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隧道工程纤维混凝土结构抗渗性探究

隧道工程纤维混凝土结构抗渗性探究 为了提高隧道抗渗性能,保障隧道施工及运营期安全,越来越多的新型防渗材料投入到使用中。本文依托贵阳市观潭大道道路工程某段隧道,总结了目前国内的隧道混…

隧道工程纤维混凝土结构抗渗性探究

为了提高隧道抗渗性能,保障隧道施工及运营期安全,越来越多的新型防渗材料投入到使用中。本文依托贵阳市观潭大道道路工程某段隧道,总结了目前国内的隧道混凝土抗渗技术,研究了纤维混凝土在隧道抗渗中的作用,可为贵州地区类似隧道工程提供一定参考。由于西部地区气候条件和水文地质条件复杂,在各个因素如自重、孔隙水压等日积月累的持续作用下,隧道衬砌混凝土会出现裂缝、渗漏,裂缝又会刺激各因素进一步腐蚀、破坏隧道结构,如此循环,裂缝不断扩展,腐蚀作用不断加强,隧道稳定性逐渐减弱,最终导致隧道坍塌。目前隧道防渗防水主流方法有两种——即物理方法和化学方法。物理方法主要通过在混凝土表面铺设防水板或者涂装防水涂料,在混凝土表面形成一道隔水层。施加防水板往往因为不能完全贴合隧道曲线而导致隔水层空鼓、破裂等问题,在混凝土表面涂装防水涂料可以克服隧道曲线带来的问题,但防水涂料一旦出现问题,由于其超薄的特性,将难以发现渗漏点,修复工作难以开展,通常采用重新涂装,成本太高。化学方法则是通过在混凝土材料中添加防水剂、使用改性基材等。张民庆等利用渗透结晶防水剂的特点,实现了隧道衬砌混凝土开裂后自动缝补自愈功能,从而实现混凝土防渗功能,以京张高铁某隧道为例,通过试验研究得到渗透结晶防水剂用量与水泥用量比值为1~1.5:100为最佳。林沁等着眼于城市地下空间防水材料的研究,配置了一种涂刷式和一种内掺式的水泥基渗透结晶防水材料。通过抗渗试验、抗折试验和抗压试验,对比了两种不同使用方式的防水材料的防水能力和力学特性。孙毅等利用电镜扫描验证了渗透结晶防水材料中防水剂与催化剂的化学作用;通过验证了渗透行业曲线linkindustryappraisementDOI:10.3969/j.issn.1001-8972.2021.22.019可替代度影响力可实现度行业关联度真实度结晶防水材料对喷射、模筑混凝土抗渗性能的增强作用,分析了喷射、模筑混凝土受影响程度在微观的不同,最后提出了考虑材料特性和混凝土成型强度的合理施工工序,并通过合福高速铁路某段进行可行性和可靠性验证。李仁刚以福州地铁二号线某标段为依托,通过对混凝土配合比设计和验证性试验发现,与传统硅质防水材料相比,JX-ⅢW抗裂硅质防水剂拥有更好的材料特性,强度、抗渗性能、抗裂性能等都更佳。该防水剂还能有效降低混凝土拌和过程中的水化热,通过沸石吸收碱性离子达到抑制碱骨料反应的效果。于渊桌等为了研究水性渗透防水剂对混凝土抗渗性能的作用,采用渗水深度试验得出水性渗透防水剂可有效降低混凝土的渗透性,且深水深度和涂刷防水剂龄期成正相关,混凝土强度与改善效果呈负相关;采用路离子扩散实验得出随涂刷龄期的增大,涂刷试件的扩散系数随之增大,随混凝土强度的增大,涂刷试件的扩散系数随之减小。卢集富等为了验证水性渗透性防水剂对混凝土的填充功能和耐久性的提高,通过一系列试验诸如渗水性、抗盐冻剥蚀、抗裂性等,解释了水性渗透性防水剂随混凝土的作用机理,在潮湿环境中使用比一般环境中使用作用更明显。徐秀华通过试验研究了不同掺量抗裂硅质防水剂的影响下,混凝土各种性能的变化情况,并得出混凝土性能随掺量的增加而先增加后减小。混凝土最佳和易性、体积稳定性对应掺量为5%,混凝土最佳抗渗性能对应掺量为5%~7%。冉蕾等研究了硅烷疏水剂对混凝土防水性能的影响,该种防水剂不仅可以有效结合混凝土表面,同时疏水作用相比其他材料更佳,并通过吸水率试样等进行了验证。周庆国等以跑马山某隧道为研究对象,构建了隧道结构防水融合体系,基于抑温抗裂防水剂,优化隧道衬砌混凝土接缝防水性能。通过混凝土抗渗性能试验、混凝土接触式收缩试验等一系列试验,验证了基于抑温抗裂防水剂的融合体系对混凝土各种性能的提升;并成功运用到工程中,为类似工程提供了参考。

一、工程概况

G320贵阳竹子坡至大地公路工程(贵阳市观潭大道道路工程),为新建城市快速路,设计时速80km/h,双向8车道,沥青混凝土路面。项目起点位于观山湖区西南侧金华镇,接现状宾阳大道与规划太金线交叉点,道路整体由北向南布线,下穿贵阳市绕城高速(G6001)及规划湖林铁路支线,沿途依次经观山湖区、花溪区,道路终点位于麦坪乡东南侧,顺接已建成湖磊路。K5+210下穿隧道框架段长度总计60m,起终点均与路基段相接。隧道框架段设计起点桩号:K5+180,设计终点桩号:K5+240。隧道地处黔中高原山地中部,线路经过地段为剥蚀残丘、溶蚀峰丛地貌区,其间有大量沟谷发育,总体地形为深沟陡坡,植被发育、覆盖良好。场区覆盖层主要为耕表土、碎石土,下伏基岩为石灰岩、泥岩、页岩等。场区环境地形标高为1262.38~1300.5m,场地内主要为林地,工程环境较复杂。勘测范围地下水的类型主要有松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类岩溶水。地下水以溶洞裂隙水为主,多为潜水,富水性中~强,局部地段地下水将十分丰富。

二、纤维混凝土配比研究

配合比指混凝土中各种材料的比例,不同用途不同工程背景下混凝土配合比往往有所差异。基于隧道防渗考虑及国内外研究基础,进一步确定作为制备混凝土几种核心物质配比。在施工前,从可靠的材料供应商采购砂石、水泥、外加剂、矿物掺和物、混杂纤维等原材料,为了严格把关原材料质量,应设立相应监测、监督制度。对于原材料的转运和存储,应采取相应防潮防水措施保障原材料性能发生异变,进而确保混凝土的质量和特性。同时展开室内试验,通过优化制定合理的混凝土配合比,提高混凝土的极限拉伸变形能力,降低混凝土的弹性模量。在满足各类规范规定的前提下优化选择原材料,在满足设计要求及施工工艺要求的前提下,同时提出矿物掺和物、混杂纤维类型、掺量等技术指标,尽量减少拌和物中水和水泥用量,控制混凝土的绝热温升程度,从施工工艺保证混凝土的性能良好。

三、纤维混凝土试验

1抗渗试验

抗渗性作为隧道衬砌混凝土关键一环,对于结构使用寿命有着密切的联系。可以这样说,混凝土的抗渗性能的提高就是结构寿命的提高。基于渗透高度法,对混凝土试件进行渗水高度,结合理论分析对渗透系数进行求解。首先通过抗渗试验,测试不同参数影响下混凝土试件渗透高度,对水流渗透高度进行正交分析,分析矿渣粉、硅粉、聚丙烯纤维、钢纤维等不同掺和料对混凝土试件抗渗性能影响程度,寻找影响混凝土相对渗透系数的主导因素,确定混凝土相对渗透系数最优水平。

2抗裂试验

考虑到裂缝是加速地下水迁移、钢筋腐蚀的重要因素之一,有必要对于本项目研究的混凝土材料进行抗裂性能研究。针对聚丙烯纤维、钢纤维2种不同材料,研究相同体积率、相同龄期的纤维混凝土对不同类型裂缝的修补作用,利用正交试验研究不同体积率、不同龄期聚丙烯纤维、钢纤维对于混凝土裂缝的抑制作用,同时基于断裂力学,通过三点弯曲试验判断不同掺和率聚丙烯纤维、钢纤维混凝土的起裂、扩展及失稳进程,引入断裂力学相关性质,判断纤维混凝土在开裂、裂纹扩展和失稳等阶段的力学性质,采用纤维混凝土挠度和裂缝端部开度分析纤维混凝土抗裂能力。为了充分了解纤维混凝土在关潭隧道中的各种性能,以充分发挥隧道纤维混凝土结构的耐久性,适应西南地区气候条件严酷、水文地质条件复杂,实现隧道的长期稳定运营,还应该对混凝土进行抗压强度、抗拉强度、抗折强度试验等一系列实验。

四、结语

为满足隧道衬砌混凝土抗渗防水要求,本文以关潭项目K5+210下穿隧道为依托,以降低大跨度下穿隧道施工、运营过程中渗漏、开缝对隧道结构安全的影响为目的开展纤维混凝土最优配比及各种性能研究,总结了相关技术特点,可为贵州地区类似下穿隧道工程提供参考。

 

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作者: 论文库

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