钢纤维喷射混凝土1(李志业)

1、编制人员：王建宇 李志业报告人：李志业西南交通大学土木学院地下工程.cd15.1一般规定一般规定 15.2隧道、地下工程支护和衬砌结构设计隧道、地下工程支护和衬砌结构设计 15.3原材料和配合比要求原材料和配合比要求 15.4喷射施工喷射施工 15.5质量控制质量控制 15.6修补和加固工程修补和加固工程 15.7水工建筑物防裂防渗面层水工建筑物防裂防渗面层 l2.1.5等效直径等效直径equivalent diameterl 当纤维截面为非圆形时，按截面积相当纤维截面为非圆形时，按截面积相等原则换算的圆形截面的直径。等原则换算的圆形截面的

2、直径。l2.1.6纤维长径比纤维长径比 aspect retio of fiberl 纤维的长度与直径或等效直径的比值。纤维的长度与直径或等效直径的比值。l2.l.7纤维体积率纤维体积率 fraction of fiber by volumel 纤维占纤维混凝土的体积百分数。纤维占纤维混凝土的体积百分数。 l纤维混凝土保持一定抗力的塑性变形能纤维混凝土保持一定抗力的塑性变形能力。常采用与力（或应力）变形（或力。常采用与力（或应力）变形（或应变）曲线下面积有关的参数进行度量。应变）曲线下面积有关的参数进行度量。tb2bebhlTf creeffR creeffR creeffR creff /l

3、钢纤维喷射混凝土钢纤维喷射混凝土lsteel fiber reinforced shotcretesteel fiber reinforced shotcretel借助于空气压力（借助于空气压力（MPa0.5MPa）高速喷）高速喷射至受喷面上而形成的、散布有不连续射至受喷面上而形成的、散布有不连续钢纤维的砂浆或混凝土。钢纤维的砂浆或混凝土。 l隧道和地下工程钢纤维喷射混凝土支护隧道和地下工程钢纤维喷射混凝土支护和衬砌的设计与施工和衬砌的设计与施工l钢纤维喷射混凝土边坡防护钢纤维喷射混凝土边坡防护l地面结构修复、补强地面结构修复、补强l建筑物基坑支挡结构的设计与施工。建筑物基坑

4、支挡结构的设计与施工。l锚杆喷射混凝土支护技术规范锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086GB50086；l铁 路 隧 道 锚 喷 构 筑 法 技 术 规 范铁 路 隧 道 锚 喷 构 筑 法 技 术 规 范TB10108,J159TB10108,J159；l铁路隧道设计规范铁路隧道设计规范 TB10003TB10003；l铁路隧道施工规范铁路隧道施工规范TB10204TB10204；l公路隧道设计规范公路隧道设计规范 JTJ 026JTJ 026；l地下铁道设计规范地下铁道设计规范 GB50157GB50157；l水工隧洞设计规范水工隧洞设计规范 SL279SL279。ll l隧道、隧洞和地

5、下工程的单层衬砌；隧道、隧洞和地下工程的单层衬砌；l2 2下列情形的围岩初期支护：下列情形的围岩初期支护：l1 1）高地应力易发生较大塑性变形的软弱围岩）高地应力易发生较大塑性变形的软弱围岩和膨胀性围岩的控制变形措施；和膨胀性围岩的控制变形措施；l2 2）破碎围岩情况下防止岩块坍落；）破碎围岩情况下防止岩块坍落；l3 3）高地应力引起岩爆的防护措施；）高地应力引起岩爆的防护措施；l4 4）受采掘影响的矿山巷道和溜矿井的支护。）受采掘影响的矿山巷道和溜矿井的支护。l3 3修补裂损衬砌，加固既有衬砌结构；修补裂损衬砌，加固既有衬砌结构；l4 4用明挖法修建地下工程的边坡支护结构。用明挖法修建地下工

6、程的边坡支护结构。 剪切撕开-粘结强度l喷混凝土支护的特点：喷混凝土支护的特点：及时及时 密贴密贴 柔性柔性控制变形，防止松散控制变形，防止松散l利用钢纤维的阻裂性能和钢纤维喷射混利用钢纤维的阻裂性能和钢纤维喷射混凝土的耐久性，作隧道单层衬砌凝土的耐久性，作隧道单层衬砌 ：l在西康铁路某铁路隧道采用钢纤维喷射在西康铁路某铁路隧道采用钢纤维喷射混凝土作永久衬砌。混凝土作永久衬砌。l采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌的隧道采用钢纤维喷射混凝土单层衬砌的隧道和地下工程，其围岩应符合下列条件：和地下工程，其围岩应符合下列条件：l1 1 围岩无显著变形，或采取先期支护措围岩无显著变形，或采取先期支护措施后围岩

7、变形已基本稳定；施后围岩变形已基本稳定；l2 2 岩面和喷层之间的粘结力能得以保证；岩面和喷层之间的粘结力能得以保证；l3 3 无涌水和大面积淋水。无涌水和大面积淋水。 l混凝土喷层吸收变形的能力很差，以致混凝土喷层吸收变形的能力很差，以致因其脆性破坏而失效因其脆性破坏而失效 ，须要在喷层中配须要在喷层中配置钢筋网来加强置钢筋网来加强 。l加设钢筋网的负面作用加设钢筋网的负面作用 l因此，在隧道中采用钢纤维喷混凝土取因此，在隧道中采用钢纤维喷混凝土取代钢丝网喷混凝土，对避免这种空隙或代钢丝网喷混凝土，对避免这种空隙或空洞，改善支护的工作状态是十分有效空洞，改善支护的工作状态是十分有效的。的。

8、l在渝怀线武隆隧道的应用：在渝怀线武隆隧道的应用：15cm15cm钢纤维钢纤维喷射混凝土代替钢筋网喷射混凝土用于喷射混凝土代替钢筋网喷射混凝土用于级围岩。级围岩。 l初期支护与内衬的合为一体的，之间能初期支护与内衬的合为一体的，之间能充分传递剪力，通过这种传递可以改变充分传递剪力，通过这种传递可以改变因弯曲而产生的内力形态，是很经济的因弯曲而产生的内力形态，是很经济的工法。工法。l扩大了钢纤维喷射混凝土的应用领域。扩大了钢纤维喷射混凝土的应用领域。存在的问题是：存在的问题是：结合面应满足的条件：粗糙、清洁、容许剪应力结合面应满足的条件：粗糙、清洁、容许剪应力l喷混凝土材料的喷混凝土材料的均质性

9、和均质性和耐久性：分耐久性：分l 未开裂未开裂: :钢纤维不锈蚀；钢纤维不锈蚀；l 开裂开裂: :检验裂口宽度的安全性。检验裂口宽度的安全性。l水密性：开裂极限以下的应力检算；不发出开水密性：开裂极限以下的应力检算；不发出开裂的极限厚度，拉伸区域的计算应变裂的极限厚度，拉伸区域的计算应变15%800MPa800MPa。 l钢纤维掺量宜根据弯曲韧度比指标确定。钢纤维掺量宜根据弯曲韧度比指标确定。l注意到设计掺量与实际掺量的区别注意到设计掺量与实际掺量的区别l以喷射到岩面上的钢纤维混凝土中钢纤以喷射到岩面上的钢纤维混凝土中钢纤维的实际含量作为依据。维的实际含量作为依据。 单根钢纤维单根钢纤维“占有

10、占有” ” 体积体积考虑考虑“重叠重叠”实际实际“分摊分摊”体积体积单位体积钢纤维根数单位体积钢纤维根数掺量掺量30s30fls fls33311flsn232326162)(1414ffffdlnldq3s30fls lf /df40 45 50 55 60 65 70 75 80（kg/m3）=0.4543 34 28 23 19 16 14 13 11=0.4061 48 39 32 27 23 20 18 16规程（新加坡地铁）65 50 40 35 30 25 20 20 20l硅粉的掺量可为水泥重量的硅粉的掺量可为水泥重量的5 51515，粉煤灰的掺量可为水泥重量的粉煤灰的掺量可为

11、水泥重量的15153030， l钢纤维掺量钢纤维掺量 45kg/m45kg/m3 3l硅粉掺量硅粉掺量 0 8.5%(0 8.5%(硅硅) ) l抗压强度抗压强度 38.2 38.2 l弯拉强度弯拉强度 2.88 2.562.88 2.56l离散系数离散系数 13.3 8.8 13.3 8.8 l等效抗弯强度等效抗弯强度 1.11 1.021.11 1.02l离散系数离散系数 21.2 12.221.2 12.2l钢纤维掺量钢纤维掺量 45kg/m45kg/m3 3l硅粉掺量硅粉掺量 0 20%(0 20%(粉粉) )l抗压强度抗压强度 28.92 26.3728.92 26.37l弯拉强度弯

12、拉强度 7.10 6.747.10 6.74l均方差均方差: 0.74 0.52: 0.74 0.52 l等效抗弯强度等效抗弯强度4.91 3.474.91 3.47l均方差均方差 1.05 0.31.05 0.3l应用于干喷的速凝剂多采用粉末状，应用于干喷的速凝剂多采用粉末状，l用于湿喷混凝土的速凝剂多为液态用于湿喷混凝土的速凝剂多为液态l以无碱或低碱含量的优质速凝剂以无碱或低碱含量的优质速凝剂l对晚期强度的损失低于对晚期强度的损失低于10%10%。l国外非常强调速凝剂对耐久性影响国外非常强调速凝剂对耐久性影响. . l强度强度 C/Wl弯曲韧度弯曲韧度 钢纤维掺量钢纤维掺量l和易性和易性

13、W, Cl A, W, C)(WCRRc1000KCWACWAl15.4.l 15.4.l 宜采用湿喷工艺宜采用湿喷工艺l确保钢纤维喷射混凝土材料性质的稳定确保钢纤维喷射混凝土材料性质的稳定和施工质量。和施工质量。 l湿喷工艺所采用的机具主要可分为二类：湿喷工艺所采用的机具主要可分为二类：l泵式输送型湿喷机；（栓塞泵、螺杆泵泵式输送型湿喷机；（栓塞泵、螺杆泵或挤压泵）或挤压泵）l将泵送和压缩空气输送相结合的转子活将泵送和压缩空气输送相结合的转子活塞式湿喷机。塞式湿喷机。干拌和物成品混凝土成品混凝土压缩空气速凝剂水稀薄流干拌和物稀薄流成品混凝土稠密流成品混凝土速凝剂拱部一次喷拱部一次喷90901

14、00mm 100mm 回弹量回弹量13131515，粉尘浓度比喷射前增加，粉尘浓度比喷射前增加0.4mg/m0.4mg/m3 3l边墙一次喷边墙一次喷180180200mm 200mm 回弹量回弹量6 69 9，粉尘，粉尘浓度比喷射前增加浓度比喷射前增加0.3mg/m0.3mg/m3 3拱部一次喷拱部一次喷505070mm 70mm 回弹量回弹量40406060，粉尘浓度比喷射前增加，粉尘浓度比喷射前增加29.2mg/m29.2mg/m3 3l边墙一次喷边墙一次喷100mm 100mm 回弹量回弹量17172525，粉尘浓度，粉尘浓度比喷射前增加比喷射前增加21.7mg/m21.7mg/m3

15、3l钢纤维喷射混凝土用作隧道和地下工程的围岩支护或衬砌时，严禁在喷层和岩面之间充填异物l原规范：不小于500mm的钢筋网 l15.5.1 15.5.1 抗压强度抗压强度的规定的规定l15.5.4 15.5.4 弯拉强度的规定。弯拉强度的规定。l钢纤维喷射混凝土的弯拉强度的规定是钢纤维喷射混凝土的弯拉强度的规定是参考挪威规范确定的。需要作大量的工参考挪威规范确定的。需要作大量的工作完成大于作完成大于CF30CF30的强度指标。的强度指标。l15.5.5 15.5.5 关于粘结力的规定关于粘结力的规定: :l参考参考“欧洲喷射混凝土规范欧洲喷射混凝土规范”确定的。确定的。剪切撕开-粘结强度同混凝土

16、间的粘结强度(MPa)非结构性的防护0.5结构增强1.0粘结强度 (MPa)支护结构0.5非结构性的防护0.1同与岩面之间同既有混凝土间ll大板切割 100mm100mm100mml钻取 f100100mm圆柱形试件。l式中fcu 混凝土强度l fcor钻取圆柱体试件单轴抗压试验结果lk1 现场取样损伤系数，可取0.85lk2 圆柱形试件形状系数，当试件尺寸为f100100mm 时 , k2=1corcufkkf211l试样的取法：试样的取法： l弯曲韧性：切割弯曲韧性：切割100*100*400l大板：切割大板：切割600*600*100l舍弃边缘舍弃边缘125mm125mm部分部分 l注意

17、喷射及养护注意喷射及养护l由于回弹影响由于回弹影响,可改变原配合比可改变原配合比,回弹后钢回弹后钢纤维含量降低纤维含量降低l碎石优于卵石碎石优于卵石l选择钢纤维要有适宜的形状和长细比选择钢纤维要有适宜的形状和长细比l增加拌和物的粘结性增加拌和物的粘结性l参考挪威规范及参考挪威规范及“欧洲喷射混凝土规范欧洲喷射混凝土规范”对检查和测试项目的规定对检查和测试项目的规定 l以高压料束的形式喷敷到岩石和混凝土以高压料束的形式喷敷到岩石和混凝土表面，喷层与受喷面间有较高的粘结力。表面，喷层与受喷面间有较高的粘结力。l更适于悬空、竖立和倒置表面，更适于悬空、竖立和倒置表面，l适于地面混凝土建筑物的修补与加固，适于地面混凝土建筑物的修补与加固，l不影响铁路和公路的正常营运。不影响铁路和公路的正常营运。l郑州铁路局用钢纤维喷射混凝土修复郑州铁路局用钢纤维喷射混凝土修复1717座座/1855/1855延长米的破损隧道，提高工效延长米的破损隧道，提高工效6 6倍，减少了倍，减少了2226022260对列车的待避时间。对列车的待避时间。 l修补加固后构件的承载力设计：修补加固后构件的承载力设计：l 根据本规程第根据本规程第5 5章章: :钢纤维混凝土结构钢纤维混凝土结构构件承载能力极限状态计算的规定，构件承载能力极限状态计算的规定，l 混凝土结构加固技术规范）混凝土结构加固技术规范）CECS C