濕噴鋼纖維混凝土在公伯峽水電站導(dǎo)流洞工程中的應(yīng)用

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1、工程地質(zhì)簡介
    公伯峽水電站右岸導(dǎo)流洞段總長721.021 m，最大開挖斷面寬16 m、高18.5 m，洞內(nèi)Ⅳ、Ⅴ類圍巖段長共計365 m，占隧洞段全長的51%，Ⅳ類圍巖巖體較破碎，風化強烈，斷層帶常充填著無膠結(jié)的糜棱巖和破碎巖，Ⅴ類圍巖處于古全風化的花崗巖體中，巖性軟弱，巖體破碎，裂隙面充填膠泥，裂隙性潛水較發(fā)育，巖體開挖后，洞壁易松弛卸荷，自穩(wěn)時間短。導(dǎo)流洞上擴開挖貫通后，設(shè)計單位考慮到導(dǎo)流洞下臥開挖時Ⅳ、Ⅴ類圍巖邊墻的穩(wěn)定及導(dǎo)流洞塌方區(qū)鎖口加固需要，將局部地段由原設(shè)計的網(wǎng)噴混凝土改為鋼纖維噴混凝土。經(jīng)實踐應(yīng)用，濕噴鋼纖維混凝土在噴射混凝土生產(chǎn)、噴射、質(zhì)量、安全等方面較干噴鋼筋網(wǎng)混凝土具有明顯的優(yōu)勢。
    2、鋼纖維噴混凝土的應(yīng)用原理
    噴射混凝土中摻入鋼纖維，為混凝土提供了微型配筋，可增強與混凝土之間的握裹力和錨固力，顯著提高混凝土的抗裂性、延性、韌性及抗沖擊能力。同一般噴射混凝土相比，它具有韌性好、適應(yīng)變形能力強和良好的抗?jié)B性、耐久性等優(yōu)點，起到代替鋼筋網(wǎng)或鋼筋的作用，并與圍巖及時、完全結(jié)合，充分發(fā)揮圍巖自承能力，從而減小圍巖變形，達到圍巖穩(wěn)定，不但技術(shù)先進，施工速度快，同時具有較好的施工安全性，經(jīng)濟上也較合理。
    3、濕噴鋼纖維混凝土配合比設(shè)計
    3.1 導(dǎo)流洞鋼纖維噴混凝土支護設(shè)計意圖
    （1）公伯峽水電站導(dǎo)流洞進口段發(fā)生冒頂塌方后，根據(jù)地質(zhì)資料分析，塌方區(qū)上游端有f₁₀₄、f₂₆斷層通過，下游端有f₂₅、f₂₉、f₃₃斷層通過，為防止圍巖進一步變形引起新的塌方，塌方區(qū)上下游端部急需鎖口加固，即架設(shè)鋼拱架部位全斷面采用噴射鋼纖維混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土，將鋼拱架埋入鋼纖維混凝土中，噴射厚度平均50 cm，使鋼拱架和鋼纖維混凝土共同形成混凝土支撐拱。
    （2）針對導(dǎo)流洞出口段Ⅴ類圍巖區(qū)邊墻開挖后圍巖自穩(wěn)時間短的特點，采取噴射10 cm厚鋼纖維混凝土，節(jié)省支護時間，使邊墻巖體在自穩(wěn)時間內(nèi)及時得到加固。
    3.2 材料選定
    3.2.1 鋼纖維材料
    對鋼纖維，首先進行國內(nèi)外廠家質(zhì)量對比，同時參考了已建的二灘水電站等工程的實踐，并根據(jù)咨詢專家的建議，最終選定了比利時貝卡爾特公司生產(chǎn)的佳米克司ZP30／0.5型鋼纖維。ZP30／0.5型鋼纖維長度為30 mm，直徑為0.5 mm，長徑比為60，單根抗拉強度≥1 100 MPa，兩端帶有彎鉤。
    3.2.2 骨料
    公伯峽水電站壩區(qū)下游有兩個天然的河床砂石料場，對料場取樣實驗檢測資料表明，粗細骨料均能滿足工程需要。另外，天然的河床卵石骨料外形圓滑，可泵性良好，能節(jié)約大量水泥，減少每立方米混凝土用水量，降低噴混凝土的干縮性，因此優(yōu)選天然骨料。骨料的級配和質(zhì)量要求按《實驗規(guī)范大綱》進行。濕噴鋼纖維混凝土的粗骨料最大粒徑為15 mm，級配良好；細骨料采用細度模數(shù)3.0的天然河沙。
    3.2.3 硅粉
    濕噴鋼纖維混凝土中摻加硅粉的主要目的是改善噴混凝土的可泵性和噴射性能。硅粉由極微細的顆粒組成，其微粒比表面積在20 m²／g以內(nèi)，而普通硅酸鹽水泥的表面積為0.2～0.5 m²／g。摻加硅粉后，增強了混凝土的粘性，有效阻止了混凝土的離析，減少了噴射過程中堵管的可能性。噴混凝土粘性的增強，需要增加減水劑的用量，但可降低混凝土回彈量和速凝劑的用量。硅粉的摻加量應(yīng)通過實驗控制，摻加量太大容易造成噴混凝土面塑性干縮開裂。公伯峽水電工程導(dǎo)流洞鋼纖維噴混凝土使用的是青海民和鎂廠生產(chǎn)的硅粉，硅粉摻加量為膠凝材料用量的8%。
    3.2.4 水泥
    水泥選用青海互助水泥廠生產(chǎn)的525號普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢驗，標準稠度、凝結(jié)時間、安全性等符合要求。
    3.2.5 減水劑
    選用天津外加劑廠生產(chǎn)的MF－2型減水劑，拌制混凝土時添加，添加量為0.4%，減水效果明顯，每立方米混凝土減少用水35 kg。
    3.2.6 速凝劑
    選用天津外加劑廠生產(chǎn)的LD－991型液體速凝劑，由濕式噴射機添加，添加量為膠凝材料的4.5%。
    3.3 配合比試驗
    與普通噴混凝土相比，濕噴鋼纖維混凝土的配合比除了需要考慮到普通噴混凝土配合比設(shè)計因素外，必須考慮到噴混凝土的可泵性及混凝土在噴射面上的附著性。實驗人員首先在試驗室進行配合比篩選，然后進行實地噴射實驗。實地噴射實驗的主要目的是：①觀察噴混凝土對噴射面的附著性，即噴射面上的新鮮混凝土是否會塌落；②現(xiàn)場噴射混凝土大板，以便實驗取心樣檢測試件強度；③觀察噴混凝土中鋼纖維分布的均勻性；④測試濕噴鋼纖維混凝土的回彈率；⑤測試濕噴鋼纖維混凝土的可泵性。最初濕噴鋼纖維混凝土配合比沒有采用減水劑，配合比見表1。后根據(jù)28 d強度分析及回彈測試，實驗人員對配合比中的水灰比及砂率作了調(diào)整，調(diào)整后的配合比見表2。
    4、施工質(zhì)量控制
    4.1 濕噴機的選用
    根據(jù)國內(nèi)外濕噴機性能及價格對比，最終選定鄭州生產(chǎn)的康達牌濕噴機，濕噴機自配流量泵和儀表以控制液體速凝劑的用量，濕噴機出料能力為6 m³／h。