文档介绍：钢纤维喷射混凝土在隧道初期支护中的应用
(有限公司;石家庄铁道学院土木工程分院)
/ 管养网
摘要:结合槎路隧道工程实例,介绍在隧道衬砌施工中喷射钢纤维混凝土过程中对钢纤维的技术要求和具体的施工工艺以及所具有的经济效益。
关键词:钢纤维;韧性;干喷;体积率
1 引言
钢纤维混凝土是由水泥、水、中粗砂、骨料、钢纤维及必要时掺入外加剂或掺和料按一定比例配制而成。钢纤维混凝土具有良好的综合力学性能,钢纤维的加入可提高混凝土的强度、韧性及抗裂性,使混凝土的特性由脆性向弹塑性过渡,是目前国内外比较先进的外掺料。钢纤维按材质分为普通碳素钢和不锈钢两种类型,一般多用普通碳素钢钢纤维。钢纤维混凝土自1963年进入实用化阶段以来,在高层建筑、公路路面和桥面机场等工程中得到广泛的应用,不仅提高了结构的使用寿命,而且节约了大量投资。但其在隧道衬砌方面的应用却不多。本文结合黎南复线槎路隧道的施工工艺,对钢纤维混凝土在隧道衬砌方面的应用进行研究介绍。
2 工程概况
黎南复线槎路隧道位于广西壮族自治区南宁市南郊区,隧道起讫里程为DK2+070~DK44-290,全长2 220m。该隧道属于浅埋暗挖隧道,大部分埋深在5~10m 左右,且要穿越超过400m 的公路及房屋建筑。地质为膨胀泥岩、粉砂质泥岩,圆砾土及煤层等;地下水丰富,开挖过程中涌水量较大,且具有溶出型侵蚀性和腐蚀性,施工难度较大。根据工程地质情况及相关要求,在施工时,全隧采用“新奥法”施工工艺,暗洞段采用复合衬砌和复合加强衬砌两种方法。在穿越公路、楼房等建筑物段采用复合加强衬砌,即在初期支护中喷射钢纤维混凝土。
3 喷射钢纤维混凝土
对钢纤维的基本要求
为了达到最佳施工质量及相关要求,在进行喷射钢纤维混凝土施工时,对钢纤维的几何参数及体积率都有具体的要求。
钢纤维的几何参数
钢纤维混凝土的增强效果与钢纤维的长度、直径、长径比有关。钢纤维增强作用随长径比增大而提高。钢纤维长度太短起不到增强作用,太长施工困难,影响拌和质量,直径过细在拌和时易弯折,过粗则在同体积率时,其增强效果差。试验表明,钢纤维长度在15~ 60mm、~、长径比在30~100的范围内选用,其增强效果和施工性能可满足要求。不同的钢纤维混凝土结构中选用的钢纤维不同。详见表1(表中数据由厂
家通过大量试验提供)。
钢纤维的体积率选用范围
钢纤维混凝土中钢纤维的体积率过小,其增强作用较差,%为最小体积率。钢纤维体积率超过2 时,拌和物的和易性变差,施工困难,质量难以保证。确定钢纤维掺入量时根据钢纤维的性能、混凝土结构对增强效果的要求及经济合理的原则选定。结构对增强要求低时可选用低值,结构对增强要求较高时可选用高值。详见表2(表中数据由厂家通过大量试验提供)。
配合比设计及要求
槎路隧道因喷射钢纤维混凝土地段相对分散,同时受机具设备和开挖方法的限制,在施工时均采用干喷法施工。在此就干喷法施工的主要问题进行论述。
配合比设计
槎路隧道初期支护混凝土设计强度为C20混凝土,其理论配合比为:,400kg;中粗砂(河道中),835kg;粗骨料(河卵石)5~ 15mm,835kg;耐腐蚀剂,32kg;钢纤维,80kg。
有关要求
(1)钢纤维参数及掺量:根据采用的喷射机型号,本隧道选用钢纤维类型为ZH一06凸痕型,长度为20mm,,长径比为50,钢纤维体积率为1% ,约每立方混凝土8Okg。
(2)水泥:,钢纤维混凝土中水泥用量较大,一般为36O~450kg/m。
(3)细骨料:采用硬质、洁净的中砂为宜,细度模数Mk =~。据经验,天然含水率在5%~7%为宜。
(4)粗骨料:天然河卵石或质地坚硬的人工碎石均可,平均粒径在5-15mm 为宜。
(5)水:只要不含影响水泥正常凝结硬化及对纤维和基体有腐蚀作用(pH< 4的酸性水和含硫量(按SO3计)超过水量的1% )的有害物质的水均可。
(6)外加剂:槎路隧道整体处于膨胀泥岩和粉砂质泥岩中,泥岩中的水具有侵蚀性和腐蚀性,需加6% ~8% 的耐腐蚀剂。隧道开挖中渗水较大时,为尽快提高混凝土的早期强度,一般按2 %~4%的掺量加入速凝剂。在渗水量不大时,为避免混凝土的后期强度损失过大,速凝剂尽可能少加或不加。
喷射钢纤维混凝土施工
工艺流程
具体步骤见图1。
关键技术
(1)混凝土拌制、存放和运输。钢纤维在拌和料中的分布均匀性,不仅与原材料和搅拌工艺有关,而且受搅拌机械和