喷射钢纤维混凝土在桐柏电站输水工程中的应用

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简介： 石方明挖或石方洞挖过程中所遇到的不高地质条件会给施工形成相当大的安全隐患，这就要求必须进行初期支护，支护要求及时，密贴、高强和柔性。喷射钢纤维混凝土能基本满足这些要求。对于破碎宕石带采用喷射钢纤维混凝土并结合锚杆进行支护，经本工程应用取得了较理想的效果。
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1　工程概况
　　桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县栖霞乡百丈村。是一座日调节抽水蓄能电站，共安装4台主轴单级混流可道式水泵水轮机组，单机容量300 MW，总装机容量1200 MW。电站枢纽工程由上、下水库、输水系统，地下厂房，开关站和中控楼等建筑物组成。其中输水系统全长1292．22 m。
　　库区工程地质主要分布侏罗纪上统火山碎悄岩，岩脉分布于库区内和右坝肩玉引水隧洞间，其抗风化能力弱，暴露地区表呈全风化。输水系统有两条断层带穿过，工程地质条件较差，为确保工程开挖过程中的施工安全，在输水系统的岩石开挖中，根据不同的围岩地质情况，采用喷射钢纤维混凝土和部分喷射素混凝土进行支护处理，取得较理想的效果，现就喷射钢纤维混凝土在桐柏电站输水系统的应用作一简要介绍。
2　喷射钢纤维混凝土的力学特性
　　喷射钢纤维混凝土是在普遍喷射混凝土的拌合料中加入一定量的钢纤维，经喷射机和输料管是在喷头处加入适量水（干喷法）后直接喷射到工程结构物面上的一种先进混凝土施工工艺，由于短而细的钢纤维在混凝土基体中呈乱向且不连续分布，在受荷载作用下，纤维能限制或滞后混凝土基体裂缝的开展，即具有较高的阻裂效应，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，由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、岩石有较高的粘结强度。它非常适用于地质条件较差洞室的喷射支护，目前已广泛应用于边坡稳定，隧洞支护和基他建筑物补强加固工程。
3　喷射钢纤维混凝土现场试验
3．1　不同型号钢纤维产品的选择
　　钢纤维对混凝土基体的增强效果与钢纤维型号、产品的材质、外形尺寸及长径比等因素有关。为选择一种增强效果较好工能满足了最优施工要求的钢纤维产品，因此对上海、杭州、武进三家不同厂家产的钢纤维品种进行喷射钢纤维混凝土性能对比试验，试验成果见表1。

    从表1成果可见，在相同混凝土配合比二种不同纤维参量条件下，杭州厂生产的钢纤维混凝土的力学性能，优于其他两类生产厂。但从满足施工喷射要求看，上海哈瑞克斯生产的铣削型钢纤维具有施工搅拌方便、纤维不结团、分散性好、不易堵管等特点，适宜于喷射施工要求，因此，最后选用上海厂产品钢纤维参量为60kg／m3，进行施工。
3．2　喷射钢纤维混凝土与喷射素混凝土对比试验
　　本工程以喷钢纤维混凝土为主，主要用于上层进出水口高道坡及输水系统洞室开挖支护工程。部分洞段喷射素混凝土，为了解两种不同材料喷射效果，在现场进行C25级喷射钢纤维混凝土与喷射素混凝土对试验，成果见表2。

　　由表2成果可见，喷射钢纤维混凝土的力学性能明显优于喷射素混凝土的力学性能，其中：28天抗压度增长约12．7％、抗拉强度增长约52．4％、抗折强度增长约62％。
4　喷射钢纤维混凝土施工工艺
　　喷射钢纤维混凝土施工方法分干喷法和湿喷法两种。干喷法施工特点：设备简单，易于施工，但施工环境粉尘大，有害以健康，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咀中喷出，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，但设备价格较费。经综合比较后，最终施工采用干喷法，喷射机为HP2 U—5B型混凝土喷射机，分段分层喷射，每一段长10m左右，每段间搭接长30～50cm，每一喷层厚度3～5cm。由于干喷法混凝土用水量完全恁喷射于经验掌握；因此为确保喷射施工质量，而由有经验的熟练喷射于操作，并在喷射时始终使料流呈螺旋状横向移动（螺旋圈直径约20～30cm），喷咀距岩在约70～100cm，喷射角度放70°～90°。为增加喷层钢纤维混凝土与岩石面的粘结强度并减少回弹损失，在喷射钢纤维混凝土前先在基岩面上喷一层约1cm厚的水泥砂浆，在砂浆未　以前即喷钢纤维混凝土，喷射钢纤维混凝土结束后，提高喷层的平整度和保护面层裸露的钢纤维不生锈，故在面层又喷了1cm厚的砂浆保护层。
5　结　论
　　（1）喷射钢纤维混凝土在桐柏电站的上库进、出水口高道坡及输水工程洞室并挖支护应用的结果表明，它具有支护快速、及时，喷层混凝土力学性能优良和围岩粘结强度高等特点。这对确保工程开挖施工的安全，加快开挖施工进度都有显著的效果。
　　（2）喷射钢纤维混凝土的施工工艺简单，它与喷射普通混凝土相比，不需增添设备，在同等强度条件下，可减少喷层混凝土厚度，节省混凝土，并可取代钢筋网。只要合理使用，可以起到可观的技术经济效益，具有广泛的推广应用前景。