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公路隧道喷射混凝土施工质量控制

   日期:2017-09-07    
公路隧道复合衬砌是由内外两层复合而成,其外层常称为初次柔性支护,通常采用喷射混凝土等支护形式;内层常称为二次衬砌,一般采用现浇混凝土。外层支护主要承受围岩的初期变形,待初期变形基本稳定后,再做内层衬砌。外层支护与内层衬砌相互依赖共同承受围岩的变形和压力。现代公路隧道衬砌已经普遍采用喷射混凝土技术,而喷射混凝土的施工质量将直接影响隧道支护效果,对确保围岩的稳定起着重要作用。
  1、喷射混凝土作隧道支护的主要性能特点
  喷射混凝土是使用混凝土喷射机,按一定的混合程序将掺有速凝剂的细石混凝土拌和料与高压水混合,经过喷嘴喷射到岩壁表面,并迅速凝固结成一层支护结构,从而对围岩起到支护作用。喷射混凝土是一种新型的支护结构,又是一种新的施工工艺与技术,它可以根据需要分次追加厚度,也可以与各种类型的锚杆、钢纤维、钢拱架、钢筋网等构成复合式支护。已有的工程实践表明,采用喷射混凝土作隧道支护具有以下性能特点:
  (1)喷射混凝土具有强度增长快、粘结力强、密度大、抗渗性好的特点,能较好地填充岩块间的裂隙与凹穴,增加围岩的整体性,防止岩面的风化和松动,并与围岩共同工作。
  (2) 喷射混凝土施工将输送、浇注、捣固几道工序合而为一,更不需模板,因而施工快速简捷。在软弱围岩的隧道中若采用复合式衬砌(即以锚杆喷射混凝土作为初期支护),与整体式模注混凝土衬砌相比,能节约工程投资约5%-10%。
  (3)喷射混凝土能及早发挥承载作用。它能在10min左右终凝,一般2h后即具有强度,8h后可达2MPa,16h后可达5MPa,1天后可达7-8MPa,4天后达到28天强度的70%左右。
  (4)喷射混凝土与模注混凝土相比,其物理力学性能有所改善,尤其以湿式喷射和水泥裹砂喷射混凝土的抗压强度、抗弯曲疲劳强度、早期强度和抗渗性能有更显著的提高。
  2、喷射混凝土施工工艺种类及其优缺点
  2.1干法喷射
  干法喷射是用搅拌机将骨料、水泥和速凝剂按设计比例干拌均匀,用压缩空气使干混合料在软管内呈悬浮状态并压送到喷枪,再在喷嘴处与高压水混合,以较高速度喷射到岩面上。干法喷射使用的喷射机机械结构较简单,机械清洗和故障处理容易,但容易产生较大的粉尘,回弹量大,加水由喷嘴处的阀门控制,水灰比的控制较难且与操作手的熟练程度有关。
  2.2湿法喷射
  湿法喷射是将骨料、水泥和水按设计比例拌和均匀,用湿式喷射机压送拌和好的混凝土混合料到喷头处,再在喷头上添加速凝剂后以较高速度喷射到岩面上。湿法喷射混凝土质量容易控制,喷射过程中的粉尘和回弹量较少,但对喷射机械要求高,机械清洗和故障处理较麻烦。
  在公路隧道建设中,随着人们环保意识的增加和对喷射混凝土质量要求的提高,以及更先进的湿式混凝土喷射机的研发生产,湿法喷射混凝土已成为目前公路隧道施工现场较多使用的混凝土喷射工艺。
  3、喷射混凝土的施工质量控制
  3.1喷射混凝土原材料质量要求
  (1)水泥:应优先采用普通硅酸盐水泥,也可采用矿渣硅酸盐水泥;在软弱围岩中宜选用早强水泥。水泥标号不低于42.5级,使用前应对强度、安全性、凝结时间等进行抽样检验。
  (2)粗骨料:为防止喷射混凝土过程中堵塞管道,减少回弹量以及保证混凝土支护结构的强度,粗骨料应采用坚固耐久的碎石或卵石,粒径一般不大于15mm。
  (3)细骨料:为保证喷射混凝土的强度和减少施工作业时的粉尘,以及减少混凝土硬化时的收缩裂纹,细骨料应用坚硬耐久的中、粗砂,细度模数一般大于2.5,含水量宜控制在5%-7%。
  (4)水:为保证喷射混凝土正常凝结和硬化,以及确保混凝土的强度和稳定性,水质应符合工程用水的有关标准。不得使用污水及PH值小于4的酸性水和含硫酸盐量超过1%的水,也不得使用含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水。
  (5)外加剂:喷射混凝土使用的外加剂主要是速凝剂,应采用符合质量要求、并对人体危害性很小的外加剂。掺和外加剂之前,应做速凝剂与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验。所采用的速凝剂应保证初凝时间不大于5min,终凝时间不大于10min。应注意外加剂的保管,使其保持干燥,防止受潮变质。
  为使喷射混凝土在输送管道中的顺畅和喷射后密实性高,砂石骨料级配应符合有关标准,宜控制在表1的范围内。
表1:喷射混凝土骨料的级配

  3.2喷射混凝土配合比的确定
  根据大量工程实践并结合有关技术规范,喷射混凝土配合比应满足以下要求:
  (1)干集料中水泥与砂石重量比:干集料中水泥与砂石重量比一般控制在1:4~1:4.5;每m3干集料中水泥用量宜控制在375-400kg。这种配比能满足喷射混凝土强度要求,且回弹较少。
  (2)含砂率:含砂率一般应控制在14%~55%。实践证明,低于45%时易造成堵管,且回弹大;高于55%时强度降低,收缩加大。需特别强调的是喷射混凝土中不宜采用细砂,它会影响混凝土强度,增加其收缩开裂等。
  (3)水灰比:水灰比一般以0.40-0.45为宜,否则强度降低、回弹增大。
通过工程实

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