摘要：结合电站左岸导流隧洞施工，介绍了湿喷钢纤维混凝土的应用原理、配合比设计、施工工艺、施工质量控制与管理。实践表明，钢纤维混凝土具有支护快速、及时、喷层混凝土力学性能优良、与围岩黏结强度高等特点，可以解决钢筋混凝土难以解决的裂缝、耐久性等问题，用于隧洞等工程可以大幅度降低造价，在水利水电工程中具有广阔应用前景。
　　关键词：导流隧洞；喷混凝土；钢纤维混凝土；钢纤维
　　钢纤维混凝土就是在普通混凝土中掺入适量钢纤维而成的一种新型复合材料，它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能，已在建筑、路桥、水工等工程领域得到广泛应用。喷射钢纤维混凝土是通过管道输送装置在高压作用下将掺入钢纤维的混凝土拌和物高速喷射到施工作业面的一项技术。喷射钢纤维混凝土施工方法分干喷法和湿喷法2种。干喷法施工特点：设备简单，易于施工，但施工环境粉尘大，不利于施工人员健康，且混凝土水灰比不易严格控制；湿喷法是将一定级配的混合料在搅拌机中加以搅拌均匀后的湿料经喷射机及管造从喷嘴中喷出，其特点混凝土水灰比易控制，施工环境粉尘小、材料回弹损失少，但设备价格较高。
1　钢纤维喷混凝土的应用原理
　　喷射混凝土中掺入钢纤维，短而细的钢纤维在混凝土基体中呈乱向且不连续分布，为混凝土提供了微型配筋，可增强与混凝土之间的握裹力和锚固力，显著提高混凝土的抗裂性、延性、韧性及抗冲击能力，从而使原来脆性的材料呈现较高的抗拉、抗裂和抗弯韧性。由于采用高压喷射工艺，使水源与集料的反复连续撞击而使混凝土挤压密实，同时采用的水灰比较小（0.45～0.50），因而具有较高力学强效和良好的耐久性，尤为与混凝土、岩石有较高的黏结强度。同一般喷射混凝土相比，它具有韧性好、适应变形能力强和良好的抗渗性、耐久性等优点，起到代替钢筋网或钢筋的作用，并与围岩及时、完全结合，充分发挥围岩自承能力，从而减小围岩变形，达到围岩稳定，不但技术先进，施工速度快，同时具有较好的施工安全性，经济上也较合理。
2　工程概况
　　水电站左岸导流隧洞总长1.20km，最大开挖断面宽14m、高16m，洞内Ⅳ、Ⅴ类围岩段长730m，占隧洞段全长的61%，Ⅳ类围岩岩体较破碎，风化强烈，断层带常充填着无胶结的糜棱岩和破碎岩，Ⅴ类围岩处于古全风化的花岗岩体中，岩性软弱，岩体破碎，裂隙面充填胶泥，裂隙性潜水较发育，岩体开挖后，洞壁易松弛卸荷，自稳时间短。输水隧洞上扩开挖贯通后，设计单位考虑到导流洞下卧开挖时Ⅳ、Ⅴ类围岩边墙的稳定及导流洞塌方区锁口加固需要，将局部地段由原设计的网喷混凝土改为钢纤维喷混凝土。
3　配合比设计
3.1　原材料选择
3.1.1　水泥
　　采用525R普通硅酸盐水泥，其性能指标符合现行水泥国家标准。其中初凝时间2h25min，终凝时间3h39min，3d、28d抗折强度和抗压强度分别为5.50MPa、7.90MPa和57.20MPa、59.70MPa。水泥中的硅酸三钙（C3S）＞40%；硅酸二钙（C2S）＞20%；铝酸三钙（C3A）＜10%；烧失量及不容物质＜3%，满足湿喷混凝土的要求。
3.1.2　砂子
　　采用河砂，其技术指标符合《普通混凝土用砂质量标准》（JGJ52-92），其中细度模数为2.80，表观密度2.62，含泥量2.50%。
3.1.3　石子
　　采用石子，其技术指标符合《普通混凝土用碎石（或卵石）质量标准》（JGJ53-92），并满足湿喷机要求。
3.1.4　外加剂
　　经试验，液体增稠剂，按水泥重量掺入1%；液体速凝剂，弱碱性（pH=10），按水泥重量掺入4%～5%。
3.1.5　钢纤维
　　采用上海贝卡尔特二钢有限公司生产的佳密克丝ZP305型（冷拉型）钢纤维，规格：长32mm，直径0.25mm，长径比128。试验表明，每立方米混凝土中掺入40kg钢纤维时，湿喷钢纤维混凝土的弯曲韧度指数已达良好及优秀韧度指标等级。因此，钢纤维掺量采用每立方米混凝土掺入40kg为宜。
3.2　配合比确定
3.2.1　砂率
　　 Sp=50MxD-0.3320
3.2.2　水灰比
　　W/C=SpKW(50Mx)-0.6457
3.2.3　每立方米混凝土水泥用量
　　C=（10gSp317Mx-0.3）Kc
3.2.4　配合比
　　C/rc+S/rs+G/rg+C(W/C)+Vp=1000
　　S/(S+G)=50MxD-0.3320
　　式中：C、S、G－水泥、砂、石的用量（kg）：
　　KW－系数，一般为0.18～0.20；www.tmgc8.com
　　Kc－系数，一般为1.00～1.15；
　　Mx－砂细度模数（2.80）；
　　D－石子最大粒径（12mm）；
　　rc、rs、rg－水泥、砂、石的密度；
　　Vp－掺入外加剂占混凝土中的体积，一般为10～12L。
　　由上式计算得出，C30级湿喷钢纤维混凝土的配合比为：水：泥：砂：水=1：2.31：1.47：0.48。
4　施工工艺
4.1　喷射前岩面处理
　　在喷射钢纤维混凝土前，用喷头高压风加水吹洗掉岩石表面爆破后附着的粉尘及其他杂物，使岩面处于饱和状态，以增加钢纤维混凝土与岩面的黏结力。
4.2　喷射过程控制
　　①喷射距离及喷射角度。喷头与受喷岩面的垂直距离控制在0.80～1m，喷头与受喷面的夹角应控制在75°～90°。②工作风压。根据湿喷机与作业面的距离，工作风压一般控制在0.30～0.40MPa。③一次喷射厚度及速凝剂掺量。一次喷射厚度主要取决于钢纤维混凝土的内聚力和它与岩面的黏结力。一次最佳喷射厚度顶拱部位控制在4cm，边墙部位控制在5～6cm。顶拱部位速凝剂掺量为5%，边墙部位为4%。④喷射顺序及方法。喷射时应按照分段、分部位、先边墙、后顶拱顺序进行；边墙的喷射顺序为自下而上，顶拱的喷射顺序为自拱脚至拱顶。喷射时喷头应作顺时针方向旋转。
5　施工质量控制与管理
5.1　材料管理
　　材料质量直接影响喷混凝土的各项性能，因此每次喷混凝土作业前，需对骨料进行检测，不合格骨料严禁使用；水泥、硅粉及外加剂需定期试验。
5.2　人员管理
　　喷射手的操作水平直接关系到喷混凝土的效果。因此施工单位对操作手进行了考试选拔和实地喷射，最后优选出最佳喷射手担任操作手。
5.3　回弹量控制
　　喷混凝土的回弹率在一定程度上反映了配合比是否合理，骨料是否超径，喷射手是否操作熟练等，同时也是控制成本的重要依据。实验人员对回弹率进行了跟踪测定，并对配合比作了相应调整，施工单位也对施工工艺进行了改进和控制，最终回弹率控制为：边墙约5%～7%，顶拱10%～12%。
5.4　强度质量控制
　　要求每次喷射作业都要进行试件取样，每组3个试件，试件来自现场喷射的实验大板。在配合比设计阶段，进行了3d、7d、28d强度试验。
5.5　钢纤维混凝土厚度控制
　　钢纤维混凝土的厚度控制，一方面要满足设计要求，另一方面因其混凝土成本较高，施工时应尽量减少超喷。一般情况下，喷混凝土厚度采用钻取芯样检查，由于导流洞工期紧，交叉作业，顶拱取样又较为困难，因此采用在施喷前喷面埋设标志物的方法，埋设数量基本能反映喷层厚度。
5.6　冬季施工质量控制
　　①钢纤维混凝土采用温水拌制。②粗细骨料采用暖风预热。③对现场添加的液体速凝剂预热，温度不应低于5 ℃。④喷射前作业面用高压风吹干净，尽量避免用水清洗岩面。⑤混凝土搅拌运输车在作业现场等待的时间不宜过长。⑥为防止已喷混凝土由于气温低而上冻，拌制钢纤维混凝土时应加入适量的抗冻剂。⑦作业面喷射完成后，已喷混凝土面应及时保温，可加盖保温被或聚氯乙烯卷材。
6　结语
　　钢纤维混凝土的优越性能及在水利水电工程中成功的应用表明:钢纤维混凝土具有支护快速、及时，喷层混凝土力学性能优良和围岩黏结强度高等特点，不但可以解决钢筋混凝土难以解决的裂缝、耐久性等问题，而且用于输水隧洞等工程可以大幅度降低造价。因此，钢纤维混凝土在水利水电工程中具有广阔应用前景。
参考文献
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[4]翟才旺，高广淳.钢纤维喷混凝土加固技术及应用[J].红水河，2002，（1）:34-37.

安典新
（新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队，新疆昌吉　831100

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