鋼纖維混凝土在隧道路面的應(yīng)用

李勁松

桂東縣第二建筑工程公司（423500）

隨著道路運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展,重載車輛比例的增加使路面更早出現(xiàn)龜裂、破損以及斷板等問(wèn)題。為了減少某高速公路重點(diǎn)路段的保養(yǎng)和維修費(fèi)用，提高公路的通行能力，必須采取新的手段和措施。鋼纖維的摻入，改變了混凝土的脆性破壞形態(tài)，提高了混凝土的韌性，從而可以減少混凝土路面裂縫或延緩裂縫的產(chǎn)生。因此采用鋼纖維混凝土作為隧道路面材料具有廣闊的發(fā)展前景。

1 工程概況

某高速公路共設(shè)置了6座隧道,除雞雄山隧道為連拱隧道外,其余均為左右行分離式雙洞四車道高速公路隧道，隧道總長(zhǎng)為5 723.00 m。隧道凈跨寬度11.0 m,凈高6.90 m,其中機(jī)動(dòng)車道為0.5+3.5×2+0.5=8.0 m。設(shè)計(jì)行車速度：80 km/h。

設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽車—超20級(jí)，掛車—120?；鶎訛樨毣炷粒渖蠟?0 cm厚的鋼纖維混凝土路面。

2 施工要求與施工工藝

道路用鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)按照抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行雙控。以抗彎拉強(qiáng)度為主控指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗折斷件的抗壓強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度等級(jí)的參考。隧道路面結(jié)構(gòu)鋼纖維混凝土抗彎拉強(qiáng)度為6.0 MPa。為了保證強(qiáng)度必須對(duì)材料嚴(yán)格控制。

2.1 材料要求

1）鋼纖維表面應(yīng)潔凈無(wú)銹無(wú)油，保證鋼纖維與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度,另外不允許因分散不均而相互粘結(jié)成團(tuán)。尺寸和抗拉強(qiáng)度符合技術(shù)要求。

2）粗骨料粒徑不宜大于20 mm和鋼纖維長(zhǎng)度的2/3。3）宜選用優(yōu)質(zhì)減水劑。

4）水泥、骨料、水、外加劑和混合材料應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。

2.2 拌和料的檢測(cè)

經(jīng)常在拌和機(jī)的出料口檢查拌和料的和易性,是鋼纖維混凝土施工質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié),拌和料的塌落度及粘聚性、保水性有較大波動(dòng)時(shí)，要及時(shí)分析原因并加以解決。檢查新拌混合料中鋼纖維是否分散均勻，有無(wú)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，測(cè)定鋼纖維的體積率及鋼纖維混凝土的容重,以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)加以解決。

2.3 抗折強(qiáng)度

每鋪筑400 m3的鋼纖維混凝土，制作兩組抗折試件（以作7 d和28 d齡期強(qiáng)度試驗(yàn)）,每增鋪1000 m3～2000 m3鋼纖維混凝土，增做1組試件，備作驗(yàn)收或檢查后期強(qiáng)度時(shí)用，試件在現(xiàn)場(chǎng)與路面相同條件下進(jìn)行濕法養(yǎng)護(hù),施工中應(yīng)及時(shí)測(cè)定7 d齡期試件強(qiáng)度,檢查是否達(dá)到28 d齡期強(qiáng)度的70%以上，如達(dá)不到應(yīng)查明原因，采取措施達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

2.4 平整度

除滿足各級(jí)公路路面平整度要求外，從鋼纖維混凝土路面運(yùn)營(yíng)安全性和可靠性考慮，鋼纖維混凝土路面整平后的面板表面10～30 mm深度內(nèi)還應(yīng)保證鋼纖維應(yīng)基本處于平面分布狀態(tài)，不直立、不翹頭，保證路面磨損后裸露的鋼纖維不扎輪胎。

鋼纖維混凝土隧道路面表面與水泥混凝土路面表面在功能要求上大致相同，主要滿足抗滑、耐磨及平整度三項(xiàng)要求。鋼纖維混凝土路面施工也可采用常規(guī)施工方法。但在滿足常規(guī)的施工要求基礎(chǔ)上,還應(yīng)根據(jù)鋼纖維混凝土路面的特點(diǎn)和要求進(jìn)行施工。施工前要嚴(yán)格按照《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》、《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求,結(jié)合試驗(yàn)試鋪情況，將施工操作程序進(jìn)行完善和改進(jìn)，以保證路面的施工質(zhì)量。

3 路基防排水技術(shù)

根據(jù)隧道區(qū)的氣象、水文條件，隧道的防排水設(shè)計(jì)采用以“防、排”為主，“防、排、堵、截”相結(jié)合的綜合治理措施，包括洞口處、襯砌處、路基防排水等，重點(diǎn)是洞內(nèi)路面基層防排水技術(shù)。

3.1 防水措施

洞內(nèi)：在初期支護(hù)與二次支護(hù)間敷設(shè)400 g/m2土工布和EVA塑料防水板組成第一道防水措施，如圖1所示。防水混凝土作為第二道防水措施,要求模筑混凝土的抗?jié)B等級(jí)大于1.2 MPa，并對(duì)施工縫、工作縫、沉降縫作專門的防水處理，同時(shí)在二次襯砌背后每隔5 m左右設(shè)置一環(huán)向盲溝,盲溝與墻腳處設(shè)置的縱向排水管相通，在初期支護(hù)有水地段設(shè)置“Ω”型排水管,將水引入縱向排水管，并在隧道縱向間隔25 m設(shè)一道橫向引水管，將襯砌背后水引入中心排水溝排走，隧道路面水通過(guò)在兩側(cè)設(shè)置的“凹”型水溝排出隧道區(qū)。洞內(nèi)環(huán)向盲溝的位置可根據(jù)實(shí)際地形和洞內(nèi)滲水情況作適當(dāng)調(diào)整，但數(shù)量只準(zhǔn)增加，不得減少。施工縫、工作縫不應(yīng)設(shè)置于有集中流水地段。所有設(shè)置的施工縫均采用中埋式橡膠止水帶止水。

圖1 鋪EVA塑料防水板

3.2 排水措施

隧道內(nèi)路面兩側(cè)設(shè)置了弧形邊溝以排除路面積水。目前，公路隧道排水溝大多采用的是矩形斷面，假設(shè)排水溝的寬度一定,則底部為弧形斷面的排水溝比矩形斷面排水溝的斷面面積要相對(duì)小一些，且弧形斷面對(duì)水流阻力小。當(dāng)隧道中水量一定時(shí),弧形排水溝中的水流速度就比矩形水溝要大一些，利于沖走沉積物，使排水溝保持通暢。為使隧道中的水能及時(shí)排出，排水溝底部建議盡量設(shè)計(jì)成弧形。

3.3 工程施工

1）準(zhǔn)備工作

①防水板在施工前要進(jìn)行張拉、防水以及焊縫的抗拉強(qiáng)度等試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。②初次支護(hù)噴射混凝土的表面以及路面基層要達(dá)到一定的平整度，確?；炷帘砻鏌o(wú)松散材料、無(wú)流水、無(wú)尖銳突物。③鋪設(shè)防水板之前先鋪設(shè)1層土工布，不但能保護(hù)防水板在施工中不被損壞，而且還起到毛細(xì)滲水作用。

2）EVA塑料防水板鋪設(shè)

施工時(shí)先將EVA塑料防水板橫向中線與隧道中線對(duì)齊，同土工布鋪設(shè)一樣由拱頂向兩側(cè)鋪設(shè)，將防水板墊合于塑料墊片上，將搭接處用布擦干凈，打開(kāi)爬焊機(jī)電源開(kāi)關(guān),等溫度指示燈閃亮后方可打開(kāi)行走開(kāi)關(guān)從一側(cè)向另一側(cè)順序焊接,搭接寬度不應(yīng)小于10 cm，采用雙縫焊接，焊縫的總寬度不小于2 cm。

防水板的連接有焊接、粘接2種,不論是焊接還是粘接,要求焊接機(jī)和粘接劑必須與防水板相配套,防水板在粘接或焊接的地方必須干凈、干燥且無(wú)灰塵。防水板的接縫較難施工，為了保證防水板的連接質(zhì)量及防水效果，在防水板的接縫處另加1條寬0.5 m的防水板條加以保護(hù)，對(duì)防水起到較好的效果。但這樣做會(huì)增加防水板的消耗，所以最好的方法莫過(guò)于提高接縫的焊接質(zhì)量。

4 鋼纖維混凝土路面防滑技術(shù)

水泥混凝土路面打滑已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅交通行駛安全的重要問(wèn)題，隧道路面的洞口段尤為明顯。以山西晉城某高速公路隧道水泥混凝土路面事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，在1999年隧道內(nèi)交通事故占全線交通事故總數(shù)的55.6%，因隧道側(cè)滑造成的交通事故占總數(shù)的50%,隧道內(nèi)將近90%的事故是因隧道路口段路面打滑引起的。

目前，我國(guó)常用的宏觀抗滑構(gòu)造技術(shù)主要有兩種：一種是壓紋，另一種是刻槽。由于壓紋技術(shù)主要靠人工，機(jī)械化水平低，防滑效果不很理想，對(duì)防滑要求較高的隧道路面最好采用刻槽技術(shù)。

刻槽又分為橫向刻槽與縱向刻槽,兩者的抗滑性有所差別。當(dāng)刻槽表面積比一定時(shí)，縱向刻槽適合于低速行駛的路面和彎道，而橫向刻槽更適合于高速行駛的路面，它能使路表產(chǎn)生較好的抗滑力，并能有效地保證路面的橫向排水。根據(jù)設(shè)計(jì)車速：80 km/h,梅河高速公路的隧道路面選擇了橫向刻痕,刻槽系數(shù)參照我國(guó)目前采用刻痕技術(shù)成功的路面設(shè)計(jì)，槽寬4 mm、槽深5 mm、構(gòu)造深度0.90 mm、刻槽表面積比18%。

施工中配置了7.5 kW、16片刀頭的刻槽機(jī)4臺(tái)，每臺(tái)刻槽機(jī)根據(jù)隧道電源的間隔距離配相應(yīng)電纜線120 m，專門供水汽車一輛，在正常情況下機(jī)械作業(yè)速度為160 m2/臺(tái)班。施工時(shí)先劃出標(biāo)線或先掛線再施工,機(jī)械操作人員應(yīng)確保橫槽的水平度和質(zhì)量。作業(yè)過(guò)程中,刀頭冷卻用水量較大，需工人專供刻槽機(jī)用水，以盡量提前完成作業(yè)時(shí)間。

為了使刻槽時(shí)不切斷鋼纖維或使鋼纖維外漏,面層成型時(shí)鋼纖維壓入深度應(yīng)超過(guò)刻槽深度,在刻槽完工后對(duì)路面表面抗滑構(gòu)造深度進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果表明：測(cè)量值合格率達(dá)100%。我國(guó)一些公路采用的刻槽系數(shù)如表1。

表1 我國(guó)一些公路采用的刻槽系數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

由于鋼纖維的摻入，改善了混凝土“脆性”，混凝土抗折強(qiáng)度和“韌性”有了較大的提高，可以減少由于車輪動(dòng)載引起的混凝土剝落和起殼,顯著的提高了混凝土抵抗裂縫和抑制裂縫擴(kuò)展的能力，但由于使用了高標(biāo)號(hào)水泥，對(duì)其養(yǎng)護(hù)也提出了更高要求。檢測(cè)結(jié)果表明，鋼纖維混凝土板之間連接和荷載傳遞作用顯著提高，板的整體穩(wěn)定性更好，能有效地減少路面的錯(cuò)臺(tái)和斷板現(xiàn)象。

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