混凝土帆布在溝渠施工中的應(yīng)用

白少博,王瑋琳

(陜西黃河古賢水利樞紐開發(fā)有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

混凝土帆布為浸漬水泥(主要化學(xué)成分為Al2O3，CaO，SiO2，F(xiàn)e2O3)的柔軟布，遇水發(fā)生水合反應(yīng)后即可形成需要的形狀和強(qiáng)度?；炷练疾捎镁垡蚁┖途郾╅L絲編織成的三維纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，含有特殊配方的干混凝土混合料?；炷练紭?gòu)造見圖1，表層采用表面織物和纖維增強(qiáng)材料;中間層由特種三維纖維骨架、水泥、沙等組成，將水泥、沙等固定在紡織纖維骨架中;底層覆有聚氯乙烯(PVC)底襯，可使混凝土帆布具有較好的防水、防火、抗裂和耐久性能?；炷练冀Y(jié)構(gòu)三維間隔織物強(qiáng)化水泥基復(fù)合材料是將纖維和混凝土結(jié)合而成的復(fù)合型功能混凝土，在固化前外觀與普通的毛毯沒有太大不同，因此被稱為“水泥毛毯”，可以緊密地覆蓋任意的結(jié)構(gòu)表面。

圖1 混凝土帆布構(gòu)造

混凝土帆布是英國人Brewin 和Crawford 于2004 年提出的，包括軍隊和受災(zāi)地區(qū)的臨時住宅、灌水等。近年來，國內(nèi)學(xué)者牛建剛等對混凝土帆布進(jìn)行了研究[1]混凝土帆布和CFRP 增強(qiáng)鋼筋混凝土方柱的受力性能的試驗研究結(jié)果表明，隨著混凝土帆布的厚度和層數(shù)的增加，復(fù)合增強(qiáng)柱的負(fù)荷和延展性得到了提高，破壞形態(tài)得到了改善。曹鵬等[2]通過開展拉伸試驗，研究了混凝土帆布拉伸性能。劉慧艷[3]對混凝土帆布抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了測試，通過與常規(guī)材料進(jìn)行比較，研究了混凝土帆布護(hù)坡力學(xué)性能，結(jié)果表明，混凝土帆布能夠滿足邊坡防護(hù)設(shè)計要求，與傳統(tǒng)的膠凝材料相比，混凝土帆布為快速、高效的護(hù)坡施工提供了更合適的解決方案。

混凝土帆布的工程應(yīng)用逐步增加，部分應(yīng)用案例如圖2所示。盧偉東等[4]分析了混凝土帆布在噴射混凝土保護(hù)方面的應(yīng)用，并介紹了混凝土帆布的應(yīng)用前景。孫雪峰等[5]基于混凝土帆布的力學(xué)性能，對混凝土帆布在路面上的應(yīng)用進(jìn)行了初步的研究。李輝等[6]將混凝土帆布應(yīng)用于邊坡防護(hù)與擋土墻中，提出混凝土帆布加筋土結(jié)構(gòu)擋土墻設(shè)計方法。周陽峰等[7]對混凝土帆布材料屬性進(jìn)行了分析，并結(jié)合國外設(shè)計師設(shè)計實踐，總結(jié)了混凝土帆布家具設(shè)計原則，并開展了設(shè)計實踐。

圖2 混凝土帆布的典型應(yīng)用

本文基于已有研究成果，對混凝土帆布在溝渠中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，以期為類似工程提供參考。

1 混凝土帆布在溝渠中的應(yīng)用優(yōu)勢

由于混凝土帆布具有獨(dú)特的構(gòu)造與性能，可有效克服傳統(tǒng)混凝土和噴射混凝土的缺陷，在溝渠中應(yīng)用具有以下優(yōu)勢。

1)施工簡單、快速靈活

混凝土帆布可成卷或散裝供應(yīng)，質(zhì)量為15 kg/m2左右，方便人工裝卸和運(yùn)輸。施工僅需裁剪、鋪設(shè)、搭接及水化成型等步驟，無須使用大型起重機(jī)械。實際應(yīng)用中，施工現(xiàn)場無須借助任何混凝土攪拌設(shè)備，僅需在混凝土帆布上澆水或?qū)⒒炷练冀谒?，便可使混凝土帆布發(fā)生水合反應(yīng)?？筛鶕?jù)不同組分將終凝時間控制為5 min～24 h，滿足不同的使用需求。由于混凝土帆布具有良好的適應(yīng)性和懸垂性，可鋪設(shè)與所覆蓋的基底表面形狀相應(yīng)的形狀(包括雙曲面形狀)?；炷练伎扇我馇懈畈眉舫伤璧某叽绮牧?，并固定到幾乎涵蓋所有類型的基底?；炷练贾械乃嗖粫霈F(xiàn)過度水合問題，無論是在水下環(huán)境還是陸地環(huán)境，只要存在水，均可凝固成型。

2)節(jié)能低碳、環(huán)保經(jīng)濟(jì)

混凝土帆布施工具有低能耗、低碳特點(diǎn)，較傳統(tǒng)的混凝土可節(jié)約90 %以上的材料，這在一定程度上降低了二氧化碳排放量?；炷练季哂袎A含量低、表面抗沖刷性能強(qiáng)、耐化學(xué)性良好等特點(diǎn)，對使用地的生態(tài)環(huán)境的影響小。使用混凝土帆布時，在開挖完成的基礎(chǔ)上依次進(jìn)行鋪裝、固定、澆水工序，施工進(jìn)度快，可節(jié)約大量材料、人工、養(yǎng)護(hù)和運(yùn)輸?shù)瘸杀?，并縮短60%以上的工期。

3)性能卓越、耐久性好

混凝土帆布產(chǎn)品可實現(xiàn)工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可進(jìn)行更有效的質(zhì)量控制。同時，混凝土帆布具有良好的耐壓、拉伸阻力、彎曲阻力和剪切阻力性能，纖維增強(qiáng)可以防止裂紋，有效吸收沖擊能量。3 mm 厚的混凝土帆布相當(dāng)于300 mm 厚的壓實土層，具有良好的防止?jié)B透、耐化學(xué)腐蝕、阻燃性。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 施工機(jī)具

將混凝土帆布應(yīng)用于溝渠中時，需使用的施工機(jī)具包括鋼卷尺、鋼釬、木錘、鐵錘、抹刀、電動螺絲刀(或射釘槍)、剪刀、運(yùn)水噴水設(shè)備、水桶、方頭鐵鏟、圓頭鐵鏟、切割機(jī)、滾筒、安全防護(hù)用品等。

2.2 施工材料

施工材料使用寬2，4 m的混凝土帆布，標(biāo)準(zhǔn)分為標(biāo)準(zhǔn)卷(長度3 m，4 m，5 m)、非標(biāo)準(zhǔn)卷和散裝卷(長度5 m～30 m)，根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)囊?guī)格。

施工輔材包括 5 mm×38 mm 不銹鋼螺絲釘或 3.3 mm×38 mm 射釘、由螺紋鋼制成的錨釘(90°直角和U 形錨釘，見圖3)。錨定進(jìn)行防銹處理，根據(jù)實際施工條件選擇相應(yīng)的施工輔助材料標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

圖3 錨釘示意圖

表1 溝渠施工輔材規(guī)格及不同地質(zhì)條件下的選用

2.3 施工流程

2.3.1溝的挖掘和整平

首先進(jìn)行測量，然后開挖溝渠，并設(shè)置排水坡度，使水流自上游順暢流入下游。溝渠開挖完成后需及時清理，并按照設(shè)計要求尺寸掛線，對溝渠各面進(jìn)行平整，復(fù)測尺寸(見圖4)。溝渠沿兩邊下挖100 mm，留作混凝土帆布邊緣壓邊區(qū)域。應(yīng)保證溝渠外觀質(zhì)量符合設(shè)計要求，對邊坡溝槽進(jìn)行清理，并按照地形地勢施工順坡，要求兩側(cè)平整、無凹凸，要求坡頂線順滑、平直，原則上溝渠內(nèi)、坡面上不得存在空洞或虛土。鋪設(shè)混凝土帆布前，應(yīng)對水害位置進(jìn)行夯實處理，清除溝渠內(nèi)樹根、雜草、片石等雜物，必要時使用三七灰土進(jìn)行夯實處理，也可在注漿加固后進(jìn)行封閉，要求處理后的部位具有較好的穩(wěn)定性。

圖4 溝渠掛線及修整

基底應(yīng)充分夯實，建議測量方法為用 12 mm 鋼釬，用30 kg 壓力，插入土體<5 cm。溝底與溝側(cè)面要求平整，溝截面尺寸偏差宜≤50 mm?；渍教幚砗蟮钠秸瓤捎? m弦繩測量，平均矢度≤20 mm。

2.3.2混凝土帆布鋪設(shè)

溝渠基底驗收合格后鋪設(shè)混凝土帆布，鋪設(shè)前注意去除尖銳雜物。在運(yùn)輸條件允許的情況下，應(yīng)盡可能地選用寬幅混凝土帆布，以減少接縫。

混凝土帆布可使用基本的手工工具切割。由于材料中的粉塵會使刀片變鈍，因此建議增加刀片更換頻率。對于大型工程，可使用砂輪機(jī)。鋪設(shè)方式可采用人工鋪設(shè)(一般需2名施工人員)，也可采用起重機(jī)鋪設(shè)(一般需3 名工作人員)。根據(jù)工程內(nèi)容選擇合適的鋪設(shè)方式。

自下游向上游沿著順?biāo)鞣较蛑苯釉跍锨?nèi)縱向或橫向鋪設(shè)混凝土帆布，2 塊混凝土帆布之間搭接長度為100 mm，誤差控制在20 mm 以內(nèi)。搭接處采用錨釘和螺釘固定，根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)實際情況選取合適的錨釘長度。凍脹及松軟黃土地區(qū)吊溝錨釘間距為400 mm，其他土質(zhì)地區(qū)錨釘間距為500 mm。根據(jù)工程需要，對混凝土帆布進(jìn)行剪裁與拼接，拐彎處的曲面需用木錘錘擊、夯實。

為保證溝渠基底與混凝土帆布結(jié)合牢固，使用90°直角錨釘或U 形錨釘對混凝土帆布進(jìn)行固定。根據(jù)土質(zhì)情況確定錨定的長度和間隔。必須采取封閉措施，防止雨水滲入混凝土帆布下形成暗流。上部留有100 mm～200 mm 的平坦鋪路，用作邊緣的固定和關(guān)閉措施，使用錨釘將混凝土帆布的邊緣沿溝固定，用錘子固定，防止彎曲要求整體平整光滑，并使用黏土、砂漿或混凝土等覆蓋≥100 mm 的長度。當(dāng)遇地下電纜時，應(yīng)錯開位置或選用短錨釘。

陡峭山坡上天溝溝沿處理方法為:在山坡面利用鎬或尖銳工具掏挖100 mm～150 mm，將混凝土帆布邊沿塞入山體內(nèi)部100 mm～150 mm，并用錨釘固定，用泥土填埋夯實，其他鋪設(shè)技術(shù)與一般溝渠相同。當(dāng)遇喇叭溝口時，需選用幅寬更大的混凝土帆布進(jìn)行橫鋪，用剪刀或刻刀將邊緣裁剪整齊，并用錨釘固定，防止雨水滲入混凝土帆布下形成暗流。

混凝土帆布搭接需要的工具包括電動手電鉆、錘子、螺絲、鉗子、膨脹螺栓、壓條等，當(dāng)對抗?jié)B有要求時，需要的工具還包括熱焊機(jī)、密封膠和砂漿等，根據(jù)工程需求選擇合適的搭接方式。溝渠施工過程中，在相鄰2 塊混凝土帆布疊壓處，沿溝渠橫向開挖深度為混凝土帆布1 倍厚度、寬度為100 mm 的凹槽，將疊壓處的混凝土帆布置于該凹槽內(nèi)，并錘平。沿水流方向，上片混凝土帆布疊壓下片混凝土帆布，疊壓長度≥100 mm。使用專用特種膠黏結(jié)粘貼混凝土帆布接縫，或采用高強(qiáng)度砂漿進(jìn)行灌縫處理，在接縫處均勻涂抹密封膠，涂抹寬度為5 mm～8 mm，連接部位強(qiáng)度不低于材料本體強(qiáng)度，并用 5 mm×38 mm 不銹鋼螺絲釘將2 片混凝土帆布進(jìn)行連接固定。混凝土帆布搭接處理見圖5。

圖5 混凝土帆布搭接處理

2.3.3澆水固化

澆水固化前，應(yīng)對鋪設(shè)完成的混凝土帆布進(jìn)行整體檢查與驗收，保證混凝土帆布表面貼合牢固、連接穩(wěn)固，驗收合格后方可澆水固化。固化用水為雨水、污水或海水均可，但水中不能含油脂，極端污水的使用應(yīng)經(jīng)技術(shù)人員進(jìn)行評估確認(rèn)。澆水固化工具包括軟管、水泵和噴頭等，以10 mm 厚材料規(guī)格為例，澆水量≥9 kg/m2。在未控制澆水量的情況下，采用寧多勿少的澆水原則。自溝渠邊沿向中間均勻灑水，宜采用噴灑的方式一次性澆透，至混凝土帆布顏色變深，并以手指按壓滲水時為準(zhǔn)，不得澆水不足，避免影響材料凝固。進(jìn)行流量控制時，參考4000 mL/min 的速度，混凝土帆布的顏色變深，用水澆到大面的變色均勻為止，確認(rèn)水是否滲透。不應(yīng)使用壓力大的水柱澆水，否則會沖出混凝土帆布中的凝膠化材料，而影響施工質(zhì)量，使用霧化噴嘴的效果最好。常溫下澆水完成后，應(yīng)禁止立即拖布、堆放重物或行人。澆水約2 h 后開始凝結(jié)，24 h 內(nèi)可硬化至80%的設(shè)計強(qiáng)度?？砂凑沼脩舻奶厥庖?，采用特殊配合比，以達(dá)到延遲凝固或快速凝固的目的。凝結(jié)時間受環(huán)境的影響較大，當(dāng)遇高溫大風(fēng)天氣或垂直陡峭坡面時，應(yīng)及時補(bǔ)水。當(dāng)氣溫＜5 ℃時，應(yīng)采取保溫措施;當(dāng)晝夜平均氣溫>30℃時，澆水完成后，宜在表面立即覆蓋塑料膜或土工布等材料，并灑水保濕養(yǎng)護(hù)>3 d。

2.3.4刷漿

為確保工程質(zhì)量，延長工程壽命，可在混凝土帆布表面涂刷1 層水泥漿(水泥與水質(zhì)量比為 1∶3～1∶4)。刷漿前，混凝土帆布表面宜為濕潤狀態(tài)，應(yīng)在水澆透后立即涂刷。刷漿應(yīng)均勻，并保持厚度統(tǒng)一，不得出現(xiàn)漏刷、少刷現(xiàn)象。漿料工具宜采用刷漆的程序拉力，可將油桶綁在棒上，增加工作半徑。施工人員應(yīng)沿著溝渠向外涂抹，禁止站在溝內(nèi)涂敷，以免影響施工質(zhì)量。刷漿后的溝渠見圖6。

圖6 刷漿后的溝渠

3 施工注意事項

1)混凝土帆布鋪設(shè)及安裝應(yīng)符合施工、設(shè)計要求，且穩(wěn)固牢靠，接縫嚴(yán)密，平整美觀。

2)當(dāng)施工現(xiàn)場晝夜平均氣溫連續(xù)5 d 低于5℃或最低氣溫低于0℃時，應(yīng)確定進(jìn)入冬期施工，并采取相應(yīng)措施。

3)混凝土帆布材料強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的60%時，不得使其受凍。浸水凍融條件下的混凝土帆布材料開始受凍時，不得小于設(shè)計強(qiáng)度的80%。

4)錨釘間距施工誤差為±5 cm，螺絲釘間距施工誤差為±2 cm。不得少釘、漏釘，且應(yīng)釘牢。

5)排水孔PVC 泄水管按2 m×2 m 梅花狀布設(shè)，不得遺漏，且安裝牢固。

6)混凝土帆布材料強(qiáng)度達(dá)10.0 MPa 后，方可承受人員及輕型施工機(jī)械荷載。

7)混凝土帆布澆水后至形成最終強(qiáng)度前，不得敲打、強(qiáng)拉;不能尖銳地敲打混凝土帆布材料。四結(jié)混凝土帆布適于水利、生態(tài)工程的滲透控制、水土保持和防護(hù)，具有與傳統(tǒng)混凝土和噴射混凝土不同的優(yōu)越性，使用簡便、快速凝固成型，環(huán)境友好，應(yīng)用靈活，材料強(qiáng)度高，長期耐用具有良好的防水和防火特性等

已在排水溝、邊坡防護(hù)、路肩封閉等工程中得到大量應(yīng)用，并在河湖水系治理、防洪搶險帳篷搭設(shè)、防洪搶險道路鋪設(shè)、橋墩防撞防護(hù)、立交積水整治、道床翻漿整治、山體防水土流失防護(hù)等方面得到積極探索。本文對混凝土帆布在溝渠中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，詳細(xì)闡述了關(guān)鍵施工技術(shù)與工藝流程，并提出7 點(diǎn)施工注意事項，以期為類似工程提供參考。本研究僅側(cè)重于溝渠工程，混凝土帆布在其他領(lǐng)域的應(yīng)用價值將不斷得到肯定，并將體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。