纖維加筋混凝土在深厚軟弱地基渠道中應(yīng)用

冀 超

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 晉中 030002）

0 引言

混凝土渠道為重要調(diào)水輸水水利基礎(chǔ)設(shè)施，具有重要的農(nóng)業(yè)建設(shè)及水資源調(diào)控意義，由于水力滲透對(duì)混凝土渠道的抗裂性及防滲性提出較高的要求。目前，常用的水利渠道防護(hù)措施主要為混凝土襯砌，通過(guò)對(duì)水利渠道進(jìn)行混凝土襯砌，一方面混凝土襯砌可以減少輸水過(guò)程中水的滲漏，確保水利設(shè)施正常運(yùn)營(yíng)；另一方面，混凝土襯砌可以實(shí)現(xiàn)對(duì)臨水面渠道坡體的保護(hù)，降低水流對(duì)渠道的沖刷，同時(shí)，混凝土襯砌渠道底部水生植物較少，降低泥沙等的淤積，從而提高渠道的能力[1-3]。目前常用的渠道襯砌材料主要包括混凝土類(lèi)、鋪設(shè)式薄膜類(lèi)。石板類(lèi)以及水泥土等相關(guān)材料，不同渠道襯砌材料對(duì)渠道的抗?jié)B及抗裂性能具有不同程度的影響[4-5]。無(wú)論是從渠道的抗?jié)B性能、抗裂性能方面考慮，還是渠道的抗浮性以及抗凍性能方面考慮，混凝土類(lèi)襯砌對(duì)渠道的防滲抗裂及耐久性都具有良好的適應(yīng)性，并且混凝土工藝日趨成熟，也是我國(guó)工程領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的襯砌形式，傳統(tǒng)的混凝土襯砌抗裂性、抵抗水流沖刷的能力較弱。因此，對(duì)于摻加不同材料對(duì)混凝土相關(guān)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改性，常見(jiàn)的摻加材料主要包括橡膠顆粒、聚丙烯纖維、粉煤灰、?；⒅轭w粒等，但現(xiàn)有的加筋混凝土的強(qiáng)度性能還需要進(jìn)一步提高，尤其是對(duì)最優(yōu)摻量、混凝土的養(yǎng)護(hù)方式以及適當(dāng)?shù)氖┕し椒?、施工工藝的選擇。由于混凝土渠道的輸水及賦存環(huán)境的特殊性，對(duì)混凝土的工程應(yīng)用性質(zhì)的研究還應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)[6-10]。

加筋混凝土是將玄武巖纖維按照一定的比例摻加到混凝土中，提高混凝土強(qiáng)度等相關(guān)力學(xué)特性的一種新型混凝土材料。由于混凝土渠道對(duì)混凝土的抗裂性能具有較高要求，根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)不同摻量的玄武巖纖維加筋混凝土的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行研究，并將其應(yīng)用到具體混凝土渠道工程。

1 玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

1.1 玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方案

玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)原材料包括水泥、細(xì)骨料河砂、粗骨料碎石、玄武巖纖維以及減水劑等外加劑。水泥選用PO 42.5級(jí)水泥，細(xì)骨料河砂細(xì)度模數(shù)為2.5的普通河砂，粗骨料碎石級(jí)配為5～20 mm，玄武巖纖維基本指標(biāo)：直徑15 μm、長(zhǎng)度16 mm、彈性模量可達(dá)95.0 GPa、抗拉強(qiáng)度可達(dá)4.50 GPa。試驗(yàn)設(shè)計(jì)4種玄武巖纖維加筋混凝土配合比，分別為0.05%、0.10%、0.20%、0.25%、0.30%，普通混凝土配合比為水泥、細(xì)骨料、粗骨料的比值為1∶1.65∶2.80，混凝土養(yǎng)護(hù)齡期為28 d。將養(yǎng)護(hù)好的混凝土試件按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）開(kāi)展試驗(yàn)，分別得到不同玄武巖纖維摻量條件下抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)。

1.2 玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方案，得到不同玄武巖纖維摻量條件下抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度結(jié)果，如表1所示。

表1 玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表1玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)玄武巖纖維摻量0.25%以?xún)?nèi)，隨著玄武巖纖維摻量的增加，抗壓強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度均逐漸增大，相較于無(wú)玄武巖纖維摻量的普通混凝土，當(dāng)玄武巖纖維摻量w=0.25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度的增大幅度分別為8.83%、25.0%、30.0%?？箟簭?qiáng)度變化幅度較小，混凝土抗折強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度逐漸增大，意味著玄武巖纖維摻加能夠提高混凝土的韌性及抗裂性，能夠改善和填充混凝土內(nèi)部孔隙。根據(jù)圖1玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律，當(dāng)玄武巖纖維摻量w＞0.25%時(shí)，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)降低，玄武巖纖維摻量越高，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部連接不連續(xù)，引起混凝土強(qiáng)度的降低。

2 渠道襯砌裂縫觀(guān)測(cè)結(jié)果

觀(guān)測(cè)渠道東西走向，渠道長(zhǎng)度為752 m，周?chē)馏w分布為平均厚度1.50 m的軟弱土層，選取渠道全長(zhǎng)的中間地段為觀(guān)測(cè)點(diǎn)，渠道橫斷面如圖2所示。

圖1 玄武巖纖維加筋混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律

混凝土襯砌渠道采用玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板，厚度為6 cm，水流方向?yàn)榘彘L(zhǎng)設(shè)置成3 m，逆水流方向?yàn)榘鍖捲O(shè)置成3.40 m。為對(duì)比玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板的襯砌效果，以原有普通混凝土段的裂縫觀(guān)測(cè)資料為參照，結(jié)果如表2所示，表中列舉2組普通混凝土裂縫觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)DZ-1、DZ-2作為對(duì)照組，6組玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板觀(guān)測(cè)組GC-1、GC-2、GC-3、GC-4 GC-5、GC-6。

表2 玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板裂縫情況統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表2玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板裂縫情況統(tǒng)計(jì)可以得到，一方面從裂縫總條數(shù)角度，玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板裂縫總條數(shù)總是小于普通混凝土裂縫總條數(shù)，玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板抗裂性較好；另一方面，玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板裂縫長(zhǎng)度主要集中于L＜20 cm范圍內(nèi)，裂縫長(zhǎng)度較短。通過(guò)以上分析，可以得到玄武巖纖維加筋混凝土襯砌板抗裂性能明顯優(yōu)于普通混凝土，對(duì)于水利渠道的維護(hù)具有良好的意義。

3 結(jié)論

玄武巖纖維加筋混凝土具有良好的韌性和抗裂性能，作為對(duì)水利渠道的襯砌結(jié)構(gòu)能夠抵抗水流沖刷等外部作用，主要得到以下研究結(jié)論：

（1）通過(guò)摻加玄武巖纖維能夠提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度等力學(xué)強(qiáng)度，并且存在最優(yōu)玄武巖纖維摻量，當(dāng)玄武巖纖維摻量w=0.25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度的增大幅度分別為8.83%、25.0%、30.0%玄武巖纖維摻加能夠有效提高混凝土的韌性和抗裂性；

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)玄武巖纖維混凝土襯砌板裂縫觀(guān)測(cè)情況，得到玄武巖纖維混凝土顯著提高深厚軟弱地基渠道抗裂性能，減少水流滲漏，具有良好的應(yīng)用前景。