王文祥

（山西中部引黃水務(wù)開發(fā)有限公司山西太原030000）

1 工程概況

山西省中部引黃工程是山西省“十二五規(guī)劃”大水網(wǎng)建設(shè)中一項重要的工程，工程包括水源工程和輸水工程。水源工程取水口位于保德縣天橋水電站左壩頭上游380 m 處，泵站位于水源工程的末端，泵站廠房為地下廠房，布置7 臺水泵（五工兩備），總裝機容量9.9 萬kW，設(shè)計揚程200 m，設(shè)計取水流量23.55 m3/s。

泵站地下廠房由安裝間、主廠房、副廠房組成。開挖斷面長120.8 m，寬21.3～25.84 m，高41.6 m。底板開挖高程800.4 m，頂拱開挖高程842.0 m。泥灰?guī)r分布高程范圍為829.5～861.8 m，泥灰?guī)r層主要分布于廠房頂拱部位，厚度5.5～18.7 m。開挖揭露出來之后，在地下水的作用下泥灰?guī)r極易軟化，導(dǎo)致洞室穩(wěn)定性極差，安全風(fēng)險大。為了保證開挖過程中的人員和設(shè)備安全，采取了一系列的工程措施進行初期支護，除了錨桿、錨索等措施外，鋼纖維噴射混凝土也是其中一項重要的措施。

2 鋼纖維噴射混凝土的技術(shù)要求

應(yīng)用于本工程的鋼纖維噴射混凝土設(shè)計指標(biāo)為C30W10，噴護厚度20 cm，鋼纖維噴射混凝土28 d 齡期力學(xué)性能指標(biāo)要求：單位容重大于2.3 t/m3、彎拉強度大于3.8 MPa、鋼纖維噴射混凝土與巖面之間的粘結(jié)強度不小于0.5 MPa。

2.1 鋼纖維噴射混凝土材料和配合比

鋼纖維混凝土材料由水泥、細(xì)骨料、砂料、水、鋼纖維、硅粉和外加劑組成。

1）水泥

水泥采用普通硅酸鹽水泥，不得低于42.5，出庫前對質(zhì)量作出鑒定，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)者方可使用。

2）硅粉

硅粉摻量建議采用每立方米混凝土中30 kg。

3）細(xì)骨料和砂料

細(xì)骨料粒徑為0.5～1.0 cm；砂的粒徑為0～0.5 cm。砂石料級配經(jīng)試驗獲得。

4）水

本工程混凝土拌和用水為地表水，依照規(guī)范檢驗合格后使用。

5）鋼纖維

（1）鋼纖維應(yīng)具有較大的抗拉強度，宜用冷拔鋼絲切斷型鋼纖維，其抗拉強度應(yīng)大于1 000 N/mm2。

（2）為了減少或降低鋼纖維對噴射軟管的磨損，應(yīng)選擇韌性較好的鋼纖維，其端頭斷面應(yīng)為規(guī)則、光滑的圓形，杜絕出現(xiàn)斜角、尖角等形狀。

（3）鋼纖維的長度宜為25～35 mm，直徑為0.5～0.8 mm，長徑比40～80，在滿足混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能要求的前提下，其鋼纖維的摻量應(yīng)合理，體積率為0.4%～1.0%，鋼纖維推薦摻量為30～50 kg/m3，具體摻量可根據(jù)圍巖情況、鋼纖維品質(zhì)，通過現(xiàn)場試驗確定。

（4）鋼纖維外觀質(zhì)量滿足要求，無污漬、銹蝕等。

6）外加劑

除摻入硅粉外，還需加入適量的速凝劑（常用摻量為3%～8%水泥用量）和減水稠度穩(wěn)定劑（常用摻量為每立方米混凝土5kg）。

7）鋼纖維噴射混凝土配合比

設(shè)計配合比參考值見表1。

表1 鋼纖維噴射混凝土配合比 單位：kg/m3

2.2 鋼纖維噴射混凝土的施工要求

2.2.1 拌合

1）根據(jù)噴射作業(yè)情況，分層進行噴射，每層噴射厚度可為5～10 cm，每次拌合方量根據(jù)噴射厚度、噴射范圍、噴射設(shè)備以及一次噴射能力情況來確定拌合方量。拌合方量確定后，再根據(jù)選定的配合比計算各種材料用量。

所有材料都加入攪拌機后，采用先干拌后加水的攪拌方式，然后加水和稠度穩(wěn)定劑進行充分拌合，并使鋼纖維均勻地分解開來。鋼纖維在混合料中應(yīng)分布均勻，不得出現(xiàn)局部鋼纖維聚集或者鋼纖維結(jié)團、堵管、鋼纖維彎曲、折斷現(xiàn)象。攪拌時間隨攪拌設(shè)備而定，一般攪拌時間不少于3 min。

2）拌合過程中嚴(yán)禁通過過量加水來改變其稠度。鋼纖維噴射混凝土比普通噴射混凝土更為剛硬。如果過量加水改變其稠度，則會影響鋼纖維噴射混凝土強度?？赏ㄟ^增加砂率、膠凝材料和外加劑實現(xiàn)其工作性能，推薦作業(yè)面混凝土的塌落度為14±2 cm。

2.2.2 速凝劑摻入

速凝劑在噴射施工過程中加入，當(dāng)混凝土料開始噴射時，速凝劑通過速凝劑管在噴嘴處在高壓風(fēng)的作用下滲入混凝土中，起到速凝作用。

2.2.3 噴槍距離及噴射角度

1）噴槍到工作面的距離在0.8～1.2 m 之間，噴槍與基面的夾角大于45°。

2）噴射時沿基面最底部從下往上進行，噴槍連續(xù)平穩(wěn)地按固定形狀旋轉(zhuǎn)噴射，這樣可以使噴射鋼纖維混凝土分布均勻，并使由于不規(guī)范操作而造成的影響降到最低。

2.2.4 噴射操作

1）開挖完成以后，在基底表面清理滿足噴射要求時，按開挖支護步序要求，進行錨噴支護施工。待上述工作完成以后，再進行下一循環(huán)開挖，開挖和支護施工必須交替進行。

2）對于分層噴射的鋼纖維混凝土，為保證各層之間有較強的粘附力，在后一層噴射前對爆破和挖掘時在混凝土表面產(chǎn)生的灰塵等廢棄物進行徹底的清理，以便保證達(dá)到設(shè)計要求。

3）噴射順序自下而上進行，噴射開始時，先送風(fēng)、后開機、再給料。噴射結(jié)束時，待料噴完后，再關(guān)風(fēng)，同時將濕噴機及輸料管清洗干凈。噴混凝土施工前埋設(shè)控制噴層厚度的標(biāo)志。在前一層混凝土終凝后再進行后一層噴射作業(yè)。若后一層混凝土終凝1 h 后再進行噴射的，需將前一層噴射面進沖洗干凈。從前一噴混凝土區(qū)段結(jié)束到下一循環(huán)的掘進爆破時間間隔不小于4 h。

2.2.5 粘結(jié)

為保證基底與鋼纖維混凝土之間的粘結(jié)作用，噴射時盡量貼近基底。基底盡量避免擾動以保證其完整性和強度。

2.2.6 回彈

噴射時控制好噴射速度及距離以保證噴層密實，回彈合理，不發(fā)生塌落現(xiàn)象。嚴(yán)禁重復(fù)使用回彈下來的材料。

2.2.7 鋼纖維噴射混凝土表面處理

噴射施工完成后可能會有一些鋼纖維暴露或突出于噴層表面，應(yīng)在噴層表面再噴射一層20 mm 厚強度等級不低于鋼纖維噴射混凝土強度等級的水泥砂漿覆蓋層，以防止鋼纖維發(fā)生腐蝕。

2.3 質(zhì)量控制和驗收

所有材料需經(jīng)檢查合格后方可使用。

施工單位應(yīng)提供鋼纖維噴射混凝土實際采用的配合比及施工工藝記錄。

施工過程中進行抽樣檢查，檢查內(nèi)容包括：坍落度、初凝時間、終凝時間、噴層厚度、抗壓強度、抗剪強度、抗彎強度、粘結(jié)強度等指標(biāo)，檢查結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計要求。

鋼纖維的質(zhì)量檢驗：鋼纖維長度偏差不應(yīng)超過長度公稱值的±5%。每5 t 產(chǎn)品隨機取樣100 根；鋼纖維的抗拉強度不低于1 000 MPa；鋼纖維外觀質(zhì)量滿足要求，無污漬、銹蝕等。

噴層厚度的檢查可采用鑿孔法或其它方法檢查，厚度檢查斷面的數(shù)量按GB50086 和SL377 確定。合格條件為：每個斷面上，全部檢查孔處的噴層厚度60%以上不應(yīng)小于設(shè)計厚度；最小值不應(yīng)小于設(shè)計厚度的50%；同時，檢查孔處厚度的平均值不應(yīng)小于設(shè)計厚度。

鋼纖維噴混凝土粘結(jié)強度檢查：應(yīng)在有代表性部位進行該項檢查，每組不少于3 個試件。

噴層外觀上不得有漏噴、離鼓現(xiàn)象和影響安全的裂縫，系統(tǒng)錨桿尾端不得外露。

3 結(jié)論

事實證明，鋼纖維噴射混凝土在中部引黃水源工程泵站地下廠房開挖施工過程中的應(yīng)用是成功的，保證工程經(jīng)濟合理安全地按照預(yù)定時間完成了施工任務(wù)，也為今后在類似復(fù)雜地質(zhì)條件下的地下廠房開挖積累了寶貴的經(jīng)驗。