土初期支护基面粗糙度进行评定和约束 , 应该是一 个需要解决的问题。 收稿 日期 :2 0 0 7 0 5 1 1 ; 修 回日期 :2 0 0 7 1 2 - 1 0 作者
12、简介 :蒋雅 君( 1 9 8 O 一 ) ,男 ,广西桂林人 ,讲师 , 博 士。 E - ma i l : y a j u n j i a n g 1 2 6 c o rn 建 筑工 程 中现有评 定 混凝 土基 面粗糙 度 的主要 方 法 为 : 灌 砂法 、 硅 粉 堆 落 法 、 触 针 法 和分 数 维 法 等口 。 这几 种 方法 的原 理大 多是 通过测 量混 凝土 基 面局部 的 平均 凹陷深度 , 得 出关 于混 凝 土 基 面粗 糙 度 的定 量 指 标 。而 在混凝 土 基面 粗 糙 程 度 变异 较 大 的位 置 , 平 均 凹陷深度值并不能准确地反映该处混凝土基面的
13、真实 粗糙度 ; 在基面位置非水平时( 垂直 、 倾斜或者倒置 ) , 这几 种方 法测 量起 来也 有 一 定 的难 度 ; 而 且 在 量测 中 也需要借助专用设备或特殊材料 , 量测速度也较慢 , 不 铁 道 学 报 第 3 2卷 适于 大面积 喷射 混凝 土基 面 的快 速评 定 。 由于在 隧道 工程 中照搬 这几 种方 法测量 喷射 混凝 土基 面粗糙 度 的 可操作性不强, 本文提 出一种计算 喷射混凝土基面面 积扩大系数的简便方法 , 以便于在施工现场快速 、 简便 地 对 喷射混凝 土衬 砌基 面 的粗 糙度 进行 评定 。 1 喷射混凝土基面 的实际表面形态 喷射混凝土衬砌
14、表面通常会呈现“ 葡萄状” 或“ 泼 粥状” 等形态l 1 , 本文从形式上将喷射混凝土基面的粗 糙 度分 为表 观粗糙 度 和 细观 粗 糙 度 两 大类 , 分 别 进 行 分 析和讨论 。 1 1 表 观粗糙 度 通常在 喷射 混凝 土衬砌 表 面会形 成众 多 的大小 混 凝 土颗粒 , 这也 是其 表 面 粗 糙 度 的 主要 影 响 因 素 。这 些颗粒的形态参数往往与混凝土原料 、 喷射设备及其 控制参数、 喷射设备操作人员 的操作经验这几大因素 有很 大 的关 系 , 而这些 因素 在相 对 固定 的情 况下 , 喷射 混凝 土基 面 的 表 面 形 态 将 在 很 大 程 度
15、 上 变 得 相 对 稳 定 , 从 而表 现出一 定 的规律 性 。 图 1 为 几个 隧道 中喷射 混凝 土初 期支 护基 面局部 表 面形 态 的照片 。在 同一局 部位 置处 混凝 土颗粒 的形 状 、 大小 、 高度和间距基本保持不变 , 这就为喷射混凝 土基 面形 态 的简化 及其表 面 形态模 型 的建立 提供 可能 一J 生。 一 ( a )局部位置 1 ( b )局部位置 2 一 ( c )局 部位置 3 图 1 喷射混凝土基面局部表面形态 1 2 细 观粗 糙度 此处 所提 出 的“ 细 观” 是 一个 相 对 概 念 ( 对 应 于 前 面所 提到 的“ 表 观” 而言
16、) , 而非 真正 尺度 意义 上 的细 观 结 构 。 喷射混凝土基面的表面可能会形成一层由细小水 泥颗粒 组成 的 整 体 面 层 , 见 图 2 ( a ) ; 有 时 也 只 在混 凝 土颗粒间隙中出现 , 见图 2 ( b ) 。这种小颗粒层就形成 细观粗糙度的来源 , 其存在意味着喷射混凝土基 面的 表面积 将在 表观 粗糙 度 的基 础 上被 叠 加 放 大 , 粗糙 度 也 相应 增加 。 一 一 ( a )表层堆积的小颗粒层 f b )大颗粒间隙中的小颗粒 图 2 喷射混凝土表层的细小水泥颗粒 2 喷射混凝土基面 的表面形态模型 根据喷射混凝土基面实际表面形态 的分析, 可以
17、 在简 化 的基础上 提取 其 主要控 制参 数并建 立相 应 的表 面形态 模 型 , 故 此处 分别 建 立 表 观 粗糙 度 和 细 观粗 糙 度这两个层次的模型进行分析 。 2 1表观 粗糙 度模 型 如 前所 述 , 在混凝 土颗 粒 分 布 基本 一 致 的喷射 混 凝土基面局部, 可提取其几个特征值作为表观粗糙度 模型的主要参数 。 ( 1 )单 个 混凝土 颗粒 的尺 寸参数 混 凝土 颗粒 在平 面上 的投影 通常 具有 圆形或 者椭 圆形等有一定规则外形及类 似圆形的特征, 可以将其 简 化为 圆形 , 据此 将单个 混凝 土颗 粒视 为球 缺形状 ( 见 图 3 ) 。在
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