噴射混凝土在百花灘3#隧道工程中的應(yīng)用
2005-08-31 00:00
[摘要] 參照常規(guī)混凝土試驗(yàn)方法進(jìn)行室內(nèi)試拌、現(xiàn)場(chǎng)成型進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，同時(shí)采用摻入泵送劑的技術(shù)可以較好地獲得施工質(zhì)量和節(jié)約成本。
[關(guān)鍵詞] 配合比設(shè)計(jì) 干噴混凝土 泵送劑
[關(guān)鍵詞] 配合比設(shè)計(jì) 干噴混凝土 泵送劑
1、工程概況
百花灘3#隧道位于廣西自治區(qū)賀州市昭平縣境內(nèi)百花灘水電站附近，是桂林至梧州高速公路全線最長(zhǎng)的隧道，也是重點(diǎn)控制工程。分離式隧道左右線分別為2467.5m、2393.5m，隧道通過(guò)地段斷層、褶皺、節(jié)理發(fā)育，整個(gè)隧道按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用柔性初期支護(hù)體系，即以錨桿、噴射砼、格柵鋼架、工字鋼架、超前導(dǎo)管高壓預(yù)注漿、超前預(yù)支護(hù)等為初期支護(hù)。
2、噴射砼工藝的選擇
噴射砼是使用噴射機(jī)，按一定的混合順序，將摻有速凝劑的砼拌合料與高壓水混合，噴射至巖壁表面上，并迅速凝結(jié)成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而對(duì)圍巖起到支護(hù)作用。
2.1干噴法
用攪拌機(jī)將骨料和水泥預(yù)拌好，在現(xiàn)場(chǎng)摻入速凝劑投入噴射機(jī)內(nèi)，用壓縮空氣使干混合料在軟管內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，壓送至噴槍，在噴頭處與高壓水混合，以較高速度噴射至巖面上。干噴產(chǎn)生的水泥與砂粉塵較大，回彈量也較大，水灰比的控制直接決定于操作手的熟練程度，但使用機(jī)械原理較簡(jiǎn)單，故障處理、清洗比較容易。
2.2濕噴法
將骨料、水泥和水按施工配合比拌合均勻，用罐車直接將砼投入濕噴機(jī)喂料口內(nèi)，直接將其壓送到噴頭處，在噴頭處添加速凝劑后噴射至巖壁上。
顯而易見(jiàn)，采用濕噴法的噴射砼的質(zhì)量較容易控制，產(chǎn)生的粉塵和回彈量較少，是當(dāng)前發(fā)展、推廣應(yīng)用的噴射工藝，但對(duì)機(jī)械要求較高，維護(hù)、清洗較為困難，施工成本投入較大。
2.3本工程因地制宜，選擇適合的工藝方法
該隧道通過(guò)地段斷層、褶皺、節(jié)理發(fā)育，圍巖破碎，現(xiàn)場(chǎng)采用上下臺(tái)階分部開挖，挖后迅速進(jìn)行初期支護(hù)，初期支護(hù)緊跟掌子面，由于進(jìn)尺短，每次噴射砼量不是很大且地處南方多雨加之?dāng)鄬拥拇嬖谑┕r(shí)多滲水，綜合考慮施工仍采用較為傳統(tǒng)的干噴法。
3、此次試驗(yàn)噴射砼研究的目標(biāo)和措施
3.1試驗(yàn)噴射砼研究的目標(biāo)
綜上所述，如何使用存在很多不足之處的干噴法，而要盡量避免粉塵大、回彈量、人為因素較大、質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題必然成為此次噴射砼試驗(yàn)的目標(biāo)。
3.2預(yù)防措施
3.2.1可以通過(guò)配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法即提高砂率、采取一種新型的配合比設(shè)計(jì)方法來(lái)減少砼的回彈量和質(zhì)量不穩(wěn)定的弊病。
3.2.2 在滿足質(zhì)量的前提下減少水泥的用量有效解決因水泥用量過(guò)大引起的干縮，減少用水量，提高噴射砼的抗?jié)B能力等。
3.2.3對(duì)操作工人進(jìn)行崗前培訓(xùn)，讓他們了解現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)該注意的有關(guān)注意事項(xiàng)，將人為操作的因素而導(dǎo)致的質(zhì)量不穩(wěn)定減小到最小程度。
4、配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)
4.1配合比設(shè)計(jì)方法
噴射砼由于摻入了速凝劑后瞬間凝固，試驗(yàn)工作無(wú)法與常規(guī)砼一樣在室內(nèi)進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)，我們解決的辦法是首先在室內(nèi)速凝劑添加前進(jìn)行砼的配合比設(shè)計(jì)，并按常規(guī)方法調(diào)整砼的坍落度后，然后在現(xiàn)場(chǎng)噴大板成型試件進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)。一般濕噴機(jī)適宜噴射砼的坍落度為60~180mm，在本次試驗(yàn)中考慮到人為操作而導(dǎo)致水灰比變化的影響，室內(nèi)試拌時(shí)坍落度設(shè)計(jì)為130~150mm。
4.2配合比選用的原材料
水泥——廣西魚峰水泥股份有限公司產(chǎn)“魚峰”牌P.O42.5水泥，細(xì)度2.3%，初凝時(shí)間2h40min終凝時(shí)間3h48min，28d抗折強(qiáng)度8.5Mpa，28d抗壓強(qiáng)度49.8Mpa。
砂子——廣西昭平縣馬江砂場(chǎng)，細(xì)度模數(shù)為2.9，屬中砂偏粗，表觀密度2.646g/cm3，含泥量1.2%。
石子——廣西鐘山縣鯉魚山石場(chǎng)產(chǎn)5~10mm石灰?guī)r碎石，表觀密度2.655g/cm3，含泥量0.9%，針片狀0.8%，壓碎值9.6%。
速凝劑——湖南冷水江市銻都水泥外加劑廠產(chǎn)“金星—Ⅰ”速凝劑，推薦摻量為3~6%，實(shí)際摻量為4%。
泵送劑——山西黃騰化工有限公司產(chǎn)“HZ—4”泵送劑，建議摻量為0.6~1.0%，實(shí)際摻量為0.6%。
4.3一般的噴射砼是粗骨料、水泥、水和速凝劑組成的。我們首先設(shè)計(jì)配合比，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：
表1 不摻泵送劑噴射砼力學(xué)性能成果表
|
項(xiàng)目
序號(hào) |
水灰比 |
砂率（%） |
砼材料用量（Kg/m3） |
7d抗壓強(qiáng)度（MPa） |
28d抗壓強(qiáng)度（MPa） | |||
|
水泥P.O42.5 |
砂 |
5~10mm碎石 |
速凝劑 | |||||
|
1 |
0.46 |
50 |
450 |
809 |
809 |
18.00 |
21.3 |
28.8 |
|
2 |
0.44 |
50 |
470 |
802 |
802 |
18.80 |
25.6 |
33.7 |
|
3 |
0.42 |
50 |
493 |
792 |
792 |
19.72 |
32.6 |
39.1 |
從表1來(lái)看，第2組 配合比符合C25的要求，但是水泥用量太高，容易引起砼的干縮，同時(shí)用水量也較大，過(guò)多的拌和用水才能保持較好的工作性，但水泥的水化作用所需用水遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際用水量，空隙主要來(lái)自于拌和用水過(guò)多而產(chǎn)生的凝膠孔與毛細(xì)孔，所以抗?jié)B能力不好，且成本比較高。
為了解決以上存在的諸多問(wèn)題，我們緊接著在以上配合比的基礎(chǔ)上加入了泵送劑又做了一組配合比試驗(yàn)，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：
表2 摻泵送劑噴射砼力學(xué)性能成果表
|
項(xiàng)目
序號(hào) |
水灰比 |
砂率（%） |
砼材料用量（Kg/m3） |
7d抗壓強(qiáng)度（MPa） |
28d抗壓強(qiáng)度（MPa） | ||||
|
水泥P.O42.5 |
砂 |
5~10mm碎石 |
速凝劑 |
泵送劑 | |||||
|
1 |
0.46 |
50 |
407 |
836 |
836 |
16.28 |
2.44 |
23.0 |
28.2 |
|
2 |
0.44 |
50 |
425 |
834 |
834 |
17.00 |
2.55 |
25.3 |
34.1 |
|
3 |
0.42 |
50 |
445 |
829 |
829 |
17.80 |
2.67 |
32.8 |
38.9 |
從表1、表2對(duì)比來(lái)觀察，水灰比0.44的二個(gè)不同配合比均能滿足設(shè)計(jì)為C25噴射砼（試配強(qiáng)度為33.2Mpa）的試配要求，相比之下第2個(gè)配合比水泥、水用量明顯減少，由此引起的砼干縮、抗?jié)B性能迎刃而解，更主要是成本明顯降低。據(jù)了解泵送劑到工地價(jià)為4600元/噸，P.O42.5水泥到工地價(jià)為430元/噸，如用第二個(gè)配合比每方砼可以節(jié)約7.62元，效益是很可觀的。
5、降低粉塵、回彈量的有效措施：
5.1噴射長(zhǎng)度不宜超過(guò)6m，并嚴(yán)格按先墻后拱，先下后上的順序，以減少砼因重力作用而引起滑脫現(xiàn)象的發(fā)生。
5.2掌握好噴嘴與受噴巖面的距離和角度，距離最好為0.8~1.2m，噴嘴與巖面垂直，并稍微偏向剛噴的部位，凹陷處應(yīng)先噴和多噴，凸出處應(yīng)后噴和少噴。
5.3噴射時(shí)用螺旋形或S形往返移動(dòng)前進(jìn)，調(diào)節(jié)好風(fēng)壓和水壓，水壓應(yīng)稍高于風(fēng)壓。
正是由于注意了以上事項(xiàng)，現(xiàn)場(chǎng)噴層表面平整光滑，很少有干斑和滑移流淌現(xiàn)象，粉塵和回彈量明顯降低。
6、結(jié)論
由于我們采用了室內(nèi)試拌確定工作性，現(xiàn)場(chǎng)成型確保強(qiáng)度、施工注意事項(xiàng)及摻加泵送劑的技術(shù)優(yōu)化配合比等有效措施，取得了節(jié)約成本，改善了施工條件的方面的目的。
這次試驗(yàn)是一次新的嘗試，如何利用傳統(tǒng)的干噴法進(jìn)行進(jìn)行噴射砼的配合比設(shè)計(jì)并使得試驗(yàn)結(jié)果最大可能接近施工結(jié)果，有效降低了干噴法普遍存在的粉塵大、回彈大、人為因素較大、質(zhì)量難以穩(wěn)定等方面的缺點(diǎn)。
【參考文獻(xiàn)】
《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》 GB/T50080—2002
《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》 GB/T50081—2002
《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》 GB50086—2001
《噴射混凝土用速凝劑》 JC477—92
《公路隧道施工》 人民交通出版社
《公路工程試驗(yàn)工程師手冊(cè)》 人民交通出版社
編輯：
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投稿：news@ccement.com
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