聚丙烯腈纖維混凝土在固滴水電站地下廠房巖錨梁混凝土施工中的運用

魏 勇 軍， 王 強， 蔣 懷

(中國水利水電第十工程局有限公司 第二分局，四川 成都 610072)

1 概 述

巖錨梁混凝土是地下廠房混凝土施工的重點之一，作為永久外露面和廠房橋機長期運行的承重結(jié)構(gòu)，巖錨梁混凝土不僅要求其外表美觀，而且對其內(nèi)在質(zhì)量要求也非常高。

但從目前國內(nèi)許多地下廠房巖錨梁混凝土施工情況看，由于混凝土的強度等級高，水泥用量大，水化熱不可避免地較高，稍有不慎或養(yǎng)護不到位，就會在巖錨梁混凝土表面出現(xiàn)淺層裂縫，進而嚴(yán)重影響巖錨梁的外觀質(zhì)量，甚至影響到混凝土的耐久性。

筆者介紹了四川省涼山州水洛河固滴水電站地下廠房巖錨梁施工在混凝土中添加聚丙烯腈纖維、用纖維混凝土代替常規(guī)混凝土，有效減少和抑制了因水泥水化熱、表面干縮等引起的混凝土表面裂縫，提高了巖錨梁結(jié)構(gòu)混凝土的抗拉、抗裂、抗?jié)B、耐疲勞等性能的具體運用過程。

固滴水電站地下廠房布置在白水河口上游930 m處的水洛河右岸山體內(nèi)，由主副廠房及安裝間構(gòu)成，平面上呈“一”字形布置，總長度為79.8 m，寬度為18.4 m，高度為41.8 m，廠房頂高程為2 193.8 m， 廠房底高程為2 152 m，廠房內(nèi)安裝3臺單機容量為46 MW的水輪發(fā)電機組，機組安裝高程為2 161.8 m。

廠房主機間及安裝間上、下游邊墻2 183.85～2 181.25 m高程之間布置有巖錨梁。其中上游巖錨梁全長64.45 m，下游巖錨梁全長54.9 m(下游側(cè)靠進廠交通洞洞口處另外布置有一段長9.55 m的混凝土簡支梁)。巖錨梁梁高2.6 m，頂寬1.8 m，梁上部設(shè)10 cm厚的軌道二期混凝土，梁內(nèi)預(yù)埋φ50PVC排水管。

2 施工方案

廠房巖錨梁混凝土是地下廠房混凝土施工的重點之一，為減少廠房后期開挖爆破振動的影響，固滴水電站廠房巖錨梁混凝土施工安排在廠房第二層開挖結(jié)束、將廠房第三層開挖一部分后(廠房開挖至第三層2 176 m高程)進行，最終將巖錨梁下拐點至下層開挖面的高度控制在4～5 m。

廠房巖錨梁混凝土的施工分為上、下游兩個工作面單獨進行，先進行下游巖錨梁受拉、受壓錨桿的施工，然后分段進行下游巖錨梁的混凝土施工，在此期間，同步進行上游巖錨梁受拉、受壓錨桿的施工，最后分段進行上游巖錨梁混凝土的施工。為克服混凝土表面裂縫，在巖錨梁混凝土中采用了聚丙烯睛纖維。

3 聚丙烯腈纖維混凝土

聚丙烯腈纖維能在混凝土內(nèi)部形成一種亂向支撐體系，可以分散混凝土的收縮應(yīng)力并增大混凝土的黏聚性，能夠極有效地控制混凝土及水泥砂漿的早期塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性的裂隙產(chǎn)生和發(fā)展，有效阻礙骨料的離析，減少和抑制因水泥水化熱、表面干縮等引起的混凝土表面裂縫，提高巖錨梁結(jié)構(gòu)混凝土的抗拉、抗裂、抗?jié)B、耐疲勞等性能。固滴水電站地下廠房巖錨梁混凝土施工中摻加的聚丙烯腈纖維的摻量一般為1 kg/m3。

主要原材料配合比設(shè)計：水泥品種為攀枝花鋼城瑞豐P.O42.5水泥；JX-GB型減水劑；聚丙烯腈纖維為19 mm型；砂石骨料為固滴水電站廠區(qū)樞紐工程砂石廠自產(chǎn)。其水泥物理性能檢測結(jié)果見表1。

檢測結(jié)果表明：該批次瑞豐P.O42.5水泥所檢指標(biāo)能夠滿足《通用硅酸鹽水泥》GB 175-2007中的相關(guān)技術(shù)要求。

表1 水泥物理力學(xué)性能表

配合比試驗所用的砂石骨料由中水十局固滴水電站廠區(qū)樞紐工程項目部砂石系統(tǒng)生產(chǎn)，主要依據(jù)《水工混凝土骨料試驗規(guī)程》DL/T 5151-2001、 《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2001等規(guī)范進行檢測，檢測成果見表2。

骨料的各項已檢指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》DLT5144-2001要求。

表2 骨料物理品質(zhì)檢測結(jié)果表

經(jīng)檢測得知減水劑該批樣品為合格品。檢測成果為：JX-GB型減水劑為0.75%～1.2%，外加劑摻量為1.2%，細(xì)度11.8%<15%，減水率16.8%≥14，凝結(jié)時間(min)≥-90 min初凝，+120 min終凝,+20 min初凝～+86 min終凝。

聚丙烯腈纖維為19 mm型，主要依據(jù)《化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗方法》GB/ T14337-2008、《水泥混凝土和砂漿合用纖維》GB/ T21120-2007等規(guī)范進行檢測，經(jīng)檢測得知，該批樣品為合格品。檢測成果為：聚丙烯腈纖維品種為19 mm型，纖維含量為100%，抗拉強度為701 MPa，斷裂伸長率為14%，初始模量為9 GPa，耐堿性能 (極限拉力保持率)為98%。

混凝土配合比設(shè)計要求滿足混凝土的設(shè)計指標(biāo)、混凝土強度保證率、均勻性指標(biāo)和施工和易性要求。為使混凝土強度保證率滿足設(shè)計要求，在設(shè)計混凝土配合比時，應(yīng)考慮到施工質(zhì)量的不均勻性將導(dǎo)致混凝土強度的波動。為使施工中的混凝土強度符合設(shè)計要求，在進行混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)使混凝土配制強度具有一定的富余度。根據(jù)現(xiàn)行《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》DLT 5330-2005中的有關(guān)要求，混凝土試驗結(jié)果為水膠比0.43，砂率43%，水171 kg/m3，水泥 398 kg/m3，骨料445 kg/m3(5～15 mm)、667 kg/m3(15～40 mm)，減水劑12%，聚丙烯腈纖維1 kg/m3，陷度158 mm，7 d抗壓強度為26.6 MPa，28 d抗壓強度為38.2 MPa。

根據(jù)設(shè)計人員對巖錨梁混凝土的技術(shù)要求，通過混凝土的試拌和混凝土強度與水膠比(灰砂比)試驗，得出巖錨梁混凝土的試配強度與水膠比(灰砂比)均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。巖錨梁C30混凝土施工配合比為1∶2.03∶2.79∶0.43(水泥∶砂∶石∶水)。

4 混凝土施工

4.1 混凝土澆筑的施工分段(倉)

根據(jù)設(shè)計圖紙，廠房上、下游巖錨梁分段進行混凝土澆筑施工，每一段澆筑長度為16 m，上下游共計8倉，各4倉。

4.2 混凝土施工縫

施工縫設(shè)置鍵槽，鍵槽為梯形，澆筑段之間的鋼筋不打斷。

4.3 安裝鋼筋的方法

鋼筋安裝時，首先根據(jù)測量點線安裝架立鋼筋，然后安裝梁體主筋，最后安裝分布筋。鋼筋的安裝采用流水作業(yè)，由人工綁扎定位，電弧焊焊接接頭。施工時應(yīng)每隔3～5 m設(shè)吊線錘和樣架以保證鋼筋平、直、齊并控制保護層厚度。在鋼筋架設(shè)安裝之后，及時加以固定保護，避免發(fā)生錯動和變形。

4.4 模板及支撐體系

固滴水電站地下廠房巖錨梁混凝土施工主要采用新購的常規(guī)組合鋼模板并輔以一定數(shù)量的木模。

4.5 混凝土入倉鋪料

廠房巖錨梁混凝土的澆筑采用HBT60混凝土泵機泵送入倉的方式，混凝土泵機布置在3#施工支洞靠副廠房側(cè)的2 187 m高程平臺，泵管由泵機2 188 m高程開始，經(jīng)副廠房鋼管腳手架接至巖錨梁混凝土澆筑倉面上方的2 184.5 m高程。為方便混凝土鋪料，泵管末端接φ150的蛇形軟管。

巖錨梁混凝土澆筑采取薄層鋪料的方式，由倉位一端向另一端逐層推進，將混凝土的最大攤鋪厚度控制在30～40 cm。澆筑過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土下料高度在2 m以內(nèi)，以防止混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

4.6 混凝土平倉振搗

由于巖錨梁中的鋼筋較密，施工時主要采用人工手持φ50和φ25小型插入式振搗器對入倉的混凝土進行平倉振搗，振搗器的操作遵循“快插慢拔”的原則，插入先澆筑層5 cm左右，以保證層間結(jié)合良好。

4.7 成型混凝土的保護

為防止廠房下層開挖時爆破飛石對巖錨梁的破壞，需對拆模后的吊車梁進行保護，采取在吊車梁直立面、斜面等部位的混凝土表面覆蓋一層2 cm厚的雜木板進行防護的方式，雜木板采用8#鐵絲綁扎固定在吊車梁拉模筋外露的鋼筋頭上，吊車梁頂部的橋機軌道預(yù)埋螺栓頭采取外纏橡膠皮帶進行防護。

5 結(jié) 語

通過在混凝土內(nèi)添加聚丙烯腈纖維，使用纖維混凝土代替常規(guī)混凝土，能夠極有效地控制混凝土的早期塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性的裂隙產(chǎn)生和發(fā)展,有效改善混凝土的耐久性，對于動力荷載作用下的結(jié)構(gòu)纖維能發(fā)揮更大的效果，提高混凝土的質(zhì)量，對有防水要求及大變形結(jié)構(gòu)混凝土施工具有重要的應(yīng)用和推廣價值。