ding钢纤维喷射混凝土在公路隧道中的应用研究(论文)完稿1.doc

钢纤维喷射混凝土在公路隧道中的应用研究 白军灿 王玉艳 黄海涛 中铁十七局集团第五工程有限公司和榆项目 摘要：叙述湿喷钢纤维混凝土配合比试验过程，以及在喷射支护代替二次衬砌混凝土施工中的质量控制要点，尤其是施工工艺的控制；由于加强质量检查，采取现场钻芯检测厚度和强度等措施，从而保证了喷混凝土施工质量。 关键词：钢纤维喷射混凝土；配合比试验；喷射支护；代替二次衬砌混凝土。 概述 1.1 工程概况 和榆高速LJ3合同段内云山隧道位于山西省左权县城东北5公里处，横穿太行山脉西翼的阳曲山东南延，设计为分离式隧道，其附属工程有1#竖井和3#斜井，3#斜井兼做运输通道，辅助正洞开挖。 1竖井与3#斜井其下均有地下风机房与云山隧道正洞相连接，地下风机房洞室较多，洞室群断面形式多，且形状不规则。其垂直埋深200~500m，各段洞室围岩为微风化至新鲜岩体。 在该工程竖井垂直施工地段、大坡度斜井地段、地下风机房多断面洞室处，采取合理的支护手段成为洞室施工的关键。 1.2 钢纤维喷射混凝土的特性及应用 钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土拌和物中掺入适量的优质钢纤维，经过特定的投料顺序和拌和时间拌和后，使钢纤维均匀分布在混凝土中并进行喷射的新型特种混凝土。大量的钢纤维均匀地分布于混凝土中，与混凝土形成较大的接触面，从而使混凝土在抗拉、抗剪、抗弯强度及耐磨、抗冲击、抗裂等性能方面都有较大提高，达到在地下工程中普通混凝土难以满足的技术要求指标。它能充分利用岩体的自身承载能力而又不破坏支护结构，并达到保护围岩的目的，而且施工快捷、安全，工序简便，经济合理。 钢纤维混凝土针对于普通混凝土材料，具有更好的韧性、阻裂性能和变形性能，其应用于隧道支护体系主要表现为可以提高隧道衬砌抵抗剪切破坏的能力，允许围岩有限制的变形。 根据地质条件和设计要求，在竖井、斜井及地下风机房的施工中，采用了湿喷钢纤维混凝土技术与系统锚杆联合支护的形式，有效的利用钢纤维混凝土代替模注混凝土，提高了施工效率，加快了施工进度。 二、钢纤维喷混凝土配合比设计 喷射混凝土与常态混凝土的施工方法不同，配合比的设计方法也不一样。依据锚喷支护施工规范中推荐钢纤维喷射混凝土的灰骨比为1.0（3.0～4.0）、水胶比为0.4～0.45、砂率宜为50%～60%。由于目前喷射混凝土配合比设计尚无相关技术规程，在配合比设计时只能参考《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）及《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2000）中有关规定；当设计龄期为28d 时，抗压强度保证率 95%，对应的概率度系数t值为1.645，混凝土设计强度等级CF30～CF35的标准差δ选用值为5MPa，故CF30钢纤维喷混凝土按式fcu，O= fcu，k+tδ计算，配制强度为38.2MPa。水胶比经试验优选为0.5，硅粉掺量为胶材用量的8%；配合比计算均采用容重法，取喷钢纤维混凝土容重为23.56KN/m3,并最终通过现场试喷结果确定。湿喷混凝土由于在喷嘴处才加入速凝剂，所以，参考和采用部分常态混凝土配合比的设计方法来进行喷混凝土配合比设计的工程实例日愈见多。 三、钢纤维喷混凝土试验 3.1 钢纤维喷混凝土设计技术指标 按设计要求，在室内进行了CF30混凝土配合比的设计及试验，因速凝剂对混凝土后期实际强度的影响，混凝土强度配制时留有一定的富裕(20%)，实际配制强度为45.84MPa。值得介绍的是由于钢纤维、硅灰的加入以及泵送混凝土较大流动度的要求，配合比设计时应采用较大的砂率，建议砂率50％～60％，坍落度控制在(160±20)mm。 抗压强度设计等级为：CF30，钢纤维掺量35kg/m3。 3.2原材料试验检测 钢纤维喷混凝土由胶凝材料（水泥、硅粉）、砂子、碎石、水、外加剂（速凝剂、减水剂）、钢纤维等组成。 3.2.1水泥 采用河北省邯郸市武安新峰水泥厂生产的普通硅酸盐42.5水泥，初、终凝时间分别为133min、223min，3d抗压强度为29MPa，28d抗压强度为50.6MPa，安定性合格，其余检测指标符合水泥国标的相关技术要求。 3.2.2 硅粉 硅粉由于具有极高的活性及确定的填充效应，被广泛用做各类混凝土的掺和料。在喷射混凝土中掺入适量的硅粉，可以改善混凝土的可泵性、粘结强度以及抗碱骨料反应的能力，提高抗渗性及抗硫酸盐能力，减少回弹量。本次试验采用成都绵羊科技有限公司生产的92U微硅粉，其活性指数28d为112%，烧失量2.98%，其他指标均符合规范指标要求。 3.2.3骨料 本次试验细集料选用河北省隆尧临城东关沙场生产的中砂，细度模数为2.8,含泥量为2.1%；粗集料采用左权县蛤蟆滩碎石厂生产的规格为4.75-9.5mm碎石，表观密度为2.64g/cm3，含泥量为0.4%。 3.2.4 外加剂 速凝剂采