隧道工程纖維混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性探究

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為了提高隧道抗?jié)B性能，保障隧道施工及運(yùn)營期安全，越來越多的新型防滲材料投入到使用中。本文依托貴陽市觀潭大道道路工程某段隧道，總結(jié)了目前國內(nèi)的隧道混凝土抗?jié)B技術(shù)，研究了纖維混凝土在隧道抗?jié)B中的作用，可為貴州地區(qū)類似隧道工程提供一定參考。由于西部地區(qū)氣候條件和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，在各個(gè)因素如自重、孔隙水壓等日積月累的持續(xù)作用下，隧道襯砌混凝土?xí)霈F(xiàn)裂縫、滲漏，裂縫又會(huì)刺激各因素進(jìn)一步腐蝕、破壞隧道結(jié)構(gòu)，如此循環(huán)，裂縫不斷擴(kuò)展，腐蝕作用不斷加強(qiáng)，隧道穩(wěn)定性逐漸減弱，最終導(dǎo)致隧道坍塌。目前隧道防滲防水主流方法有兩種——即物理方法和化學(xué)方法。物理方法主要通過在混凝土表面鋪設(shè)防水板或者涂裝防水涂料，在混凝土表面形成一道隔水層。施加防水板往往因?yàn)椴荒芡耆N合隧道曲線而導(dǎo)致隔水層空鼓、破裂等問題，在混凝土表面涂裝防水涂料可以克服隧道曲線帶來的問題，但防水涂料一旦出現(xiàn)問題，由于其超薄的特性，將難以發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)，修復(fù)工作難以開展，通常采用重新涂裝，成本太高?；瘜W(xué)方法則是通過在混凝土材料中添加防水劑、使用改性基材等。張民慶等利用滲透結(jié)晶防水劑的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了隧道襯砌混凝土開裂后自動(dòng)縫補(bǔ)自愈功能，從而實(shí)現(xiàn)混凝土防滲功能，以京張高鐵某隧道為例，通過試驗(yàn)研究得到滲透結(jié)晶防水劑用量與水泥用量比值為1~1.5：100為最佳。林沁等著眼于城市地下空間防水材料的研究，配置了一種涂刷式和一種內(nèi)摻式的水泥基滲透結(jié)晶防水材料。通過抗?jié)B試驗(yàn)、抗折試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)，對(duì)比了兩種不同使用方式的防水材料的防水能力和力學(xué)特性。孫毅等利用電鏡掃描驗(yàn)證了滲透結(jié)晶防水材料中防水劑與催化劑的化學(xué)作用；通過驗(yàn)證了滲透行業(yè)曲線linkindustryappraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2021.22.019可替代度影響力可實(shí)現(xiàn)度行業(yè)關(guān)聯(lián)度真實(shí)度結(jié)晶防水材料對(duì)噴射、模筑混凝土抗?jié)B性能的增強(qiáng)作用，分析了噴射、模筑混凝土受影響程度在微觀的不同，最后提出了考慮材料特性和混凝土成型強(qiáng)度的合理施工工序，并通過合福高速鐵路某段進(jìn)行可行性和可靠性驗(yàn)證。李仁剛以福州地鐵二號(hào)線某標(biāo)段為依托，通過對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)和驗(yàn)證性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)硅質(zhì)防水材料相比，JX-ⅢW抗裂硅質(zhì)防水劑擁有更好的材料特性，強(qiáng)度、抗?jié)B性能、抗裂性能等都更佳。該防水劑還能有效降低混凝土拌和過程中的水化熱，通過沸石吸收堿性離子達(dá)到抑制堿骨料反應(yīng)的效果。于淵桌等為了研究水性滲透防水劑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的作用，采用滲水深度試驗(yàn)得出水性滲透防水劑可有效降低混凝土的滲透性，且深水深度和涂刷防水劑齡期成正相關(guān)，混凝土強(qiáng)度與改善效果呈負(fù)相關(guān)；采用路離子擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)得出隨涂刷齡期的增大，涂刷試件的擴(kuò)散系數(shù)隨之增大，隨混凝土強(qiáng)度的增大，涂刷試件的擴(kuò)散系數(shù)隨之減小。盧集富等為了驗(yàn)證水性滲透性防水劑對(duì)混凝土的填充功能和耐久性的提高，通過一系列試驗(yàn)諸如滲水性、抗鹽凍剝蝕、抗裂性等，解釋了水性滲透性防水劑隨混凝土的作用機(jī)理，在潮濕環(huán)境中使用比一般環(huán)境中使用作用更明顯。徐秀華通過試驗(yàn)研究了不同摻量抗裂硅質(zhì)防水劑的影響下，混凝土各種性能的變化情況，并得出混凝土性能隨摻量的增加而先增加后減小?；炷磷罴押鸵仔浴Ⅲw積穩(wěn)定性對(duì)應(yīng)摻量為5%，混凝土最佳抗?jié)B性能對(duì)應(yīng)摻量為5%~7%。冉蕾等研究了硅烷疏水劑對(duì)混凝土防水性能的影響，該種防水劑不僅可以有效結(jié)合混凝土表面，同時(shí)疏水作用相比其他材料更佳，并通過吸水率試樣等進(jìn)行了驗(yàn)證。周慶國等以跑馬山某隧道為研究對(duì)象，構(gòu)建了隧道結(jié)構(gòu)防水融合體系，基于抑溫抗裂防水劑，優(yōu)化隧道襯砌混凝土接縫防水性能。通過混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)、混凝土接觸式收縮試驗(yàn)等一系列試驗(yàn)，驗(yàn)證了基于抑溫抗裂防水劑的融合體系對(duì)混凝土各種性能的提升；并成功運(yùn)用到工程中，為類似工程提供了參考。

一、工程概況

G320貴陽竹子坡至大地公路工程（貴陽市觀潭大道道路工程），為新建城市快速路，設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h，雙向8車道，瀝青混凝土路面。項(xiàng)目起點(diǎn)位于觀山湖區(qū)西南側(cè)金華鎮(zhèn)，接現(xiàn)狀賓陽大道與規(guī)劃太金線交叉點(diǎn)，道路整體由北向南布線，下穿貴陽市繞城高速（G6001）及規(guī)劃湖林鐵路支線，沿途依次經(jīng)觀山湖區(qū)、花溪區(qū)，道路終點(diǎn)位于麥坪鄉(xiāng)東南側(cè)，順接已建成湖磊路。K5+210下穿隧道框架段長度總計(jì)60m，起終點(diǎn)均與路基段相接。隧道框架段設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)：K5+180，設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)：K5+240。隧道地處黔中高原山地中部，線路經(jīng)過地段為剝蝕殘丘、溶蝕峰叢地貌區(qū)，其間有大量溝谷發(fā)育，總體地形為深溝陡坡，植被發(fā)育、覆蓋良好。場區(qū)覆蓋層主要為耕表土、碎石土，下伏基巖為石灰?guī)r、泥巖、頁巖等。場區(qū)環(huán)境地形標(biāo)高為1262.38～1300.5m，場地內(nèi)主要為林地，工程環(huán)境較復(fù)雜?？睖y(cè)范圍地下水的類型主要有松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類巖溶水。地下水以溶洞裂隙水為主，多為潛水，富水性中～強(qiáng)，局部地段地下水將十分豐富。

二、纖維混凝土配比研究

配合比指混凝土中各種材料的比例，不同用途不同工程背景下混凝土配合比往往有所差異。基于隧道防滲考慮及國內(nèi)外研究基礎(chǔ)，進(jìn)一步確定作為制備混凝土幾種核心物質(zhì)配比。在施工前，從可靠的材料供應(yīng)商采購砂石、水泥、外加劑、礦物摻和物、混雜纖維等原材料，為了嚴(yán)格把關(guān)原材料質(zhì)量，應(yīng)設(shè)立相應(yīng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)督制度。對(duì)于原材料的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)，應(yīng)采取相應(yīng)防潮防水措施保障原材料性能發(fā)生異變，進(jìn)而確?；炷恋馁|(zhì)量和特性。同時(shí)展開室內(nèi)試驗(yàn)，通過優(yōu)化制定合理的混凝土配合比，提高混凝土的極限拉伸變形能力，降低混凝土的彈性模量。在滿足各類規(guī)范規(guī)定的前提下優(yōu)化選擇原材料，在滿足設(shè)計(jì)要求及施工工藝要求的前提下，同時(shí)提出礦物摻和物、混雜纖維類型、摻量等技術(shù)指標(biāo)，盡量減少拌和物中水和水泥用量，控制混凝土的絕熱溫升程度，從施工工藝保證混凝土的性能良好。

三、纖維混凝土試驗(yàn)

1抗?jié)B試驗(yàn)

抗?jié)B性作為隧道襯砌混凝土關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)于結(jié)構(gòu)使用壽命有著密切的聯(lián)系?？梢赃@樣說，混凝土的抗?jié)B性能的提高就是結(jié)構(gòu)壽命的提高?；跐B透高度法，對(duì)混凝土試件進(jìn)行滲水高度，結(jié)合理論分析對(duì)滲透系數(shù)進(jìn)行求解。首先通過抗?jié)B試驗(yàn)，測(cè)試不同參數(shù)影響下混凝土試件滲透高度，對(duì)水流滲透高度進(jìn)行正交分析，分析礦渣粉、硅粉、聚丙烯纖維、鋼纖維等不同摻和料對(duì)混凝土試件抗?jié)B性能影響程度，尋找影響混凝土相對(duì)滲透系數(shù)的主導(dǎo)因素，確定混凝土相對(duì)滲透系數(shù)最優(yōu)水平。

2抗裂試驗(yàn)

考慮到裂縫是加速地下水遷移、鋼筋腐蝕的重要因素之一，有必要對(duì)于本項(xiàng)目研究的混凝土材料進(jìn)行抗裂性能研究。針對(duì)聚丙烯纖維、鋼纖維2種不同材料，研究相同體積率、相同齡期的纖維混凝土對(duì)不同類型裂縫的修補(bǔ)作用，利用正交試驗(yàn)研究不同體積率、不同齡期聚丙烯纖維、鋼纖維對(duì)于混凝土裂縫的抑制作用，同時(shí)基于斷裂力學(xué)，通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)判斷不同摻和率聚丙烯纖維、鋼纖維混凝土的起裂、擴(kuò)展及失穩(wěn)進(jìn)程，引入斷裂力學(xué)相關(guān)性質(zhì)，判斷纖維混凝土在開裂、裂紋擴(kuò)展和失穩(wěn)等階段的力學(xué)性質(zhì)，采用纖維混凝土撓度和裂縫端部開度分析纖維混凝土抗裂能力。為了充分了解纖維混凝土在關(guān)潭隧道中的各種性能，以充分發(fā)揮隧道纖維混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，適應(yīng)西南地區(qū)氣候條件嚴(yán)酷、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)隧道的長期穩(wěn)定運(yùn)營，還應(yīng)該對(duì)混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)等一系列實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)語

為滿足隧道襯砌混凝土抗?jié)B防水要求，本文以關(guān)潭項(xiàng)目K5+210下穿隧道為依托，以降低大跨度下穿隧道施工、運(yùn)營過程中滲漏、開縫對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全的影響為目的開展纖維混凝土最優(yōu)配比及各種性能研究，總結(jié)了相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)，可為貴州地區(qū)類似下穿隧道工程提供參考。

作者:李科 姜雨生 李軍 單位:中交路橋建設(shè)有限公司