【摘要】噴射混凝土與受噴層之間的粘結(jié)強(qiáng)度大小對(duì)工程支護(hù)和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固起著非常重要的作用,是決定噴射混凝土與受噴層能否共同工作、受力的重要因數(shù)之一。本文介紹了大石門水庫大壩深部基礎(chǔ)處理工程中對(duì)于保障噴射混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的若干措施,供其他工程參考。
【關(guān)鍵詞】噴射混凝土;圍巖;粘結(jié)強(qiáng)度;措施;大石門水庫
1、工程概述
庫容1.27億m3,水庫正常蓄水位2300.00m,電站裝機(jī)60MW,發(fā)電引水流量82.0m3/s。
大石門水庫大壩深部基礎(chǔ)處理工程包括大壩深部基礎(chǔ)處理及大壩帷幕灌漿平洞及壩基排水平洞的開挖、支護(hù)。工程圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜(以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主體),由于開挖掌子面較小,作業(yè)空間不大,工程采用干噴法進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)。施工過程中對(duì)開挖的平洞、支洞等部位進(jìn)行不同種類的噴射混凝土支護(hù),以強(qiáng)度劃分有C20、C25噴射混凝土及C25鋼纖維噴射混凝土。為了能夠減少擾動(dòng),減小圍巖松動(dòng)范圍,以及盡量減少開挖面的支護(hù)工程量,并使噴射混凝土與受噴層能否更好的共同工作、受力,保證噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度就尤為重要。本文擬就如何保障噴射混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的措施進(jìn)行介紹。
2、 影響噴射混凝土強(qiáng)度的因數(shù)及采取的相應(yīng)措施
噴射混凝土作為圍巖支護(hù)的主要措施之一,其粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)支護(hù)效果的好壞起決定作用,粘結(jié)強(qiáng)度隨噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的增加而增加,另外粘結(jié)強(qiáng)度與受噴面成分、圍巖類別、粗糙程度、混凝土原材料、外加劑相容性、界面濕潤(rùn)程度、養(yǎng)護(hù)情況、噴射壓力及角度等因數(shù)有關(guān)。
2.1 、混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
雖然粘結(jié)強(qiáng)度隨噴射混凝土抗壓強(qiáng)度的增加而增加,但一味的降低水膠比會(huì)使粉塵量增加,抗壓強(qiáng)度的增加也不明顯(見表1、圖1)。以P.O42.5水泥配制5%JS477-2005速凝劑,砂率52%的試驗(yàn)結(jié)果可見當(dāng)水膠比降低至0.40后,抗壓強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度趨于收斂狀態(tài),且回彈率較高,如采用小于0.40水膠比施工將大幅增加工程成本,對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的提高卻不大,所以針對(duì)不同設(shè)計(jì)強(qiáng)度的噴射混凝土水膠比控制在0.40~0.45之間。
2.2、水泥與速凝劑的相容性對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
由于水泥礦物成分、比表面積、所摻混合料的品種及摻量的不同,以及速凝劑的均質(zhì)性、穩(wěn)定性等原因會(huì)導(dǎo)致水泥與速凝劑相容性差,具體表現(xiàn)為凝結(jié)時(shí)間、1d抗壓強(qiáng)度、28d抗壓強(qiáng)度比等指標(biāo)不能滿足要求,要達(dá)到設(shè)計(jì)要求而加大用量等(表2)。
以上水泥為P.O42.5,速凝劑摻量為水泥用量5%,水膠比0.5。
水泥熟料中具有水化反應(yīng)迅速的C3A和C3S各占8%、50%左右比例,選擇C3A和C3S含量較高的水泥,可以較好的與速凝劑相容,并能夠速凝、快硬,后期強(qiáng)度也較高。需要注意的是這兩種成分對(duì)水泥的水化放熱量影響很大,特別是C3A,所以在噴射混凝土施工時(shí)應(yīng)注意一次噴射厚度(邊墻80~90mm、頂拱40~50mm)和混凝土層的均勻性,防止水化熱量不均勻造成的砼開裂。
優(yōu)先選用強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,在選用干噴法進(jìn)行施工時(shí),因回彈量較大,建議使用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的普通硅酸鹽水泥。采用C4AF含量高而C3A含量低的水泥及減水劑等措施,都有利于提高噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境合理選擇水泥和速凝劑品種,畢竟水泥的選購時(shí)有就近原則,所以首先選定了水泥品種后,在選用速凝劑時(shí)要注意,并非質(zhì)量最好的就是適用的,必須通過試驗(yàn)選擇搭配能夠滿足要求的組合。
2.3 、骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
骨料級(jí)配對(duì)噴射混凝土拌合物的可泵性、通過管道的流動(dòng)性、在噴嘴處的水化效果、對(duì)受噴面的粘結(jié)程度,以及對(duì)混凝土的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性都具有重要作用。
噴射混凝土用砂宜采用中粗砂,細(xì)度模數(shù)應(yīng)在2.8~3.2之間。砂子過細(xì),比表面積大,砂粒周圍粘有過多粉塵會(huì)影響水泥漿與骨料表面的粘結(jié),從而降低噴射混凝土與受噴面得粘結(jié)強(qiáng)度;砂子過粗,則會(huì)增加噴射混凝土回彈量,造成浪費(fèi)增加經(jīng)濟(jì)損失。
噴射混凝土用卵石或碎石均可,最大粒徑應(yīng)控制在15mm以下為宜(表3)。采用粒徑較小的碎石有利于提高噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度。采用連續(xù)級(jí)配獲得最大混凝土表觀密度,避免混凝土拌合物產(chǎn)生離析,并能夠減少混凝土回彈量。在摻有速凝劑的噴射混凝土中骨料不得含有活性二氧化硅,以免產(chǎn)生堿集料反應(yīng)而使噴射混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。
骨料除了細(xì)度、粒徑、級(jí)配要求以外,還要注意含泥量、超遜徑含量、石粉含量(人工砂)等因數(shù)對(duì)噴射混凝土的影響。
2.4、 砂率對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
砂率對(duì)噴射混凝土的強(qiáng)度和黏結(jié)力影響很大,當(dāng)砂率過大時(shí),雖然回彈損失小且可泵性好,但混凝土強(qiáng)度降低明顯,收縮大;反之砂率過小時(shí),混凝土強(qiáng)度高,但可泵性差,易堵管,回彈量大,造成經(jīng)濟(jì)損失。砂粒較粗時(shí)選擇砂率偏大,砂粒較細(xì)時(shí)選擇砂率偏小。一般砂率在45~55%之間,通過試驗(yàn)確定回彈損失小、抗壓強(qiáng)度高、可泵性好、經(jīng)濟(jì)的砂率為52%。
2.5 、受噴面處理、噴射混凝土養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
噴射混凝土的形狀不同,殘余應(yīng)力也就不同;噴層厚度相差懸殊,水分損失快慢不均,都會(huì)造成混凝土干縮不均,出現(xiàn)裂紋,降低噴射混凝土與受噴面得粘結(jié)強(qiáng)度。為使噴層厚度均勻,獲得較平整的受噴面,應(yīng)采用光面爆破或預(yù)裂爆破。
在噴射混凝土之前應(yīng)清除所有松散巖塊、浮石巖渣及油脂或者其他影響噴射混凝土與圍巖粘結(jié)的污濁、贓物;根據(jù)圍巖等級(jí)不同,用高壓風(fēng)、水清洗作業(yè)面;潤(rùn)濕巖面,處理表面積水及輸排裂縫滲漏水。
加入速凝劑后,使存在于水泥顆粒間的大量游離水被未水化的顆粒迅速吸收,從而加速水泥的水化過程。如果未能及時(shí)養(yǎng)護(hù),噴射混凝土在早期硬化過程中水分蒸發(fā)過多,造成混凝土由表面逐步向內(nèi)部發(fā)展的干縮,引起內(nèi)應(yīng)力和殘余變形,從而降低了噴射混凝土與受噴面得粘結(jié)強(qiáng)度,所以應(yīng)在噴射混凝土終凝2h后開始噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不得少于14d;在相對(duì)潮濕的洞室內(nèi),圍巖品質(zhì)較好,養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不得少于7d。
2.6 、噴射壓力及角度的影響
噴射混凝土施工時(shí),拌合料以較高的速度噴向受噴面,水泥顆粒與集料反復(fù)沖擊,使混凝土連續(xù)得到擠壓。噴射機(jī)提高連續(xù)穩(wěn)定的壓力,根據(jù)不同骨料調(diào)整風(fēng)壓在0.5~0.7MPa之間,壓力過小,導(dǎo)致混凝土擠壓不密實(shí);壓力過大將會(huì)增加回彈量,造成不必要的浪費(fèi)。噴頭與受噴面保持垂直狀態(tài),同時(shí)噴射混凝土噴射工藝采用較小的水膠比,從而使噴射混凝土具有良好的密實(shí)性和較高的強(qiáng)度。
3、 保障措施的效果
通過一系列的試驗(yàn),合理選擇噴射混凝土水膠比、砂率、水泥和速凝劑品種,并在施工過程中注意受噴面的處理及對(duì)噴射混凝土的及時(shí)養(yǎng)護(hù),根據(jù)噴射部位調(diào)整噴射壓力及噴射距離、角度,有效的滿足了噴射混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的工程設(shè)計(jì)要求(表5)。
4、結(jié)語
通過在大石門水庫基礎(chǔ)處理工程中對(duì)噴射混凝土的一系列試驗(yàn)、調(diào)整及現(xiàn)場(chǎng)控制,對(duì)C25噴射混凝土檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表6),所有檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
根據(jù)在工程中試驗(yàn)檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)施工控制總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)供參考:
1)試驗(yàn)確定與已選定水泥相容性最好的外加劑,或是各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求的外加劑;
2)根據(jù)施工技術(shù)要求,并考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下合理確定噴射混凝土水膠比(0.40~0.45)、砂率(45~55%);
3)必須加強(qiáng)對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)重要性的認(rèn)識(shí),并做好相關(guān)工作;
4)作業(yè)前應(yīng)對(duì)施工人員做好技術(shù)交底及產(chǎn)前培訓(xùn)。
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