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钢纤维喷射混凝土施工方案

一、工程概况
引水隧洞洞身砂砾石段均为砂卵砾石层，无胶结，含超粒径孤石和粉质砂土，有滴水现象，围岩稳定性较差，施工支洞存在常流水。引水隧洞洞身泥岩段为泥岩、砂砾石互层，弱胶结，节里面发育，层状水平分布，局部岩层较厚，岩壁潮湿，围岩稳定性差。目前施工支洞已经贯通，主洞新增两个掘进工作面，施工支洞与主洞交叉加强段受力复杂，为保证施工安全，建议对交叉加强段补喷钢纤维混凝土；同时，对施工支洞有水地段全断面喷射钢纤维混凝土，对引水隧洞洞身段沉降收敛变形较大处全断面喷射钢纤维混凝土。
二、编制依据
1、水利水电工程施工组织设计手册；
2、国家和水利部有关水利施工规范和验收标准及行业标准；
3、中华人民共和国建筑行业标准《钢纤维混凝土》JG／T3064－1999；
4、中国工程建设标准化协会标准《钢纤维混凝土试验方法》；
5、我单位施工类似工程积累的技术和管理经验。
三、施工原则
1、坚持节约成本，确保质量、安全和工期的原则；
2、坚持均衡生产、突出重点、统筹兼顾、合理安排和信息化施工的原则；
3、坚持专业化施工的原则；
4、坚持“改造自然、保护自然、环保同行”和“以人为本”的原则。
四、施工任务
对交叉加强段补喷钢纤维混凝土，同时，对施工支洞有水地段全断面喷射钢纤维混凝土，对引水隧洞洞身段沉降收敛变形较大处全断面喷射钢纤维混凝土，喷射厚度10cm～15cm，使之形成钢性混凝土封闭环，保证施工安全。
五、钢纤维喷射混凝土优点
1、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度高。在混凝土中掺入适量钢纤维,其抗拉强度提高25%～50%,抗弯强度提高40%～80%,抗剪强度提高50%～100%。
2、抗冻融性强。由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好,因而耐冻融性、耐热性、耐磨性均有显著提高。掺有1.5%的钢纤维混凝土经150次冻融循环,其抗压和抗弯强度下降约20%,而其他条件相同的普通混凝土却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维混凝土试件仍保持完好。
3、抗裂性好，韧性强，抗冲击性好。能够承受较大的结构冲击力；在通常的纤维掺量下,韧性可提高2～7倍, 收缩值降低7%～9%。
4、在较短时间内更容易提高围岩的自承能力，能承受较大的围岩和土体的变形作用而保持良好的整体性。
5、喷混凝土由于钢纤维的成网和联结作用，回弹率能够降低10%。
六、钢纤维喷射混凝土的性能
钢纤维混凝土的破坏主要是因为钢纤维被拉断或从裂缝两侧被拔出时，钢纤维混凝土就变成脆性材料，发生断裂破坏，因而要求钢纤维具有较高的抗拉强度，同时钢纤维两端要设有弯段，钢纤维长径比和体积率越大，则抗拉强度越高，相应的钢纤维喷射混凝土的抗拉强度、抗冲击性、抗裂性等越好。
钢纤维喷射混凝土的特性主要是指韧性、抗弯强度、抗压强度、抗收缩裂缝性能，钢纤维掺入普通喷射混凝土中使其特性产生了不同的影响。
1、韧性：钢纤维对喷射混凝土的韧性有显著改善，表现在钢纤维掺入后，喷射混凝土结构即使产生裂纹后仍然继续承载。
2、抗压强度：喷射混凝土中掺加适量钢纤，并优化配合比，能够提高其抗压强度。在喷射混凝土中掺入钢纤维使喷射混凝土的破坏方式从脆性破坏变为塑性破坏。
3、抗收缩裂缝性能：通过喷射混凝土环状试件实验观察和实际施工中对钢纤维喷射混凝土和普通喷射混凝土收缩裂缝比较，掺入钢纤维可以明显减小裂缝宽度。

4、抗冲击性：实践证明，加入速凝剂的钢纤维喷射混凝土尤其适用隧道工程。开挖完成后，立即将混凝土喷射到隧道洞开挖面，数小时后混凝土体即能承受喷射压力，同时钢纤维喷射混凝土能更好地抵抗结构遭受的冲击力，如结构坍塌等。
七、施工工艺
1.对钢纤维的基本要求
为了达到最佳施工质量及相关要求，在进行喷射钢纤维混凝土施工时，对钢纤维的几何参数及体积率都有具体的要求。
1.1 钢纤维的几何参数
钢纤维混凝土的增强效果与钢纤维的长度、直径、长径比有关。钢纤维增强作用随长径比增大而提高。钢纤维长度太短起不到增强作用，太长施工困难，影响拌和质量，直径过细在拌和时易弯折，过粗则在同体积率时，其增强效果差。
1.2 钢纤维的体积率选用范围
钢纤维混凝土中钢纤维的体积率过小，其增强作用较差，一般以0.5%为最小体积率。钢纤维体积率超过2%时，施工困难，质量难以保证。所以体积率采用0.8%。
2. 配合比设计及要求
因喷射钢纤维混凝土地段相对分散，同时受机具设备和开挖方法的限制，在施工时均采用干喷法施工。
2.1 配合比设计:喷射混凝土设计强度为C25混凝土，其理论配合比为：42.5MPa普通硅酸盐水泥，569kg；砂石混合料，1523kg；钢纤维63kg。
2.2 原材要求
（1）钢纤维内不得含有明显的锈蚀、油脂及其他妨碍钢纤维与水泥粘结的杂质，其中因加工不良造成的粘连片、铁屑及杂质不应超过钢纤维重量的1%。钢纤维参数及掺量：根据采用GSP-A型混凝土喷射机型，选用钢纤维类型为DJ-0525冷拉钢丝，长度为25mm，直径0.5mm，体积率为0.8%。
（2）水泥：42.5MPa普通硅酸盐水泥。
（3）细骨料：采用中砂。
（4）粗骨料：天然河卵石，平均粒径在5-10mm。
（5）水：山泉水。
（6）外加剂：按2%～4%的掺量加入速凝剂。

3. 喷射钢纤维混凝土施工
3.1 关键技术
（1）混凝土拌制、存放和运输。钢纤维在拌和料中的分布均匀性，不仅与原材料和搅拌工艺有关，而且受搅拌机械和投料方法影响更大。试验表明：采用强制搅拌机比自落式搅拌机效果好。本隧道施工中采用强制搅拌机，采用先投水泥、砂和碎石，在拌和过程中分散加入钢纤维进行拌和，拌和时间不少于2min，播撒钢纤维时,钢纤维应避免在搅拌机叶片处集结,因钢纤维绞结的机会相对较大。
钢纤维混凝土施工时，喷锚料应尽量随拌随用，不掺入速凝剂时干混合料存放时间不超过2h，否则被视为废料，不可再行使用。在运输和存放过程中不得淋雨、流入水或混合杂物。
（2）喷射作业。混合料通过胶管长距离的高速输送，在喷头处已稍有分离，水在距受喷面lm 左右处加入，喷射应根据其当前标定的给水速度调整水阀，按混凝土配合比设计确定的水灰比供水。喷射混凝土时，喷枪要垂直正对工作面，连续平稳地自下而上水平横向移动，喷头一圈压半圈的旋转喷射。
在施工时还应注意风压对喷射钢纤维混凝土的影响。在混合料输送时，采用适当的风压是钢纤维均匀分布、减少回弹损失的主要条件。风压太大钢纤维的分布就不均匀。试验表明，钢纤维混凝土喷射堆中心的钢纤维含量为喷堆周边的85.3% ，这种现象产生的主要原因是由于料流喷出后，分布在料束外缘的钢纤维在接近受喷面前被横向气流吹至周围（其中部分钢纤维落地，部分钢纤维滞留在喷堆周边），因此，降低风压则横向气流的压力和流速也会降低，这样不仅会减少钢纤维的回弹损失，也会改善钢纤维分布的不均匀性。一般混合料输送距离在100m以内时，喷射风压控制在0.15～0.2MPa为宜。
（3）养护。混凝土施工质量的好坏，受养护的影响相当明显。因此在混凝土喷射完毕后要及时洒水或喷水雾养护。避免因养护不及时而导致喷射钢纤维混凝土的质量不合格。
八、设备及人员配置
设备名称
型号及规格
数量
已使用台时数
检修情况
进场时间
备注
拌合站
JS1000
1
150
良好
2010.4.15

拌合站
500
1
全新
良好
2010.4.18

拌合站
500
1
全新
良好
2010.6.25

五征车
5吨
3
全新
良好
2010.5.25

空压机
L3.5-20/8
3
420
良好
2010.4.30

空压机
GRF-175D-8
3
全新
良好
2010.7.13

钢筋加工设备
套
1
370
良好
2010.4.20

冷弯机
自制
1
310
良好
2010.4.20

喷浆机
GSP-A型
8
全新
良好
2010.4.20

交流电焊机
500
8
220
良好
2010.4.15

液压注浆泵
HJZB型
1
全新
良好
2010.5.17

液压注浆泵
HS-B09型
1
全新
良好
2010.6.10

人员配备：管理人员11人，技术人员15人，普工24人。
九、质量保证措施
1、喷射混凝土原材料先检验合格后才能使用，速凝剂应妥善保管，防止受潮变质。严格控制拌合物的水灰比，经常检查速凝剂注入环的工作状况。喷射混凝土的坍落度宜控制在8～13cm，过大混凝土会流淌，过小容易出现堵管现象。喷射过程中应及时检查混凝土的回弹率和实际配合比。喷射混凝土的回弹率：侧壁不应大于15%，拱部不应大于25%。
2、喷射混凝土拌合物的停放时间不得大于30min。
3、必须在隧道开挖后及时进行施作。喷射混凝土严禁选用具有潜在碱活性骨料。喷混凝土厚度应预埋厚度控制标志，严格控制喷射砼的厚度。
4、喷射前应仔细检查喷射面，如有松动土块应及时处理。喷射机应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整工作风压。
5、喷射完成后应检查喷射混凝土与岩面粘结情况，可用锤敲击检查。同时测量其平整度和断面，并将此断面与开挖断面对比，确认喷射砼厚度是否满足设计和规范要求。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净进行重喷，或采用压浆法充填。
6、在喷射侧壁下部时，需将上半断面喷射时的回弹物清理干净，防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护强度。
7、经常检查喷射机出料弯头、输料管和管路接头，发现问题及时处理。管路堵塞时，必须先关闭主机，然后才能进行处理。
8、喷射完成后应先关主机，再依次关闭计量泵、震动棒和风阀，然后用清水将机内、输送管路内残留物清除干净。
9、喷射混凝土冬期施工时，作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5°C；在结冰的层面上不得进行喷射混凝土作业；混凝土强度未达到6MPa前，不得受冻。
10、设备的操作离不开施工人员,他们素质水平的高低、责任感的强否直接影响施工的质量。而施工现场规范化、制度化的管理则是为施工创造良好的环境,为有良好的施工质量提供保证,也有利于增强施工人员的责任感和使命感。 　　
　　11、施工单位应对施工人员经常进行岗位培训教育,明确岗位责任,加强相关专业知识学习。对于施工现场的管理、施工进度的安排、施工质量的检查等应作出明确的规定,并由质量负责人不定时的抽检,以确保施工的质量。

十、安全保证措施
1、喷射混凝土时，所有操作工人必须带安全帽，防尘口罩，防尘工作服，雨靴，橡胶手套。
2、喷射手，控制好风压、喷射距离，避免回弹骨料伤人。
3、电线包皮应完好，开关应装在固定闸刀盒内。
4、安全员应随时观察地质变化，发现有松动滑块现象，应立即撤离工作面。
5、喷浆结束后，应清洗喷射机及管路，避免堵管炸裂伤人。

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