噴射混凝土在百花灘3#隧道工程中的應用
2005-08-31 00:00
[摘要] 參照常規(guī)混凝土試驗方法進行室內(nèi)試拌、現(xiàn)場成型進行配合比設計，同時采用摻入泵送劑的技術可以較好地獲得施工質(zhì)量和節(jié)約成本。
[關鍵詞] 配合比設計 干噴混凝土 泵送劑
[關鍵詞] 配合比設計 干噴混凝土 泵送劑
1、工程概況
百花灘3#隧道位于廣西自治區(qū)賀州市昭平縣境內(nèi)百花灘水電站附近，是桂林至梧州高速公路全線最長的隧道，也是重點控制工程。分離式隧道左右線分別為2467.5m、2393.5m，隧道通過地段斷層、褶皺、節(jié)理發(fā)育，整個隧道按新奧法原理設計，采用柔性初期支護體系，即以錨桿、噴射砼、格柵鋼架、工字鋼架、超前導管高壓預注漿、超前預支護等為初期支護。
2、噴射砼工藝的選擇
噴射砼是使用噴射機，按一定的混合順序，將摻有速凝劑的砼拌合料與高壓水混合，噴射至巖壁表面上，并迅速凝結(jié)成一層支護結(jié)構(gòu)，從而對圍巖起到支護作用。
2.1干噴法
用攪拌機將骨料和水泥預拌好，在現(xiàn)場摻入速凝劑投入噴射機內(nèi)，用壓縮空氣使干混合料在軟管內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，壓送至噴槍，在噴頭處與高壓水混合，以較高速度噴射至巖面上。干噴產(chǎn)生的水泥與砂粉塵較大，回彈量也較大，水灰比的控制直接決定于操作手的熟練程度，但使用機械原理較簡單，故障處理、清洗比較容易。
2.2濕噴法
將骨料、水泥和水按施工配合比拌合均勻，用罐車直接將砼投入濕噴機喂料口內(nèi)，直接將其壓送到噴頭處，在噴頭處添加速凝劑后噴射至巖壁上。
顯而易見，采用濕噴法的噴射砼的質(zhì)量較容易控制，產(chǎn)生的粉塵和回彈量較少，是當前發(fā)展、推廣應用的噴射工藝，但對機械要求較高，維護、清洗較為困難，施工成本投入較大。
2.3本工程因地制宜，選擇適合的工藝方法
該隧道通過地段斷層、褶皺、節(jié)理發(fā)育，圍巖破碎，現(xiàn)場采用上下臺階分部開挖，挖后迅速進行初期支護，初期支護緊跟掌子面，由于進尺短，每次噴射砼量不是很大且地處南方多雨加之斷層的存在施工時多滲水，綜合考慮施工仍采用較為傳統(tǒng)的干噴法。
3、此次試驗噴射砼研究的目標和措施
3.1試驗噴射砼研究的目標
綜上所述，如何使用存在很多不足之處的干噴法，而要盡量避免粉塵大、回彈量、人為因素較大、質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多問題必然成為此次噴射砼試驗的目標。
3.2預防措施
3.2.1可以通過配合比設計優(yōu)化的方法即提高砂率、采取一種新型的配合比設計方法來減少砼的回彈量和質(zhì)量不穩(wěn)定的弊病。
3.2.2 在滿足質(zhì)量的前提下減少水泥的用量有效解決因水泥用量過大引起的干縮，減少用水量，提高噴射砼的抗?jié)B能力等。
3.2.3對操作工人進行崗前培訓，讓他們了解現(xiàn)場施工中應該注意的有關注意事項，將人為操作的因素而導致的質(zhì)量不穩(wěn)定減小到最小程度。
4、配合比設計試驗
4.1配合比設計方法
噴射砼由于摻入了速凝劑后瞬間凝固，試驗工作無法與常規(guī)砼一樣在室內(nèi)進行配合比的設計，我們解決的辦法是首先在室內(nèi)速凝劑添加前進行砼的配合比設計，并按常規(guī)方法調(diào)整砼的坍落度后，然后在現(xiàn)場噴大板成型試件進行強度檢驗。一般濕噴機適宜噴射砼的坍落度為60~180mm，在本次試驗中考慮到人為操作而導致水灰比變化的影響，室內(nèi)試拌時坍落度設計為130~150mm。
4.2配合比選用的原材料
水泥——廣西魚峰水泥股份有限公司產(chǎn)“魚峰”牌P.O42.5水泥，細度2.3%，初凝時間2h40min終凝時間3h48min，28d抗折強度8.5Mpa，28d抗壓強度49.8Mpa。
砂子——廣西昭平縣馬江砂場，細度模數(shù)為2.9，屬中砂偏粗，表觀密度2.646g/cm3，含泥量1.2%。
石子——廣西鐘山縣鯉魚山石場產(chǎn)5~10mm石灰?guī)r碎石，表觀密度2.655g/cm3，含泥量0.9%，針片狀0.8%，壓碎值9.6%。
速凝劑——湖南冷水江市銻都水泥外加劑廠產(chǎn)“金星—Ⅰ”速凝劑，推薦摻量為3~6%，實際摻量為4%。
泵送劑——山西黃騰化工有限公司產(chǎn)“HZ—4”泵送劑，建議摻量為0.6~1.0%，實際摻量為0.6%。
4.3一般的噴射砼是粗骨料、水泥、水和速凝劑組成的。我們首先設計配合比，有關數(shù)據(jù)如下：
表1 不摻泵送劑噴射砼力學性能成果表
|
項目
序號 |
水灰比 |
砂率（%） |
砼材料用量（Kg/m3） |
7d抗壓強度（MPa） |
28d抗壓強度（MPa） | |||
|
水泥P.O42.5 |
砂 |
5~10mm碎石 |
速凝劑 | |||||
|
1 |
0.46 |
50 |
450 |
809 |
809 |
18.00 |
21.3 |
28.8 |
|
2 |
0.44 |
50 |
470 |
802 |
802 |
18.80 |
25.6 |
33.7 |
|
3 |
0.42 |
50 |
493 |
792 |
792 |
19.72 |
32.6 |
39.1 |
從表1來看，第2組 配合比符合C25的要求，但是水泥用量太高，容易引起砼的干縮，同時用水量也較大，過多的拌和用水才能保持較好的工作性，但水泥的水化作用所需用水遠遠低于實際用水量，空隙主要來自于拌和用水過多而產(chǎn)生的凝膠孔與毛細孔，所以抗?jié)B能力不好，且成本比較高。
為了解決以上存在的諸多問題，我們緊接著在以上配合比的基礎上加入了泵送劑又做了一組配合比試驗，有關數(shù)據(jù)如下：
表2 摻泵送劑噴射砼力學性能成果表
|
項目
序號 |
水灰比 |
砂率（%） |
砼材料用量（Kg/m3） |
7d抗壓強度（MPa） |
28d抗壓強度（MPa） | ||||
|
水泥P.O42.5 |
砂 |
5~10mm碎石 |
速凝劑 |
泵送劑 | |||||
|
1 |
0.46 |
50 |
407 |
836 |
836 |
16.28 |
2.44 |
23.0 |
28.2 |
|
2 |
0.44 |
50 |
425 |
834 |
834 |
17.00 |
2.55 |
25.3 |
34.1 |
|
3 |
0.42 |
50 |
445 |
829 |
829 |
17.80 |
2.67 |
32.8 |
38.9 |
從表1、表2對比來觀察，水灰比0.44的二個不同配合比均能滿足設計為C25噴射砼（試配強度為33.2Mpa）的試配要求，相比之下第2個配合比水泥、水用量明顯減少，由此引起的砼干縮、抗?jié)B性能迎刃而解，更主要是成本明顯降低。據(jù)了解泵送劑到工地價為4600元/噸，P.O42.5水泥到工地價為430元/噸，如用第二個配合比每方砼可以節(jié)約7.62元，效益是很可觀的。
5、降低粉塵、回彈量的有效措施：
5.1噴射長度不宜超過6m，并嚴格按先墻后拱，先下后上的順序，以減少砼因重力作用而引起滑脫現(xiàn)象的發(fā)生。
5.2掌握好噴嘴與受噴巖面的距離和角度，距離最好為0.8~1.2m，噴嘴與巖面垂直，并稍微偏向剛噴的部位，凹陷處應先噴和多噴，凸出處應后噴和少噴。
5.3噴射時用螺旋形或S形往返移動前進，調(diào)節(jié)好風壓和水壓，水壓應稍高于風壓。
正是由于注意了以上事項，現(xiàn)場噴層表面平整光滑，很少有干斑和滑移流淌現(xiàn)象，粉塵和回彈量明顯降低。
6、結(jié)論
由于我們采用了室內(nèi)試拌確定工作性，現(xiàn)場成型確保強度、施工注意事項及摻加泵送劑的技術優(yōu)化配合比等有效措施，取得了節(jié)約成本，改善了施工條件的方面的目的。
這次試驗是一次新的嘗試，如何利用傳統(tǒng)的干噴法進行進行噴射砼的配合比設計并使得試驗結(jié)果最大可能接近施工結(jié)果，有效降低了干噴法普遍存在的粉塵大、回彈大、人為因素較大、質(zhì)量難以穩(wěn)定等方面的缺點。
【參考文獻】
《普通混凝土拌合物性能試驗方法》 GB/T50080—2002
《普通混凝土力學性能試驗方法》 GB/T50081—2002
《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》 GB50086—2001
《噴射混凝土用速凝劑》 JC477—92
《公路隧道施工》 人民交通出版社
《公路工程試驗工程師手冊》 人民交通出版社
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