喷射纳米仿钢纤维混凝土施工工法.pdf

2 0 1 4年第 1 2期 东北水利水 电 工程施工 [ 文章编号】 1 0 0 2 —0 6 2 4 ( 2 O 1 4 ) 1 2 —0 0 1 9 一O 3 喷射纳米仿钢纤维混凝土施工工法 王秋 波 ， 范志军 ( 中国水利水电第六工程局有限公司， 辽宁 丹东 1 1 8 0 0 0 ) [ 摘要] 喷射纳米仿钢纤维混凝土改善了水泥凝固的三雏结构 ， 增加混凝土的粘结力， 改善 了 混凝土的堆积密度 ，且仿钢纤维在混凝土中具有很好的分散性 ，与水泥基材料有很高的界面 粘结力，从而使喷射混凝土性能大大提高。文中以漂阳抽 水蓄能电站喷射纳米仿钢纤雏混凝 土施工为例 ， 介绍了塌方段及富水段喷射纳米仿钢纤维混凝土施工的施工工法。 [ 关键词】 纳米喷射混凝土； 仿钢纤维； 施工工法 【 中图分类号】 T V 5 4 4 ~ 9 2 3 [ 文献标识码] A O 引言 喷射纳米仿钢纤维混凝土主要是由于纳米外加剂的 化学活性比水泥高 1 ~ 3 倍 ， 其掺入水泥后 ， 加快了水泥的 诱导期和加速其的水化反映， 使汽一 液一固三相通过饱和度 达到相应的浓度梯度 ， 改善了水泥凝固的三维结构， 增加 混凝土的枯结力 ；同时由于其比重和颗粒均比水泥少， 改 善了混凝土的堆积密度 ， 既减表面水又减间隙水 ， 使胶团 产生反复聚合作用。且仿钢纤维在混凝土中具有很好的分 散性， 与水泥基材料有很高的界面粘结力 ， 从而使喷射混 凝土性能大大提高。喷射纳米仿钢纤维混凝土还未被水 电 工程 中广泛应用 ， 通过查阅纳米喷射混凝土资料 ， 也仅在 锦屏二级水电站引水隧洞中采用过， 下文依托溧阳抽水蓄 能电站喷射纳米仿钢纤维混凝土的施工实例， 介绍塌方段 及富水段喷射纳米仿钢纤维混凝土施工一套成熟的工法。 1 方法简介 喷射纳米仿钢纤维混凝土施工方法的特点： 保证了地 质围岩差的洞室开挖及支护的正常施工 。 保证施工进度及 其质量 ； 成功解决了复杂地质条件及围岩差易塌方及渗水 段难施工的施工难题 ；为进一步的施工提供安全环境 ； 施 工质量好， 喷射后作业面光滑 ， 且渗水迅速被封闭。其适用 于水利水 电工程中地质条件差、 地下水丰富， 常发生塌方 现象的地段施工。 喷射纳米仿钢纤维混凝土主要是掌握当地地质情况 ， 保证不影响施工进度 ， 还要掌握喷射混凝土的基本特性 ， 观察喷射后效果及回弹料的收集。前期准备工作 ， 是保障 地质条件差及地下水丰富的施工地段顺利施工的关键 ， 要 掌握当地地质条件 ， 了解普通钢纤维喷射混凝土能否满足 工程要求； 做好原材料检测 ， 掌握各种材料的各项性能， 避 免由于材料自身原因而影响喷射混凝土的性能； 通过现场 试验及时掌握喷射纳米仿钢纤维混凝土能否达到对塌方 段及富水段及时封闭 ， 掌握其凝结时间、 回弹量 、 一次喷射 厚度及喷射纳米仿钢纤维混凝土强度的检验。 2 施工工艺 施工原材料为水泥、 砂、 石、 水、 速凝剂、 仿钢纤维及纳 米。设备有： 混凝土搅拌车 2 辆、 混凝土拌合站 1 座及混凝 土喷射机 1台。 2 ． 1 流程 流程 ： 确定围岩类别一准备原材料及检测一确定喷射 纳米仿钢纤维混凝土配合比一混凝土的拌合、 运输一采用 麦斯特联合混凝土喷射机机械手进行喷射施工一收集回 弹料及做相关试验。 2 ． 2 操作 要点 2 ． 2 ． 1现场围岩类别及地质条件 江苏溧阳抽水 蓄能电站地质条件非常复杂且地下水 丰富 ， 普遍为线状滴水。 基岩为志留系茅山组上段第①层、 第②层和第③层 ， 以厚层、 中厚层岩屑石英砂岩、 泥质粉砂 岩、 粉砂质泥岩及薄层泥岩为主 ， 节理裂隙发育 ， 岩体以较 破碎～ 完成性差为主， 围岩类别为 ： Ⅲ类围岩 占 8 ％， Ⅳ类围 岩占 6 7 ％， V类围岩占 2 5 ％。 2 ． 2 ． 2 原材 准备及检 测 1 ) T k 泥 试验选用金峰 P ． 04 2 ． 5 水泥 ，试验依据 GB 1 7 5 — 2 0 0 7 《 通用硅酸盐水泥》 进行检验 ， 所检验的各项物理性能均满 足规范要求。检测结果见表 1 。 2 ) 细骨料 试验采用 L 8 标砂石加工系统生产的人工砂进行 ， 试 验依据 D L ／ T 5 1 5 1 — 2 0 0 1 《 水工混凝土砂石试验规程》 进行 检验， 检验结果见表 2 ， 细骨料颗粒级配颗粒级配试验结果 见表 3 。 1 9 工程施工 东北水利水 电 2 0 1 4年第 1 2期 裘 1 水泥检 验结果 表 2 细骨料检 验结果 表 3 人工砂颗粒级配试验结果 筛孔径 累计筛余率 ／ n u n ／ ％ 3 ) 粗骨料 试验采用 L 8 标砂石加工系统生产的人工碎石进行， 试验依据 DL ／ T 5 1 5 1 — 2 0 0 1 规程进行检验 ， 所检验的各项物 理性能均满足 D L ／ T 5 1 4 4 — 2 0 0 1《 水工混凝土施工规范》 标 准要求， 检验结果见表 4 。 表 4 粗骨料检验结果 量 量 技术要求 不允许 ≤ 2 ．5 ≤ 1 5 ≥ 2 5 5 0 一 ( 5 1 5 0≥ l2 。~> 1 8 0~> 1 6 5~> 1 5 5 3 1 4 5 4 4 0 ≤ 1 ．8 ≤ 4 D 检 验 结 果3 1 ．5 无 泌 水 3 ．6 1 6 2 l 3 7 1 8 5 1 7 4 16 0 1 5 5 3 1 3 j 2 O 5 ) 液态速凝剂 液态速凝剂采用安徽润安生产的无碱 液态速凝剂 R ． C MG - 1 0 C型 ， 其试验结果均满~ = J C 4 7 7 - 2 0 0 5 ( 喷射 混 凝土用速凝剂>的相关要求。试验采用金峰牌 P ． 0 4 2 ． 5 水 泥 ， 检测结果见表 6 。 表 6 液 态速凝剂检 验结果 6 ) 仿钢纤维 仿钢 纤维采 用深圳海 川科技工程有限公 司生产 的 c o n c r e t e p o w c r 3 0 0 0 。检测结果符合 Y B ／ T 1 3 1 - 1 9 9 9 ( 混凝土 钢纤维》 的技术要求， 检测结果见表 7 。 表 7仿钢纤维检验结果 2 ． 3 确定喷射纳米仿钢纤维混凝土配合比 纳米材料是一种新型材料， 具有增强、 减水 、 坍落度损 失较大的特点 ， 减水率高达 3 1 ． 5 ％ ， 且无泌水 ， 1 d 抗压强度 高 ， 后期强度无损失， 抗压强度比均高于高效减水剂的电 力标准。该工程现场采用原钢纤维喷射混凝土 C F 2 5配合 比进行调整， 调整后配合比见表 8 。 表 8 C F 2 5 纳米仿钢纤维喷射混凝配合比k g ／ I n 3 2 ． 4 混 凝土的拌合及 其运输 混凝土采用生产厂区的拌合站进行拌制 ， 纳米及仿钢 纤维材料按照配合比人工添加至提升料斗内。投料次序及 搅拌时间为： 在加纤维前按正常时间( 9 0 s ) 搅拌混凝土， 混 凝土搅拌完毕后 ， 在搅拌机中投入纤维材料， 再搅拌 3 0 s 。 混凝土拌制后 ， 采用混凝土搅拌运输车运至施工现场。 2 ． 5 喷射 混凝土施工 喷射混凝土采用麦斯特联合混凝土喷射机机械手施 工进行喷射 。喷射施工时喷嘴距喷射部位保持在 1 ． 0 — 1 ． 5 I TJ , ，当喷嘴处于正常距离范围且向减小控制时 ， 应及时降低 混凝土输出量并加快喷嘴移动速度， 且尽量与喷射部位保 持垂直 ， 但不允许与基面夹角小于 4 5 ~ 。 喷射时连续平稳地 按圆形或椭圆形状旋转喷射 ， 对预喷射的部位从一边向另 一 边喷射 ， 每次喷射的厚度在 2 0 C l I I 左右 ， 从一侧向另一 侧间隙 3 - 5 mi n循环喷射。另外， 在试喷约 o ． 5 n 1 3 料后， 开 8 2 7 I n 蛔 u 弛钔 踮 脚 锄 除 叭 2 0 1 4 年第 1 2 期 东北水利水电 工程施工 始喷射大板试件进行取样。 2 ． 6 收集回弹料及相关试验 2 ． 6 ． 1 收集回弹料 为检测纳米仿钢纤维喷射混凝土的回弹量， 在喷射施 工前将施工作业面整平后 ，铺上彩条布进行回弹料的收 集。 喷射结束后， 及时对回弹量进行计量。 通过对收集回弹 料 的统计 ，顶拱的回弹 率小于 7 ％，边墙的回弹 率小于 3 ． 5 ％ 。 1 ) 一次喷射厚度检测。在喷射纳米仿钢纤维混凝土前 前固定在粗喷层上， 喷射混凝土施 工完成时， 量取预埋件， 计算一次喷射厚度， 厚度为 4 0 c m。 2 ) 强度检测。在试喷约 0 ． 5 m3 料后 ， 开始喷射大板试 件进行取样。 并进行试件的 1 ， 3 ， 7 ， 2 8 d 抗压及抗折强度检 验， 检验结果见表 9 。 裹 9 喷纳米钢纤维混凝抗压及抗折强度结果统计 3 质量控制 1 ) 建立施工质量保证体系 ， 确立管理人员名单， 负责 各工序的组织管理工作； 2 ) 旆工机械设备组织到位； 3 ) 施工前， 技术人员组织召开专题会议 ， 对试验人员、 施工作业队各个工序有关人员进行技术及工法交底 ； 4 ) 质检员进行全过程质量检查控制与技术指导、 监督 ， 填写质量检查控制表； 5 ) 项 目总工程师、 质检部部长、 技术部部长、 施工队队 长要对每一循环施工质量进行检查、 总结。 4 安全环保措施及效益分析 4 ． 1安全措施 1 ) 为保证照明安全 ， 必须在各作业面 、 道路、 生活区等 设置足够的照明系统 ，地下工程照明用电遵守 S D J 2 1 2 - 8 3 第 1 0 ． 3 ． 3 条的规定， 在潮湿和易触电的场所照明供电电压不 大于 3 6 v 。施工用电线路按规定架设， 满足安全用电要求。 2 ) 因是塌方段及富水段 ， 人员要等围岩不在继续掉落 石头时再进入施工现场。 3 ) 每道工序施工完成 。 经过安全检查合格后 ， 才能进 入下一道工序的施工。 4 ) 及时观察围岩情况 ， 如发现异常情况及时报告有关 人员， 并立即组织施工人员和机具撤离。 5 ) 项目部成立安全管理小组， 针对该工程安全重点由 技术部编制安全技术措施指导现场生产， 加强施工现场安 全管理工作 ， 科学组织施工， 确保施工安全。 6 ) 对参加喷射纳米仿钢纤维混凝土施工的所有人员 ， 在喷射前由项 目部安全部、 工程部 、 物资部组织进行安全 教育和安全技术交底。 4 ． 2 环保 措施 1 ) 爆破粉尘及烟气得到了及时有效的排放 ； 2 ) 锚喷时所产生的粉尘及废弃料及时有效的排除。 4 ． 3 效 益分析 对于塌方段及富水段施工， 确保工程进度及工程质量是 喷锚工程重点。通过喷射纳米仿钢纤维混凝土， 能够迅速封 闭塌方段及富水段围岩 ， 从而提高施工并保证了施工质量。 5 应用实例 江苏溧阳抽水蓄能电站总装机容量 1 5 0 0 MW，正常 蓄水位 2 9 1 ． 0 0 1 "1 1 ， 死水位 2 5 4 ． 0 0 m， 调节库容 1 1 9 5 ． 9 万 。 1 ) 1 ， 2号尾水主洞 1 号尾水主洞开挖断面为圆形，全长 1 1 3 9 ． 9 5 6 m， 设 计纵坡为 4 ． 8 5 ％， 洞径为 1 2 m， 衬砌后断面为 1 0 ． 0 m。2 号 主洞长 1 2 2 6 ． 2 0 3 m， 设计纵坡为 4 ． 7 4 ％。 1 ， 2号尾水主洞地 质条件非常复杂且地下水丰富 ， 基岩为志留系茅山组上段 第①层、 第②层和第③层 ， 以厚层 、 中厚层岩屑石英砂岩为 主， 节理裂隙发育， 岩体以较破碎～ 完成性差为主。围岩类 别为： I I I 2类 占 1 0 ％~ 1 5 ％， Ⅳ类围岩占 6 0 ％ ~ 6 5 ％， V类围岩 占2 5 ％左右。为了能够对塌方段及富水段及时支护 ，该工 程采用喷射纳米仿钢纤维混凝土 ， 从而能对施工部位的围 岩进行了迅速封闭， 混凝土喷射后， 喷射作业面 的渗水能 被及时止住且一次喷射厚度较常规喷混凝土明显增大。 2 ) 1 号施工支洞 隧洞埋深 1 7 0 ~ 3 0 0 m， 围岩属统茅山组上段第 1 层～ 第 2 层 ， 围岩属弱风化， 岩层产状变化较大， 节理、 裂隙发育， 岩 体完整性较差， 围岩类别主要为Ⅲ～ Ⅳ类。该段有 F 3 2 ， F 5 7 ， F 4 6 ， F 6 1 ， F 5 3等断层通过 ， 其中 F 3 2规模最大 ， 断层走向于 洞轴线交角较小 ， 为 2 0 ~ ～ 4 0 ~ ， 充填宽度为 1 5 ~ 4 0 m强烈蚀 变的安山岩脉。F 5 7 ， F 4 6 ， F 6 1 ， F 5 3 断层破碎带宽度为 0 2 — 1 ． 0 m， 主要由碎块岩、 碎裂岩组成 ， 3 条断层与洞轴线交角 大于 5 0 ~ ， 断层带部位围岩稳定性差， 属V类。预测涌水量为 3 0 0 m V d 。为了能够对塌方段及富水段及时支护 ， 工程采用 喷射纳米仿钢纤维混凝土 ，从而能对施工部位的围岩进行 了迅速封闭， 混凝土喷射后 ， 喷射作业面的渗水能被及时止 住且一次喷射厚度较常规喷混凝土明显增大。 溧阳项 目部利用此法对塌方段及富水段围岩进行施 工， 不仅能够对塌方段及富水段围岩迅速封闭且喷射混凝土 外观质量好， 有效地保证了混凝土的施工质量和施工进度。 【 收稿E t 期1 2 0 1 4 — 0 8 - 2 4 2 1