噴射納米仿鋼纖維混凝土施工工法

王秋波，范志軍

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東118000）

0 引 言

噴射納米仿鋼纖維混凝土主要是由于納米外加劑的化學(xué)活性比水泥高1～3 倍，其摻入水泥后，加快了水泥的誘導(dǎo)期和加速其的水化反映，使汽-液-固三相通過飽和度達(dá)到相應(yīng)的濃度梯度，改善了水泥凝固的三維結(jié)構(gòu)，增加混凝土的粘結(jié)力；同時由于其比重和顆粒均比水泥少，改善了混凝土的堆積密度，既減表面水又減間隙水，使膠團(tuán)產(chǎn)生反復(fù)聚合作用。且仿鋼纖維在混凝土中具有很好的分散性，與水泥基材料有很高的界面粘結(jié)力，從而使噴射混凝土性能大大提高。噴射納米仿鋼纖維混凝土還未被水電工程中廣泛應(yīng)用，通過查閱納米噴射混凝土資料，也僅在錦屏二級水電站引水隧洞中采用過，下文依托溧陽抽水蓄能電站噴射納米仿鋼纖維混凝土的施工實例，介紹塌方段及富水段噴射納米仿鋼纖維混凝土施工一套成熟的工法。

1 方法簡介

噴射納米仿鋼纖維混凝土施工方法的特點：保證了地質(zhì)圍巖差的洞室開挖及支護(hù)的正常施工，保證施工進(jìn)度及其質(zhì)量；成功解決了復(fù)雜地質(zhì)條件及圍巖差易塌方及滲水段難施工的施工難題；為進(jìn)一步的施工提供安全環(huán)境；施工質(zhì)量好，噴射后作業(yè)面光滑，且滲水迅速被封閉。其適用于水利水電工程中地質(zhì)條件差、地下水豐富，常發(fā)生塌方現(xiàn)象的地段施工。

噴射納米仿鋼纖維混凝土主要是掌握當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，保證不影響施工進(jìn)度，還要掌握噴射混凝土的基本特性，觀察噴射后效果及回彈料的收集。前期準(zhǔn)備工作，是保障地質(zhì)條件差及地下水豐富的施工地段順利施工的關(guān)鍵，要掌握當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，了解普通鋼纖維噴射混凝土能否滿足工程要求；做好原材料檢測，掌握各種材料的各項性能，避免由于材料自身原因而影響噴射混凝土的性能；通過現(xiàn)場試驗及時掌握噴射納米仿鋼纖維混凝土能否達(dá)到對塌方段及富水段及時封閉，掌握其凝結(jié)時間、回彈量、一次噴射厚度及噴射納米仿鋼纖維混凝土強(qiáng)度的檢驗。

2 施工工藝

施工原材料為水泥、砂、石、水、速凝劑、仿鋼纖維及納米。設(shè)備有：混凝土攪拌車2 輛、混凝土拌合站1 座及混凝土噴射機(jī)1 臺。

2.1 流 程

流程：確定圍巖類別→準(zhǔn)備原材料及檢測→確定噴射納米仿鋼纖維混凝土配合比→混凝土的拌合、運輸→采用麥斯特聯(lián)合混凝土噴射機(jī)機(jī)械手進(jìn)行噴射施工→收集回彈料及做相關(guān)試驗。

2.2 操作要點

2.2.1 現(xiàn)場圍巖類別及地質(zhì)條件

江蘇溧陽抽水蓄能電站地質(zhì)條件非常復(fù)雜且地下水豐富，普遍為線狀滴水。基巖為志留系茅山組上段第①層、第②層和第③層，以厚層、中厚層巖屑石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及薄層泥巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體以較破碎～完成性差為主，圍巖類別為：Ⅲ類圍巖占8%，Ⅳ類圍巖占67%，Ⅴ類圍巖占25%。

2.2.2 原材準(zhǔn)備及檢測

1）水泥

試驗選用金峰P.O42.5 水泥，試驗依據(jù)GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》進(jìn)行檢驗，所檢驗的各項物理性能均滿足規(guī)范要求。檢測結(jié)果見表1。

2）細(xì)骨料

試驗采用L8 標(biāo)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂進(jìn)行，試驗依據(jù)DL/T5151-2001《水工混凝土砂石試驗規(guī)程》進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)果見表2，細(xì)骨料顆粒級配顆粒級配試驗結(jié)果見表3。

表1 水泥檢驗結(jié)果

表2 細(xì)骨料檢驗結(jié)果

表3 人工砂顆粒級配試驗結(jié)果

3）粗骨料

試驗采用L8 標(biāo)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的人工碎石進(jìn)行，試驗依據(jù)DL/T5151-2001 規(guī)程進(jìn)行檢驗，所檢驗的各項物理性能均滿足DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求，檢驗結(jié)果見表4。

表4 粗骨料檢驗結(jié)果

4）納米外加劑

納米外加劑采用河南省鞏義市宏超建材有限公司生產(chǎn)的跨越2000 型，其試驗結(jié)果均滿足QB/HCNM01-2002的相關(guān)要求，其檢驗結(jié)果見表5。

表5 納米外加劑檢驗結(jié)果

5）液態(tài)速凝劑

液態(tài)速凝劑采用安徽潤安生產(chǎn)的無堿液態(tài)速凝劑RCMG-10C 型，其試驗結(jié)果均滿足JC477-2005《噴射混凝土用速凝劑》的相關(guān)要求。試驗采用金峰牌P.042.5 水泥，檢測結(jié)果見表6。

表6 液態(tài)速凝劑檢驗結(jié)果

6）仿鋼纖維

仿鋼纖維采用深圳海川科技工程有限公司生產(chǎn)的concretepower3000。檢測結(jié)果符合YB/T151-1999《混凝土鋼纖維》的技術(shù)要求，檢測結(jié)果見表7。

表7 仿鋼纖維檢驗結(jié)果

2.3 確定噴射納米仿鋼纖維混凝土配合比

納米材料是一種新型材料，具有增強(qiáng)、減水、坍落度損失較大的特點，減水率高達(dá)31.5%，且無泌水，1 d 抗壓強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度無損失，抗壓強(qiáng)度比均高于高效減水劑的電力標(biāo)準(zhǔn)。該工程現(xiàn)場采用原鋼纖維噴射混凝土CF25 配合比進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后配合比見表8。

表8 CF25 納米仿鋼纖維噴射混凝土配合比kg/m3

2.4 混凝土的拌合及其運輸

混凝土采用生產(chǎn)廠區(qū)的拌合站進(jìn)行拌制，納米及仿鋼纖維材料按照配合比人工添加至提升料斗內(nèi)。投料次序及攪拌時間為：在加纖維前按正常時間（90 s）攪拌混凝土，混凝土攪拌完畢后，在攪拌機(jī)中投入纖維材料，再攪拌30 s。混凝土拌制后，采用混凝土攪拌運輸車運至施工現(xiàn)場。

2.5 噴射混凝土施工

噴射混凝土采用麥斯特聯(lián)合混凝土噴射機(jī)機(jī)械手施工進(jìn)行噴射。噴射施工時噴嘴距噴射部位保持在1.0～1.5 m，當(dāng)噴嘴處于正常距離范圍且向減小控制時，應(yīng)及時降低混凝土輸出量并加快噴嘴移動速度，且盡量與噴射部位保持垂直，但不允許與基面夾角小于45°。噴射時連續(xù)平穩(wěn)地按圓形或橢圓形狀旋轉(zhuǎn)噴射，對預(yù)噴射的部位從一邊向另一邊噴射，每次噴射的厚度在20 cm 左右，從一側(cè)向另一側(cè)間隙3～5 min 循環(huán)噴射。另外，在試噴約0.5 m3料后，開始噴射大板試件進(jìn)行取樣。

2.6 收集回彈料及相關(guān)試驗

2.6.1 收集回彈料

為檢測納米仿鋼纖維噴射混凝土的回彈量，在噴射施工前將施工作業(yè)面整平后，鋪上彩條布進(jìn)行回彈料的收集。噴射結(jié)束后，及時對回彈量進(jìn)行計量。通過對收集回彈料的統(tǒng)計，頂拱的回彈率小于7%，邊墻的回彈率小于3.5%。

1）一次噴射厚度檢測。在噴射納米仿鋼纖維混凝土前將準(zhǔn)備好的鋼筋預(yù)埋件提前固定在粗噴層上，噴射混凝土施工完成時，量取預(yù)埋件，計算一次噴射厚度，厚度為40 cm。

2）強(qiáng)度檢測。在試噴約0.5 m3料后，開始噴射大板試件進(jìn)行取樣。并進(jìn)行試件的1，3，7，28 d 抗壓及抗折強(qiáng)度檢驗，檢驗結(jié)果見表9。

表9 噴納米鋼纖維混凝土抗壓及抗折強(qiáng)度結(jié)果統(tǒng)計

3 質(zhì)量控制

1）建立施工質(zhì)量保證體系，確立管理人員名單，負(fù)責(zé)各工序的組織管理工作；

2）施工機(jī)械設(shè)備組織到位；

3）施工前，技術(shù)人員組織召開專題會議，對試驗人員、施工作業(yè)隊各個工序有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)及工法交底；

4）質(zhì)檢員進(jìn)行全過程質(zhì)量檢查控制與技術(shù)指導(dǎo)、監(jiān)督，填寫質(zhì)量檢查控制表；

5）項目總工程師、質(zhì)檢部部長、技術(shù)部部長、施工隊隊長要對每一循環(huán)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查、總結(jié)。

4 安全環(huán)保措施及效益分析

4.1 安全措施

1）為保證照明安全，必須在各作業(yè)面、道路、生活區(qū)等設(shè)置足夠的照明系統(tǒng)，地下工程照明用電遵守SDJ212-83第10.3.3 條的規(guī)定，在潮濕和易觸電的場所照明供電電壓不大于36 V。施工用電線路按規(guī)定架設(shè)，滿足安全用電要求。

2）因是塌方段及富水段，人員要等圍巖不在繼續(xù)掉落石頭時再進(jìn)入施工現(xiàn)場。

3）每道工序施工完成，經(jīng)過安全檢查合格后，才能進(jìn)入下一道工序的施工。

4）及時觀察圍巖情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告有關(guān)人員，并立即組織施工人員和機(jī)具撤離。

5）項目部成立安全管理小組，針對該工程安全重點由技術(shù)部編制安全技術(shù)措施指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，加強(qiáng)施工現(xiàn)場安全管理工作，科學(xué)組織施工，確保施工安全。

6）對參加噴射納米仿鋼纖維混凝土施工的所有人員，在噴射前由項目部安全部、工程部、物資部組織進(jìn)行安全教育和安全技術(shù)交底。

4.2 環(huán)保措施

1）爆破粉塵及煙氣得到了及時有效的排放；

2）錨噴時所產(chǎn)生的粉塵及廢棄料及時有效的排除。

4.3 效益分析

對于塌方段及富水段施工，確保工程進(jìn)度及工程質(zhì)量是噴錨工程重點。通過噴射納米仿鋼纖維混凝土，能夠迅速封閉塌方段及富水段圍巖，從而提高施工并保證了施工質(zhì)量。

5 應(yīng)用實例

江蘇溧陽抽水蓄能電站總裝機(jī)容量1 500 MW，正常蓄水位291.00 m，死水位254.00 m，調(diào)節(jié)庫容1 195.9 萬m3。

1）1，2號尾水主洞

1 號尾水主洞開挖斷面為圓形，全長1 139.956 m，設(shè)計縱坡為4.85%，洞徑為12 m，襯砌后斷面為10.0 m。2 號主洞長1 226.203 m，設(shè)計縱坡為4.74%。1，2 號尾水主洞地質(zhì)條件非常復(fù)雜且地下水豐富，基巖為志留系茅山組上段第①層、第②層和第③層，以厚層、中厚層巖屑石英砂巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體以較破碎～完成性差為主。圍巖類別為：Ⅲ2 類占10%～15%，Ⅳ類圍巖占60%～65%，Ⅴ類圍巖占25%左右。為了能夠?qū)λ蕉渭案凰渭皶r支護(hù)，該工程采用噴射納米仿鋼纖維混凝土，從而能對施工部位的圍巖進(jìn)行了迅速封閉，混凝土噴射后，噴射作業(yè)面的滲水能被及時止住且一次噴射厚度較常規(guī)噴混凝土明顯增大。

2）1 號施工支洞

隧洞埋深170～300 m，圍巖屬統(tǒng)茅山組上段第1 層～第2 層，圍巖屬弱風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀變化較大，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體完整性較差，圍巖類別主要為Ⅲ～Ⅳ類。該段有F32，F(xiàn)57，F(xiàn)46，F(xiàn)61，F(xiàn)53 等斷層通過，其中F32 規(guī)模最大，斷層走向于洞軸線交角較小，為20°～40°，充填寬度為15～40 m 強(qiáng)烈蝕變的安山巖脈。F57，F(xiàn)46，F(xiàn)61，F(xiàn)53 斷層破碎帶寬度為0.2～1.0 m，主要由碎塊巖、碎裂巖組成，3 條斷層與洞軸線交角大于50°，斷層帶部位圍巖穩(wěn)定性差，屬Ⅴ類。預(yù)測涌水量為300 m3/d。為了能夠?qū)λ蕉渭案凰渭皶r支護(hù)，工程采用噴射納米仿鋼纖維混凝土，從而能對施工部位的圍巖進(jìn)行了迅速封閉，混凝土噴射后，噴射作業(yè)面的滲水能被及時止住且一次噴射厚度較常規(guī)噴混凝土明顯增大。

溧陽項目部利用此法對塌方段及富水段圍巖進(jìn)行施工，不僅能夠?qū)λ蕉渭案凰螄鷰r迅速封閉且噴射混凝土外觀質(zhì)量好，有效地保證了混凝土的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。