掺聚丙烯微纤维(钢纤维)湿喷混凝土施工工法

'掺聚丙烯微纤维(钢纤维)湿喷混凝土施工工法掺聚丙烯微纤维（钢纤维）湿喷混凝土施工工法中国水利水电第十四工程局二00七年五月1审查：和孙文校核：编制：沈嗣元杨元红、徐萍、沈嗣元王红军2王荣富王斌杨元红目录1．前言......................................................................................................................................12．工法特点..............................................................................................................................13．适用范围..............................................................................................................................1 4．工艺原理..............................................................................................................................15．施工工艺流程及操作要点..................................................................................................25.1施工工艺流程...............................................................................................................25.2操作要点.......................................................................................................................25.2.1准备工作.............................................................................................................25.2.2喷混凝土施工.....................................................................................................25.3强度试验与厚度检查..................................................................................................36．材料与设备..........................................................................................................................46.1原材料...........................................................................................................................4 6.1.1水泥.....................................................................................................................46.1.2骨料.....................................................................................................................46.1.3水.........................................................................................................................46.1.4速凝剂.................................................................................................................46.1.5聚丙烯微纤维.....................................................................................................46.1.6钢纤维.................................................................................................................56.2机具设备.......................................................................................................................57．质量控制..............................................................................................................................58．安全措施..............................................................................................................................5 9．环保措施..............................................................................................................................610．效益分析............................................................................................................................610.1经济效益....................................................................................................................610.2社会效益....................................................................................................................611．应用实例............................................................................................................................711.1实例1.......................................................................................................................711.1.1工程概况..........................................................................................................711.1.2施工情况..........................................................................................................7311.1.3工程监测与结果评价.......................................................................................7 11.2实例2.......................................................................................................................811.2.1工程概况..........................................................................................................811.2.2施工情况..........................................................................................................811.2.3工程监测与结果评价.......................................................................................811.3实例3.........................................................................................................................811.3.1工程概况..........................................................................................................811.3.2施工情况..........................................................................................................811.3.3工程监测与结果评价.......................................................................................84掺聚丙烯微纤维（钢纤维）湿喷混凝土施工工法中国水利水电第十四工程局沈嗣元王红军王荣富王斌杨元红1．前言 在地下各类洞室的开挖支护施工中，一般遵循“新奥法”适时支护原则，使其洞室围岩自稳联合受力。湿喷射聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土在洞室开挖支护施工中发挥十分有效的作用，但因地下洞室具有空气流通性较弱、自身净化能力低，工作面空间狭窄等环境特点，如何保证地下洞室在开挖施工中具有良好施工环境，并适时支护发挥作用，是该施工的技术难点。传统的普通喷射混凝土技术存在结构强度低、容易产生裂缝等特性。中国水利水电第十四工程局在所承建的大型地下工程施工中不断总结及改善洞室开挖支护技术，在龙滩、小湾、三峡、溪洛渡等大型水电站导流洞、地下厂房、主变室和尾水隧洞等地下工程中均成功采用技术先进、工艺成熟的湿喷射聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土施工工艺，增强了洞室围岩支护力，加快了施工进度，并解决了传统的（干喷）普通混凝土喷护工艺强度低、容易产生裂缝的弱点，具有技术先进性，并有明显的社会效益和经济效益。2．工法特点2.1湿喷射聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土是在普通混凝土中掺入聚丙烯微纤维或钢纤维，使其抗裂、抗拉、抗压性能增强，使得洞室围岩支护有效增加，确保工程快速、安全、有效施工。2.2湿喷混凝土与干喷混凝土相比，各种力学指标都有较大的提高，在公路、交通、水利水电等地下洞室锚喷支护施工中，湿喷混凝土有效地解决了粉尘浓度高和回弹损失量大的难题。3．适用范围 适用于地下洞室的喷锚支护，目前，已广泛应用于各类地下洞室及边坡支护工程。4．工艺原理聚丙烯微纤维(钢纤维)混凝土是在普通混凝土集料中掺人分布均匀且离散的聚丙烯微纤维或钢纤维，在风力的作用下，经喷射机喷射而成，是一种新型复合材料。由于在普通混凝土中掺入了均匀且离散的聚丙烯微纤维或钢纤维，在其内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果，削弱混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数的纤维丝上，从而，有效地增强混凝土的韧性，减少混凝土初凝时收缩引起的裂纹和裂缝。同时，可以有效阻碍骨料的离析。15．施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土湿喷射作业的施工程序为：测量定位→松动岩石及粉尘清理→锚杆安装或挂钢筋网→表面清洗→厚度标志→仓面验收→喷射作业→检查补喷→养护→厚度及密实度检查、强度试验。5.2操作要点5.2.1准备工作1 、收集和研究相关技术资料，事先检查其断面是否欠挖，欠挖事先处理。对开挖已验收合格，要进行喷混凝土施工的部位，首先由测量人员用红油漆标出其高程和桩号，然后对岩石表面松动的石块及浮土用人工进行细致的撬挖与清理。撬挖清理完毕后，若需装锚杆或挂钢筋网，则先进行锚杆或钢丝网的施工，然后用压力水枪或风枪对受喷面松散的泥土及杂物等进行彻底清洗。清洗完毕后，岩面清洗完毕后，用插筋或锚杆按约3.0×3.0m的间距作好喷聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土厚度标记。2、作业班组先自己认真检查，自检合格后，班组填写好验收记录表报送二检验收；二检验收合格后报三检验收；经监理工程师验收合格，仓面准备就绪。3、喷混凝土台车开机前准备工作1）、喷射开始，先对喷车送风和水，并检查和调整风与水的压力。2）、检查速凝剂箱液面高度，根据喷射混凝土量添加速凝剂；3）、转动速凝剂调节表盘，使速凝剂添加量符合混凝土配合比；4）、检查压力控制器的动作压力是否与输送距离等有关参数相适应；5）、连接混凝土管、出料弯管、喷嘴、连接砼输送软管；6）、合上电路总开关，检查电压是否正常；7）、启动计量泵，观察吸人管内液体流动是否正常；8）、用水灰比为1:2的净水泥浆润滑喷车的料斗及输料管路。5.2.2喷混凝土施工1、喷混凝土料的拌和按照设计配合比配料，先投入碎石，然后投入纤维（钢纤维束(水溶性胶合剂粘结成束)可先用清水浸泡分解成单根），再投入砂子搅拌两分钟，使纤维充分打开，然后投入水泥和水按常规工艺搅拌均匀即可，使纤维充分混和。2、喷射混凝土操作 1)、喷嘴垂直对着受喷面，按照“湿喷机操作”开启湿喷机；2)、连续上料，保持料斗内料满，并在料斗口上设一活动的15mm孔径筛网，避免超粒径骨料进人机内；3)、喷射部分顺序:应分段、分部、分块、自下而上进行，喷射前个别受喷面凹洼处，应先喷找平；24)、喷射操作时，喷嘴与受喷面的距离应保持在1.5m～2.0m，此时回弹量最低，压实性最好。喷头与受喷面的距离太近时，压缩空气会将刚粘在受喷面上的混凝土拌合料吹走，使粗骨料的回弹量增加，同时喷头与受喷面的距离还取决于拌合料的骨料粒径、颗粒级配、气压和配料的输送距离，操作手操作时可根据实际情况调节两者间的距离，直到达到最低的回弹量。5)、喷射角度喷嘴与受喷面的垂线夹角宜控制在10～15o，若受喷面被格栅、钢筋网覆盖时，可将喷头稍加偏斜，但不宜大于20°。6)、喷头运动方式喷头应连续不断的作圆圈运动，并形成螺旋形转动，旋转直径约为20cm～30cm；后一圈压前一圈三分之一，喷射路线应分段、分部、分块按先墙后拱，自下而上地进行。7)、喷射厚度刚喷的混凝土有一定流动性，一次喷射的厚度须进行控制。一般垂直边墙为4～5cm，拱顶3～4cm ，斜坡面可适当加厚。影响喷层厚度的主要因素是坍落度、速凝剂的作用效果和气温。一般8cm的坍落度可获得较厚的喷层，能保证让砼早2min内凝结，效果较好，作业面的气温在15℃以上为宜。8)、特殊部位的喷射拱部光滑面的喷射:按硷水泥砂浆配合比拌合砂浆，并适当加大速凝剂掺量，在受喷面喷一层厚约2.0cm砂浆，初凝后按常规方法继续喷射砼。5.3强度试验与厚度检查1、喷聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土的强度试验采用现场取样。每喷50～100m3取样一组，每组不少于3个。聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土方量不到50m3的独立工程，取样至少一组。当聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土原材料或配合比发生变更时，另取一组。2、原则上当聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土喷完7天后即可进行厚度检查，检查方法为定点取芯法。检查的点位与数量按以下规定确定：1）、洞室开挖：检查点位按断面分组，取样断面的数量按表一确定。长度不足的独立工程至少取一个断面。每个取样断面的检查点从拱顶中线起，每隔2～3m设一个，但拱顶至少3个，全断面不少于5个。2）、露天坡面：每50～100m2取一组，不到50m2的独立工程至少取一组。每组随机取3个点，特殊部位按监理工程师指示取点。具体详见表5.3。表5.3洞室开挖喷砼厚度检查断面表单位：m36．材料与设备 6.1原材料6.1.1水泥优先选用符合国家标准的普通硅酸盐水泥，当有防腐或特殊要求时，经监理人批准可采用特种水泥。一般水泥应采用水泥强度等级42.5级的普通硅酸盐水泥。进场水泥应有生产厂的质量证明书，其标准应符合国家标准GB175规定。6.1.2骨料细骨料应采用坚硬耐久的粗、中砂，细度模数宜不大于2.5；粗骨料应采用耐久的卵石和碎石，粒径不应大于15mm；喷射混凝土中不得使用含有活性二氧化硅的骨料。喷射混凝土的骨料级配，应满足表6.1.2的规定。表6.1.2喷射混凝土用骨料通过各种筛径的累计重量百分数（％）1、凡适宜饮用的水均可使用，未经处理的工业废水不得使用；2、拌和用水所含物质不影响混凝土和易性和混凝土强度的增长，并不致引起钢筋和混凝土的腐蚀；3、水的PH值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐、硫化物的含量应符合表6.1.3的规定。表6.1.3物质含量极限注：使用钢丝或经热处理的钢筋的预应力混凝土氯化物含量不得超过350mg/L.6.1.4速凝剂湿喷混凝土优先选用液态速凝剂，采用初凝时间不大于5min ，终凝时间不大于10min。6.1.5聚丙烯微纤维技术指标：抗拉强度≥450MPa、纤维杨氏弹性模量≥3500MPa、纤维断裂伸长率≤25%、微纤维长度≥14mm，掺量一般为0.9kg/m。436.1.6钢纤维抗拉强度≥1000MPa、纤维的直径应在0.3mm～0.6mm，长度按设计要求，每方喷射混凝土掺量一般为40kg～50kg范围内，并根据试验确定。6.2机具设备湿喷机:采用MEYCO（A901C）型湿喷混凝土机，该湿喷机采用泵送设备输送混凝土，自带压风设备，在喷嘴处将液体速凝剂均匀掺入混凝土并将混凝土用风喷射至岩面。生产率:30m/h；泵送最大输送距离:水平300泵送m，垂直100m；喷高范围14.5m，工作宽度26m，机前距离13m，机旁粉尘浓度小于等于10mg/m。337．质量控制7.1施工前，作业厂队和施工班组必须收集并认真研究相关图纸、文件，严格按照设计图纸和规范规定组织施工。7.2各分项工程的验收严格执行“三检制”。首先由作业班组自检，并按要求填好分项工程验收表；自检合格后报队级质检员复检（二检）；复检合格后报请三检，三检合格后由质量部报请监理工程师终检。7.3 严格按设计配合比拌制聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土。拌和前，实验室人员认真检查提供的配合比是否有误；拌和人员对照实验室提供的聚丙烯微纤维（钢纤维）砼配合比清单，认真调试好拌和站的称量系统和运转设备。称量偏差控制为：水泥、水和外加剂±2%；砂石±3%。现场拌制砼时，将实验室提供的配合比进行换算并制成以下表格，以便现场称量。7.4受喷面必须清洗干净，喷前应保持湿润但又不能有流水，确保聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土与基面结合紧密。当受喷面渗水较多时，应先设排水管将渗水引出，然后再喷混凝土。7.5聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土喷完后须认真养护。养护方式有喷雾、洒水等多种。当空气相对湿度达到85%以上时，可采用自然养护。养护龄期≦15天。7.6聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土紧跟开挖作业时，为了尽量减少暴破冲击震动给新喷聚丙烯微纤维（钢纤维）砼带来的危害，要求下一循环放炮与聚丙烯微纤维（钢纤维）砼喷完的间隔时间≦3小时，以确保聚丙烯微纤维（钢纤维）砼完全凝固并具有足以抗拒暴破冲击震动的强度。8．安全措施8.1加强安全管理，树立职工的安全意识，并派专人进行安全巡视检查。8.2注意松石、危石伤人，施工前及时处理。8.3设备停放部位要安全平稳，支腿须着落在坚实稳固的地面上。8.4洞内或晚间作业时要有良好的通风与照明，并定期检查洞内有害气体浓度。8.5喷射作业前要认真检查输料管及其接头等有无破损、松动，发现问题，及时处理。 8.6认真检查电源线路和设备的电器部件，保证用电安全。58.7处理堵管时，工作风压≧0.4Mpa。9．环保措施9.1在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好文明施工，加强对职工的环保、水保教育，提高职工的环保、水保意识，杜绝人为破坏环境的行为做好施工区环境保护和水土保持工作。9.2在工程施工过程中，加强施工机械的净化，减少污染源(如掺柴油添加剂，配备催化剂附属箱等)，配置对有害气体的监测装置，禁止不符合国家废气排放标准的机械进入工区。加强对施工中有毒、有害、易燃、易爆物品的安全管理，防止管理不善而导致环境事故的发生9.3进场施工机械和进场材料停放、堆存要集中整齐，施工车辆在施工完后都将必须清洗干净后，方可停放在指定停车场。建筑材料堆放有序，并挂材料名称、规格、型号等标志牌。9.4施工废水、废油和生活废水经污水处理池（站），经处理后达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准及地方环保部门的有关规定再排放，保证下游生产、生活用水不受污染。生活污水按招标文件的有关规定处理合格后排放。9.5做好施工产生的弃渣和其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，弃渣和工程废弃物拉至指定地点堆放和治理。 9.6洞室作业需设置有效的通风排烟设施，保证空气流通，洒水除尘，防止或减少粉尘对空气的污染，作业人员配备必要的防尘劳保用品，大型钻孔设备配备除尘装置，使钻进时不起尘。10．效益分析10.1经济效益1、喷射湿聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土有较高的粘稠性，喷射湿聚丙烯微纤维回弹率为5%～12%，喷射普通混凝土其回弹率为15%～25%，所以其比喷射普通混凝土显著降低混凝土回弹量，回弹降低幅度为10%~13%；还增加了一次喷射厚度，减少喷射次数，提高喷射效率，提高生产能力。与合同工期比较工期缩短，减少人工费用和设备使用周期，降低了成本，具有明显的经济效益。以小湾水电站地下厂房和主变室湿喷微纤维（钢纤维）混凝土经济效益对比为例，该部位共有丙烯微纤维C25混凝土6869m，丙烯微纤维C20混凝土2977m，钢纤维C30混凝土5237m，由于回弹降低幅度节约丙烯微纤维C25混凝土687m，丙烯微纤维C20混凝土296m，钢纤维C30混凝土524m，其单位直接费分别为696元/m、574元/m、1202元/m。直接节约127.9万元；间接减少了通风设备费11.4万元，减少电费约25.7万元；综合节约成本约165万元。33333333310.2社会效益1 、在隧道工程及地下锚喷支护施工中，湿喷聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土采用麦斯特喷车和湿喷工艺，减少了喷射混凝土回弹量和有效地解决了粉尘浓度高的技术难题，降低喷射普通混凝土粉尘多的毛病，粉尘量的减少改善了喷射混凝土施工环境，降低了作业人员砂尘病的概率，有利于文明施工。62、喷射湿聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土的抗裂、抗拉、抗压等各种力学指标均比喷射普通混凝土有较大提高，特别是混凝土的抗裂能力，增加了初期支护能力，加强了后期施工的安全。3、本工法为以后同类地下工程在类似条件情况下提供了技术参考指标，促进地下工程技术的进步，具有较好社会效益。11．应用实例11.1实例1小湾水电站地下工程（导流洞工程、主副厂房工程和主变室）。11.1.1工程概况小湾水电站导流洞工程：1#、2#导流隧洞平行布置在左岸，洞轴线中心距48，城门洞型。隧洞开挖断面大小根据围岩类别有五种规格，标准断面尺寸在17.4×20.3m～19.4×22.2m(宽×高)。喷混凝土支护包括喷C20普通混凝土厚10cm或15cm，挂网喷C25微纤维混凝土厚20cm（进出口洞段及洞身不良地质洞段）。小湾水电站地下厂房系统布置在双曲拱坝右岸山体内，主厂房开挖尺寸298.4×30.6×84.88m（长×宽×高）。由于主副厂房开挖跨度较大，采用系统锚杆、喷C25纤维混凝土20cm厚支护，断层破碎带加钢筋肋拱喷C30钢纤维混凝土20cm。主厂房开挖共分十层，由上往下依次开挖支护。小湾水电站引水发电系统主变室：主变室位于厂房下游，与厂房净距49.7～50.0m；主变室开挖尺寸为230.6m(长)×19m(宽)×23.642m(高) 。主变室开挖共分三层，由上往下依次开挖支护，由于顶层开挖跨度较大，采用顶拱以Φ28(36)、L=4.5m(9m)砂浆锚杆进行支护，喷C30钢纤维砼厚度为20cm；主变室边墙以1000KN、L=20～35m锚索和Φ28、L=4.5m(6m)砂浆锚杆进行支护，喷C20微纤维砼厚度为15cm。11.1.2施工情况小湾水电站1#、2#导流隧洞、小湾水电站地下厂房和主变室开挖各工作面均采用三臂液压凿岩台车为主的大型机械化钻爆法作业，开挖采用分层开挖支护方法,均采用了喷射湿聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土施工工艺方法。导流隧洞开挖支护工程于2002年7月20日开工，2004年4月3日竣工。主要工程量：喷丙烯微纤维C25混凝土4614m，钢纤维C30混凝土8428m。小湾水电站地下厂房和主变室开挖支护于2004年12月开工，2006年7月结束。主要工程量：喷丙烯微纤维混凝土9846m，钢纤维C30混凝土5237m。11.1.3工程监测与结果评价采用湿喷射聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土工法进行施工，增强了开挖初期围岩稳定力，有效减弱围岩变形，保证后期支护的安全性,围岩应力较小。导流洞最大变形16cm，从未发生隧洞塌方，得到各方好评，2004年10月20日过水分流至今，运行安全，被评为“全国建筑行业用户满意工程”。 主副厂房工程顶拱最大变形4.5mm，顶拱开挖大面平整,整个厂房成型在目前国内最好,平均径73333向超挖13.6cm；主变室顶拱最大变形2.8mm，顶拱开挖大面平整,平均径向超挖15.8cm。施工过程是处于安全、稳定、快速、优质的可控状态,从未发生隧洞塌方情况，得到各方好评。11.2实例2三峡右岸地下电站主厂房工程。11.2.1工程概况三峡地下电站位于微新岩体中，岩石坚硬，完整性较好，岩石主要为前震旦系闪云斜长花岗岩和闪长岩包裹体，主厂房开挖尺寸311.3×31.6×87.3m（长×宽×高）。设计上，采用系统锚杆、喷C30钢纤维混凝土15～20cm厚支护。11.2.2施工情况三峡地下主厂房开挖采用三臂液压凿岩台车为主的大型机械化钻爆法作业，分十层开挖支护,均采用了喷射湿聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土施工工艺。该工程开挖支护于2005年3月开工，目前已开挖到Ⅵ层，全部开挖支护预计在2007年12月结束。主要工程量：钢纤维C30混凝土5974m。11.2.3工程监测与结果评价采用湿喷射钢纤维混凝土工法进行施工，增强了开挖围岩稳定，有效减弱围岩变形，保证后期支护的安全性,围岩应力较小, 顶拱目前最大变形低1mm,围岩处于稳定状态，整个厂房成型较好,平均径向超挖低于10cm,施工过程是处于安全、稳定、快速、优质的可控状态,从未发生隧洞塌方情况，得到各方好评。311.3实例3龙滩水电站主副厂房工程。11.3.1工程概况龙滩水电站地下厂房系统布置在左岸山体内，主厂房开挖尺寸388.5×30.7×77.3m（长×宽×高）。由于主副厂房开挖跨度较大，采用系统锚杆、顶拱喷C30钢纤维混凝土20cm，边墙喷C20纤维混凝土20cm厚支护。主厂房开挖共分九层，由上往下依次开挖支护。11.3.2施工情况龙滩水电站地下主厂房开挖采用三臂液压凿岩台车为主的大型机械化钻爆法作业，分九层开挖支护,均采用了湿喷射湿聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土施工工艺。该工程开挖支护于2001年7月开工，2004年7月完工。主要工程量：喷丙烯微纤维C20混凝土5164m，钢纤维C30混凝土6221m。11.3.3工程监测与结果评价采用湿喷射湿聚丙烯微纤维（钢纤维）混凝土工法进行施工，增强了开挖围岩稳定，有效减弱围岩变形，保证后期支护的安全性,围岩应力较小,顶拱目前最大变形低5.7mm,围岩处于稳定状态，整个厂房成型较好,平均径向超挖低于14.6cm,施工过程是处于安全、稳定、快速、优质的可控状态,从未发生隧洞塌方情况，得到各方好评。 总之,该工法具有喷锚支护施工粉尘浓度低的特点，适用地下工程洞室施工环境施工有利于文明施工，同时,具有工程进度快、减少人工费用和设备使用周期的显著经济效益和社会效益。833'