摻聚丙烯微纖維(鋼纖維)濕噴混凝土施工工法摻聚丙烯微纖維（鋼纖維）濕噴混凝土施工工法中國水利水電第十四工程局二00七年五月審查：和孫文校核：楊元紅、徐萍、沈嗣元編制：沈嗣元王紅軍王榮富王斌楊元紅目錄1．前言 12．工法特點 13．適用范圍 14．工藝原理 15．施工工藝流程及操作要點 25.1施工工藝流程 25.2操作要點 25.2.1準備工作 25.2.2噴混凝土施工 25.3強度試驗與厚度檢查 36．材料與設(shè)備 46.1原材料 46.1.1水泥 46.1.2骨料 46.1.3水 46.1.4速凝劑 46.1.5聚丙烯微纖維 46.1.6鋼纖維 56.2機具設(shè)備 57．質(zhì)量控制 58．安全措施 59．環(huán)保措施 610．效益分析 610.1經(jīng)濟效益 610.2社會效益 611．應(yīng)用實例 711.1實例1 711.1.1工程概況 711.1.2施工情況 711.1.3工程監(jiān)測與結(jié)果評價 711.2實例2 811.2.1工程概況 811.2.2施工情況 811.2.3工程監(jiān)測與結(jié)果評價 811.3實例3 811.3.1工程概況 811.3.2施工情況 811.3.3工程監(jiān)測與結(jié)果評價 8摻聚丙烯微纖維（鋼纖維）濕噴混凝土施工工法中國水利水電第十四工程局沈嗣元王紅軍王榮富王斌楊元紅1．前言在地下各類洞室的開挖支護施工中，一般遵循“新奧法”適時支護原則，使其洞室圍巖自穩(wěn)聯(lián)合受力。濕噴射聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土在洞室開挖支護施工中發(fā)揮十分有效的作用，但因地下洞室具有空氣流通性較弱、自身凈化能力低，工作面空間狹窄等環(huán)境特點，如何保證地下洞室在開挖施工中具有良好施工環(huán)境，并適時支護發(fā)揮作用，是該施工的技術(shù)難點。傳統(tǒng)的普通噴射混凝土技術(shù)存在結(jié)構(gòu)強度低、容易產(chǎn)生裂縫等特性。中國水利水電第十四工程局在所承建的大型地下工程施工中不斷總結(jié)及改善洞室開挖支護技術(shù)，在龍灘、小灣、三峽、溪洛渡等大型水電站導(dǎo)流洞、地下廠房、主變室和尾水隧洞等地下工程中均成功采用技術(shù)先進、工藝成熟的濕噴射聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土施工工藝，增強了洞室圍巖支護力，加快了施工進度，并解決了傳統(tǒng)的（干噴）普通混凝土噴護工藝強度低、容易產(chǎn)生裂縫的弱點，具有技術(shù)先進性，并有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。2．工法特點2.1濕噴射聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土是在普通混凝土中摻入聚丙烯微纖維或鋼纖維，使其抗裂、抗拉、抗壓性能增強，使得洞室圍巖支護有效增加，確保工程快速、安全、有效施工。2.2濕噴混凝土與干噴混凝土相比，各種力學(xué)指標都有較大的提高，在公路、交通、水利水電等地下洞室錨噴支護施工中，濕噴混凝土有效地解決了粉塵濃度高和回彈損失量大的難題。3．適用范圍適用于地下洞室的噴錨支護，目前，已廣泛應(yīng)用于各類地下洞室及邊坡支護工程。4．工藝原理聚丙烯微纖維(鋼纖維)混凝土是在普通混凝土集料中摻人分布均勻且離散的聚丙烯微纖維或鋼纖維，在風(fēng)力的作用下，經(jīng)噴射機噴射而成，是一種新型復(fù)合材料。由于在普通混凝土中摻入了均勻且離散的聚丙烯微纖維或鋼纖維，在其內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系，從而產(chǎn)生一種有效的二級加強效果，削弱混凝土的塑性收縮，收縮的能量被分散到無數(shù)的纖維絲上，從而，有效地增強混凝土的韌性，減少混凝土初凝時收縮引起的裂紋和裂縫。同時，可以有效阻礙骨料的離析。5．施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土濕噴射作業(yè)的施工程序為：測量定位→松動巖石及粉塵清理→錨桿安裝或掛鋼筋網(wǎng)→表面清洗→厚度標志→倉面驗收→噴射作業(yè)→檢查補噴→養(yǎng)護→厚度及密實度檢查、強度試驗。5.2操作要點5.2.1準備工作1、收集和研究相關(guān)技術(shù)資料，事先檢查其斷面是否欠挖，欠挖事先處理。對開挖已驗收合格，要進行噴混凝土施工的部位，首先由測量人員用紅油漆標出其高程和樁號，然后對巖石表面松動的石塊及浮土用人工進行細致的撬挖與清理。撬挖清理完畢后，若需裝錨桿或掛鋼筋網(wǎng)，則先進行錨桿或鋼絲網(wǎng)的施工，然后用壓力水槍或風(fēng)槍對受噴面松散的泥土及雜物等進行徹底清洗。清洗完畢后，巖面清洗完畢后，用插筋或錨桿按約3.0×3.0m的間距作好噴聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土厚度標記2、作業(yè)班組先自己認真檢查，自檢合格后，班組填寫好驗收記錄表報送二檢驗收；二檢驗收合格后報三檢驗收；經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格，倉面準備就緒。3、噴混凝土臺車開機前準備工作1）、噴射開始，先對噴車送風(fēng)和水，并檢查和調(diào)整風(fēng)與水的壓力。2）、檢查速凝劑箱液面高度，根據(jù)噴射混凝土量添加速凝劑；3）、轉(zhuǎn)動速凝劑調(diào)節(jié)表盤，使速凝劑添加量符合混凝土配合比；4）、檢查壓力控制器的動作壓力是否與輸送距離等有關(guān)參數(shù)相適應(yīng)；5）、連接混凝土管、出料彎管、噴嘴、連接砼輸送軟管；6）、合上電路總開關(guān)，檢查電壓是否正常；7）、啟動計量泵，觀察吸人管內(nèi)液體流動是否正常；8）、用水灰比為1:2的凈水泥漿潤滑噴車的料斗及輸料管路。5.2.2噴混凝土施工1、噴混凝土料的拌和按照設(shè)計配合比配料，先投入碎石，然后投入纖維（鋼纖維束(水溶性膠合劑粘結(jié)成束)可先用清水浸泡分解成單根），再投入砂子攪拌兩分鐘，使纖維充分打開，然后投入水泥和水按常規(guī)工藝攪拌均勻即可，使纖維充分混和。2、噴射混凝土操作1)、噴嘴垂直對著受噴面，按照“濕噴機操作”開啟濕噴機；2)、連續(xù)上料，保持料斗內(nèi)料滿，并在料斗口上設(shè)一活動的15mm孔徑篩網(wǎng)，避免超粒徑骨料進人機內(nèi)；3)、噴射部分順序:應(yīng)分段、分部、分塊、自下而上進行，噴射前個別受噴面凹洼處，應(yīng)先噴找平；4)、噴射操作時，噴嘴與受噴面的距離應(yīng)保持在1.5m～2.0m，此時回彈量最低，壓實性最好。噴頭與受噴面的距離太近時，壓縮空氣會將剛粘在受噴面上的混凝土拌合料吹走，使粗骨料的回彈量增加，同時噴頭與受噴面的距離還取決于拌合料的骨料粒徑、顆粒級配、氣壓和配料的輸送距離，操作手操作時可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)兩者間的距離，直到達到最低的回彈量。5)、噴射角度噴嘴與受噴面的垂線夾角宜控制在10～15o，若受噴面被格柵、鋼筋網(wǎng)覆蓋時，可將噴頭稍加偏斜，但不宜大于20°。6)、噴頭運動方式噴頭應(yīng)連續(xù)不斷的作圓圈運動，并形成螺旋形轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)直徑約為20cm～30cm；后一圈壓前一圈三分之一，噴射路線應(yīng)分段、分部、分塊按先墻后拱，自下而上地進行。7)、噴射厚度剛噴的混凝土有一定流動性，一次噴射的厚度須進行控制。一般垂直邊墻為4～5cm，拱頂3～4cm，斜坡面可適當(dāng)加厚。影響噴層厚度的主要因素是坍落度、速凝劑的作用效果和氣溫。一般8cm的坍落度可獲得較厚的噴層，能保證讓砼早2min內(nèi)凝結(jié)，效果較好，作業(yè)面的氣溫在15℃8)、特殊部位的噴射拱部光滑面的噴射:按鹼水泥砂漿配合比拌合砂漿，并適當(dāng)加大速凝劑摻量，在受噴面噴一層厚約2.0cm5.3強度試驗與厚度檢查1、噴聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土的強度試驗采用現(xiàn)場取樣。每噴50～100m3取樣一組，每組不少于3個。聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土方量不到50m3的獨立工程，取樣至少一組。當(dāng)聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土原材料或配合比發(fā)生變更時，另取一組2、原則上當(dāng)聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土噴完7天后即可進行厚度檢查，檢查方法為定點取芯法。檢查的點位與數(shù)量按以下規(guī)定確定：1）、洞室開挖：檢查點位按斷面分組，取樣斷面的數(shù)量按表一確定。長度不足的獨立工程至少取一個斷面。每個取樣斷面的檢查點從拱頂中線起，每隔2～3m設(shè)一個，但拱頂至少3個，全斷面不少于5個。2）、露天坡面：每50～100m2取一組，不到50m2的獨立工程至少取一組。每組隨機取3個點，特殊部位按監(jiān)理工程師指示取點。具體詳見表5.3。表5.3洞室開挖噴砼厚度檢查斷面表單位：m隧洞跨度<55～1515～25>25斷面間距40～5020～4010～205～10豎井直徑<55～8>8斷面間距20～4010～205～106．材料與設(shè)備6.1原材料6.1.1水泥優(yōu)先選用符合國家標準的普通硅酸鹽水泥，當(dāng)有防腐或特殊要求時，經(jīng)監(jiān)理人批準可采用特種水泥。一般水泥應(yīng)采用水泥強度等級42.5級的普通硅酸鹽水泥。進場水泥應(yīng)有生產(chǎn)廠的質(zhì)量證明書，其標準應(yīng)符合國家標準GB175規(guī)定。6.1.2骨料細骨料應(yīng)采用堅硬耐久的粗、中砂，細度模數(shù)宜不大于2.5；粗骨料應(yīng)采用耐久的卵石和碎石，粒徑不應(yīng)大于15mm；噴射混凝土中不得使用含有活性二氧化硅的骨料。噴射混凝土的骨料級配，應(yīng)滿足表6.表6.骨料粒徑（mm）項目0.150.300.601.202.505.0010.0015.00優(yōu)5～710～1517～2223～3134～4350～6078～82100良4～85～2213～3118～4126～5440～7062～901006.1.3水1、凡適宜飲用的水均可使用，未經(jīng)處理的工業(yè)廢水不得使用；2、拌和用水所含物質(zhì)不影響混凝土和易性和混凝土強度的增長，并不致引起鋼筋和混凝土的腐蝕；3、水的PH值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸鹽、硫化物的含量應(yīng)符合表6.1.3表6.項目預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋混凝土素混凝土PH值＞4＞4＞4不溶物（mg/L）＜2000＜2000＜5000可溶物（mg/L）＜2000＜5000＜10000氯化物（以Cl-計）（mg/L）＜500＜1200＜3500硫酸鹽（以SO42-計）（mg/L）＜600＜2700＜2700硫化物（以S2-計）（mg/L）＜100－－注：使用鋼絲或經(jīng)熱處理的鋼筋的預(yù)應(yīng)力混凝土氯化物含量不得超過350mg/L.6.1.4速凝劑濕噴混凝土優(yōu)先選用液態(tài)速凝劑，采用初凝時間不大于5min，終凝時間不大于10min。6.1.5聚丙烯微纖維技術(shù)指標：抗拉強度≥450MPa、纖維楊氏彈性模量≥3500MPa、纖維斷裂伸長率≤25%、微纖維長度≥14mm，摻量一般為0.9kg/m3。6.1.6鋼纖維抗拉強度≥1000MPa、纖維的直徑應(yīng)在0.3mm～0.6mm，長度按設(shè)計要求，每方噴射混凝土摻量一般為40kg～50kg范圍內(nèi)，并根據(jù)試驗確定。6.2機具設(shè)備濕噴機:采用MEYCO（A901C）型濕噴混凝土機，該濕噴機采用泵送設(shè)備輸送混凝土，自帶壓風(fēng)設(shè)備，在噴嘴處將液體速凝劑均勻摻入混凝土并將混凝土用風(fēng)噴射至巖面。生產(chǎn)率:30m3/h；泵送最大輸送距離:水平300泵送m，垂直100m；噴高范圍14.5m，工作寬度26m，機前距離13m，機旁粉塵濃度小于等于10mg/m3。7．質(zhì)量控制7.1施工前，作業(yè)廠隊和施工班組必須收集并認真研究相關(guān)圖紙、文件，嚴格按照設(shè)計圖紙和規(guī)范規(guī)定組織施工。7.2各分項工程的驗收嚴格執(zhí)行“三檢制”。首先由作業(yè)班組自檢，并按要求填好分項工程驗收表；自檢合格后報隊級質(zhì)檢員復(fù)檢（二檢）；復(fù)檢合格后報請三檢，三檢合格后由質(zhì)量部報請監(jiān)理工程師終檢。7.3嚴格按設(shè)計配合比拌制聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土。拌和前，實驗室人員認真檢查提供的配合比是否有誤；拌和人員對照實驗室提供的聚丙烯微纖維（鋼纖維）砼配合比清單，認真調(diào)試好拌和站的稱量系統(tǒng)和運轉(zhuǎn)設(shè)備。稱量偏差控制為：水泥、水和外加劑±2%；砂石±3%。現(xiàn)場拌制砼時，將實驗室提供的配合比進行換算并制成以下表格，以便現(xiàn)場稱量。7.4受噴面必須清洗干凈，噴前應(yīng)保持濕潤但又不能有流水，確保聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土與基面結(jié)合緊密。當(dāng)受噴面滲水較多時，應(yīng)先設(shè)排水管將滲水引出，然后再噴混凝土。7.5聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土噴完后須認真養(yǎng)護。養(yǎng)護方式有噴霧、灑水等多種。當(dāng)空氣相對濕度達到85%以上時，可采用自然養(yǎng)護。養(yǎng)護齡期≮15天。7.6聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土緊跟開挖作業(yè)時，為了盡量減少暴破沖擊震動給新噴聚丙烯微纖維（鋼纖維）砼帶來的危害，要求下一循環(huán)放炮與聚丙烯微纖維（鋼纖維）砼噴完的間隔時間≮3小時，以確保聚丙烯微纖維（鋼纖維）砼完全凝固并具有足以抗拒暴破沖擊震動的強度。8．安全措施8.1加強安全管理，樹立職工的安全意識，并派專人進行安全巡視檢查。8.2注意松石、危石傷人，施工前及時處理。8.3設(shè)備停放部位要安全平穩(wěn)，支腿須著落在堅實穩(wěn)固的地面上。8.4洞內(nèi)或晚間作業(yè)時要有良好的通風(fēng)與照明，并定期檢查洞內(nèi)有害氣體濃度。8.5噴射作業(yè)前要認真檢查輸料管及其接頭等有無破損、松動，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。8.6認真檢查電源線路和設(shè)備的電器部件，保證用電安全。8.7處理堵管時，工作風(fēng)壓≯0.4Mpa。9．環(huán)保措施9.1在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強對施工工程材料、設(shè)備、廢水、生產(chǎn)生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規(guī)章制度，做好文明施工，加強對職工的環(huán)保、水保教育，提高職工的環(huán)保、水保意識，杜絕人為破壞環(huán)境的行為做好施工區(qū)環(huán)境保護和水土保持工作。9.2在工程施工過程中，加強施工機械的凈化，減少污染源(如摻柴油添加劑，配備催化劑附屬箱等)，配置對有害氣體的監(jiān)測裝置，禁止不符合國家廢氣排放標準的機械進入工區(qū)。加強對施工中有毒、有害、易燃、易爆物品的安全管理，防止管理不善而導(dǎo)致環(huán)境事故的發(fā)生9.3進場施工機械和進場材料停放、堆存要集中整齊，施工車輛在施工完后都將必須清洗干凈后，方可停放在指定停車場。建筑材料堆放有序，并掛材料名稱、規(guī)格、型號等標志牌。9.4施工廢水、廢油和生活廢水經(jīng)污水處理池（站），經(jīng)處理后達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準及地方環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定再排放，保證下游生產(chǎn)、生活用水不受污染。生活污水按招標文件的有關(guān)規(guī)定處理合格后排放。9.5做好施工產(chǎn)生的棄渣和其它工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，棄渣和工程廢棄物拉至指定地點堆放和治理。9.6洞室作業(yè)需設(shè)置有效的通風(fēng)排煙設(shè)施，保證空氣流通，灑水除塵，防止或減少粉塵對空氣的污染，作業(yè)人員配備必要的防塵勞保用品，大型鉆孔設(shè)備配備除塵裝置，使鉆進時不起塵。10．效益分析10.1經(jīng)濟效益1、噴射濕聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土有較高的粘稠性，噴射濕聚丙烯微纖維回彈率為5%～12%，噴射普通混凝土其回彈率為15%～25%，所以其比噴射普通混凝土顯著降低混凝土回彈量，回彈降低幅度為10%~13%；還增加了一次噴射厚度，減少噴射次數(shù)，提高噴射效率，提高生產(chǎn)能力。與合同工期比較工期縮短，減少人工費用和設(shè)備使用周期，降低了成本，具有明顯的經(jīng)濟效益。以小灣水電站地下廠房和主變室濕噴微纖維（鋼纖維）混凝土經(jīng)濟效益對比為例，該部位共有丙烯微纖維C25混凝土6869m3，丙烯微纖維C20混凝土2977m3，鋼纖維C30混凝土5237m3，由于回彈降低幅度節(jié)約丙烯微纖維C25混凝土687m3，丙烯微纖維C20混凝土296m3，鋼纖維C30混凝土524m3，其單位直接費分別為696元/m3、574元/m3、120210.2社會效益1、在隧道工程及地下錨噴支護施工中，濕噴聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土采用麥斯特噴車和濕噴工藝，減少了噴射混凝土回彈量和有效地解決了粉塵濃度高的技術(shù)難題，降低噴射普通混凝土粉塵多的毛病，粉塵量的減少改善了噴射混凝土施工環(huán)境，降低了作業(yè)人員砂塵病的概率，有利于文明施工。2、噴射濕聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土的抗裂、抗拉、抗壓等各種力學(xué)指標均比噴射普通混凝土有較大提高，特別是混凝土的抗裂能力，增加了初期支護能力，加強了后期施工的安全。3、本工法為以后同類地下工程在類似條件情況下提供了技術(shù)參考指標，促進地下工程技術(shù)的進步，具有較好社會效益。11．應(yīng)用實例11.1實例1小灣水電站地下工程（導(dǎo)流洞工程、主副廠房工程和主變室）。11.1.1工程概況小灣水電站導(dǎo)流洞工程：1#、2#導(dǎo)流隧洞平行布置在左岸，洞軸線中心距48，城門洞型。隧洞開挖斷面大小根據(jù)圍巖類別有五種規(guī)格，標準斷面尺寸在17.4×20.3m～19.4×22.2m(寬×高)。噴混凝土支護包括噴C20普通混凝土厚10cm或15cm，掛網(wǎng)噴C25微纖維混凝土厚20cm（進出口洞段及洞身不良地質(zhì)洞段）。小灣水電站地下廠房系統(tǒng)布置在雙曲拱壩右岸山體內(nèi)，主廠房開挖尺寸298.4×30.6×84.88m（長×寬×高）。由于主副廠房開挖跨度較大，采用系統(tǒng)錨桿、噴C25纖維混凝土20cm厚支護，斷層破碎帶加鋼筋肋拱噴C30鋼纖維混凝土20cm。主廠房開挖共分十層，由上往下依次開挖支護。小灣水電站引水發(fā)電系統(tǒng)主變室：主變室位于廠房下游，與廠房凈距49.7～50.0m；主變室開挖尺寸為230.6m(長)×19m(寬)×23.642m(高)。主變室開挖共分三層，由上往下依次開挖支護，由于頂層開挖跨度較大，采用頂拱以Φ28(36)、L=4.5m(9m)砂漿錨桿進行支護，噴C30鋼纖維砼厚度為20cm；主變室邊墻以1000KN、L=20～35m錨索和Φ28、L=4.5m(6m)砂漿錨桿進行支護，噴C20微纖維砼厚度為15cm。11.1.2施工情況小灣水電站1#、2#導(dǎo)流隧洞、小灣水電站地下廠房和主變室開挖各工作面均采用三臂液壓鑿巖臺車為主的大型機械化鉆爆法作業(yè)，開挖采用分層開挖支護方法,均采用了噴射濕聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土施工工藝方法。導(dǎo)流隧洞開挖支護工程于2002年7月20日開工，2004年4月3日竣工。主要工程量：噴丙烯微纖維C25混凝土4614m3，鋼纖維C30混凝土8428m3。小灣水電站地下廠房和主變室開挖支護于2004年12月開工，2006年7月結(jié)束。主要工程量：噴丙烯微纖維混凝土9846m3，鋼纖維C30混凝土5237m3。11.1.3工程監(jiān)測與結(jié)果評價采用濕噴射聚丙烯微纖維（鋼纖維）混凝土工法進行施工，增強了開挖初期圍巖穩(wěn)定力，有效減弱圍巖變形，保證后期支護的安全性,圍巖應(yīng)力較小。導(dǎo)流洞最大變形16cm，從未發(fā)生隧洞塌方，得到各方好評，2004年10月20日過水分流至今，運行安全，被評為“全國建筑行業(yè)用戶滿意工程”。主副廠房工程頂拱最大變形4.5mm，頂拱開挖大面平整,整個廠房成型在目前國內(nèi)最好,平均徑向超挖13.6cm；主變室頂拱最大變形2.8mm，頂拱開挖大面平