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)
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度。混凝土帆布采用聚乙烯和聚丙烯長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。混凝土帆布結(jié)構(gòu)三維間隔織物強化水泥基復(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行了研究[1]混凝土帆布和CFRP 增強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)合增強柱的負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度和抗拉強度進行了測試,通過與常規(guī)材料進行比較,研究了混凝土帆布護坡力學(xué)性能,結(jié)果表明,混凝土帆布能夠滿足邊坡防護設(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)進行總結(jié),以期為類似工程提供參考。
由于混凝土帆布具有獨特的構(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
混凝土帆布施工具有低能耗、低碳特點,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。混凝土帆布具有堿含量低、表面抗沖刷性能強、耐化學(xué)性良好等特點,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)上依次進行鋪裝、固定、澆水工序,施工進度快,可節(jié)約大量材料、人工、養(yǎng)護和運輸?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、標準化生產(chǎn),可進行更有效的質(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。
將混凝土帆布應(yīng)用于溝渠中時,需使用的施工機具包括鋼卷尺、鋼釬、木錘、鐵錘、抹刀、電動螺絲刀(或射釘槍)、剪刀、運水噴水設(shè)備、水桶、方頭鐵鏟、圓頭鐵鏟、切割機、滾筒、安全防護用品等。
施工材料使用寬2,4 m的混凝土帆布,標準分為標準卷(長度3 m,4 m,5 m)、非標準卷和散裝卷(長度5 m~30 m),根據(jù)實際情況選擇適當?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)的施工輔助材料標準,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
2.3.1溝的挖掘和整平
首先進行測量,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行夯實處理,也可在注漿加固后進行封閉,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。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水流方向直接在溝渠內(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。當遇喇叭溝口時,需選用幅寬更大的混凝土帆布進行橫鋪,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,當對抗?jié)B有要求時,需要的工具還包括熱焊機、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,或采用高強度砂漿進行灌縫處理,在接縫處均勻涂抹密封膠,涂抹寬度為5 mm~8 mm,連接部位強度不低于材料本體強度,并用 5 mm×38 mm 不銹鋼螺絲釘將2 片混凝土帆布進行連接固定?;炷练即罱犹幚硪妶D5。
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)人員進行評估確認。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,不得澆水不足,避免影響材料凝固。進行流量控制時,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)計強度??砂凑沼脩舻奶厥庖?,采用特殊配合比,以達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,當遇高溫大風(fēng)天氣或垂直陡峭坡面時,應(yīng)及時補水。當氣溫<5 ℃時,應(yīng)采取保溫措施;當晝夜平均氣溫>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>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
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,接縫嚴密,平整美觀。
2)當施工現(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)確定進入冬期施工,并采取相應(yīng)措施。
3)混凝土帆布材料強度未達到設(shè)計強度的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)混凝土帆布材料強度達10.0 MPa 后,方可承受人員及輕型施工機械荷載。
7)混凝土帆布澆水后至形成最終強度前,不得敲打、強拉;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,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、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、立交積水整治、道床翻漿整治、山體防水土流失防護等方面得到積極探索。本文對混凝土帆布在溝渠中的應(yīng)用進行了總結(jié),詳細闡述了關(guān)鍵施工技術(shù)與工藝流程,并提出7 點施工注意事項,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)濟價值和社會價值。