鋼纖維噴射混凝土李志業(yè)

鋼纖維噴射混凝土李志業(yè)第1頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15鋼纖維噴射混凝土

15.1一般規(guī)定15.2隧道、地下工程支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計15.3原材料和配合比要求15.4噴射施工15.5質(zhì)量控制15.6修補和加固工程15.7水工建筑物防裂防滲面層第2頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月解釋有關(guān)名詞2.1.5等效直徑equivalentdiameter

當(dāng)纖維截面為非圓形時，按截面積相等原則換算的圓形截面的直徑。2.1.6纖維長徑比aspectretiooffiber

纖維的長度與直徑或等效直徑的比值。2.l.7纖維體積率fractionoffiberbyvolume

纖維占纖維混凝土的體積百分?jǐn)?shù)。第3頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.8韌性toughness纖維混凝土保持一定抗力的塑性變形能力。常采用與力（或應(yīng)力）－變形（或應(yīng)變）曲線下面積有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行度量。第4頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月韌度指數(shù)：

韌度比：第5頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1一般規(guī)定

鋼纖維噴射混凝土steelfiberreinforcedshotcrete借助于空氣壓力（0.3～0.5MPa）高速噴射至受噴面上而形成的、散布有不連續(xù)鋼纖維的砂漿或混凝土。

第6頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1.l本章的規(guī)定適用于

隧道和地下工程鋼纖維噴射混凝土支護(hù)和襯砌的設(shè)計與施工鋼纖維噴射混凝土邊坡防護(hù)地面結(jié)構(gòu)修復(fù)、補強建筑物基坑支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工。第7頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月同時要遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范GB50086；鐵路隧道錨噴構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范TB10108,J159；鐵路隧道設(shè)計規(guī)范TB10003；鐵路隧道施工規(guī)范TB10204；公路隧道設(shè)計規(guī)范JTJ026；地下鐵道設(shè)計規(guī)范GB50157；水工隧洞設(shè)計規(guī)范SL279。第8頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1.2在隧道、隧洞和地下工程中的應(yīng)用l隧道、隧洞和地下工程的單層襯砌；2下列情形的圍巖初期支護(hù)：1）高地應(yīng)力易發(fā)生較大塑性變形的軟弱圍巖和膨脹性圍巖的控制變形措施；2）破碎圍巖情況下防止巖塊坍落；3）高地應(yīng)力引起巖爆的防護(hù)措施；4）受采掘影響的礦山巷道和溜礦井的支護(hù)。3修補裂損襯砌，加固既有襯砌結(jié)構(gòu)；4用明挖法修建地下工程的邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)。

第9頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月l隧道、隧洞和地下工程的單層襯砌剪切撕開-粘結(jié)強度第10頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月噴混凝土支護(hù)的特點：

及時密貼柔性

控制變形，防止松散利用鋼纖維的阻裂性能和鋼纖維噴射混凝土的耐久性，作隧道單層襯砌：在西康鐵路某鐵路隧道采用鋼纖維噴射混凝土作永久襯砌。第11頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月噴混凝土單層襯砌第12頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月單層襯砌的適應(yīng)條件(15.2.2)采用鋼纖維噴射混凝土單層襯砌的隧道和地下工程，其圍巖應(yīng)符合下列條件：1圍巖無顯著變形，或采取先期支護(hù)措施后圍巖變形已基本穩(wěn)定；2巖面和噴層之間的粘結(jié)力能得以保證；3無涌水和大面積淋水。

第13頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2利用鋼纖維噴射混凝土的韌性在軟弱圍巖隧道中作初期支護(hù)

第14頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土噴層吸收變形的能力很差，以致因其脆性破壞而失效，須要在噴層中配置鋼筋網(wǎng)來加強。加設(shè)鋼筋網(wǎng)的負(fù)面作用

第15頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月因此，在隧道中采用鋼纖維噴混凝土取代鋼絲網(wǎng)噴混凝土，對避免這種空隙或空洞，改善支護(hù)的工作狀態(tài)是十分有效的。

在渝懷線武隆隧道的應(yīng)用：15cm鋼纖維噴射混凝土代替鋼筋網(wǎng)噴射混凝土用于Ⅴ級圍巖。

第16頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月“單殼”襯砌概念第17頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月初期支護(hù)與內(nèi)襯的合為一體的，之間能充分傳遞剪力，通過這種傳遞可以改變因彎曲而產(chǎn)生的內(nèi)力形態(tài)，是很經(jīng)濟的工法。擴大了鋼纖維噴射混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域。存在的問題是：第18頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月單層襯砌存在的問題結(jié)合面應(yīng)滿足的條件：粗糙、清潔、容許剪應(yīng)力噴混凝土材料的均質(zhì)性和耐久性：分未開裂:鋼纖維不銹蝕；開裂:檢驗裂口寬度的安全性。水密性：開裂極限以下的應(yīng)力檢算；不發(fā)出開裂的極限厚度，拉伸區(qū)域的計算應(yīng)變<15%，多數(shù)情況下采用極限狀態(tài)方法設(shè)計。襯砌表面粗糙對隧道通風(fēng)的影響第19頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月3下列情形的圍巖初期支護(hù)：

1）高地應(yīng)力易發(fā)生較大塑性變形的軟弱圍巖和膨脹性圍巖的控制變形措施；如用于高烈度地震區(qū)、巖體嚴(yán)重風(fēng)化破碎的某隧道采用鋼纖維混凝土，使圬工量減少62％，開挖量減少21％。用于高地應(yīng)力段內(nèi)發(fā)生大變形最嚴(yán)重的一段隧道，拱頂下沉240㎝，側(cè)壁內(nèi)移160㎝，除采用其它措施之外，其內(nèi)、外襯（加受力鋼筋）均采用鋼纖維噴射混凝土和鋼纖維混凝土，襯砌未出現(xiàn)任何開裂。

第20頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2隧道、地下工程支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

15.2.1、15.2.2和15.2.5關(guān)于工程地質(zhì)環(huán)境的勘查和經(jīng)驗設(shè)計地質(zhì)調(diào)查重要性;基于鐵路隧道圍巖分級：巖石堅硬程度和圍巖完整程度2個因素應(yīng)采用定性劃分和定量指標(biāo)2種方法確定。在此基礎(chǔ)上確定圍巖的基本分級，再結(jié)合隧道工程的特點，考慮地下水和初始地應(yīng)力的狀態(tài)等因素進(jìn)行修正。第21頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2.2體現(xiàn)了施工中的圍巖調(diào)查1圍巖無顯著變形，或采取先期支護(hù)措施后圍巖變形已基本穩(wěn)定；2巖面和噴層之間的粘結(jié)力能得以保證；3無涌水和大面積淋水。第22頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月圍巖分級流程第23頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2.5單層襯砌的噴層厚度，應(yīng)根據(jù)圍巖條件、隧道橫斷面尺寸和錨桿設(shè)置參數(shù)等因素確定。

我國鐵路隧道設(shè)計規(guī)范TB10003:巖體完整性巖石堅硬程度:用巖塊單軸飽和抗壓強度來反映;第24頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼纖維噴射混凝土單層襯砌

單線鐵路隧道圍巖級別ⅡⅢⅣ巖石單軸飽和抗壓強度（MPa）≥30≥30≥30噴層厚度6cm10cm16~20cm第25頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月

鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)程

針對噴射普通混凝土Ⅰ級:單線：噴射混凝土厚5cm雙線：噴射混凝土厚8cm，必要時設(shè)置錨桿，長1.5～2.0m，間距1.2～1.5mⅡ級單線：噴射混凝土厚8cm，必要時設(shè)置錨桿，長1.5～2.0m，間距1.2～1.5m雙線：噴射混凝土厚10cm，錨桿長2.0～2.5m，間距1.0～1.2m，必要時設(shè)置局部鋼筋網(wǎng)第26頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)程

針對噴射普通混凝土(續(xù))Ⅲ級:單線：噴射混凝土厚10cm，錨桿長2.0～2.5m，間距1.0～1.2m，必要時設(shè)置局部鋼筋網(wǎng)雙線：噴射混凝土厚15cm，錨桿長2.5～3.0m，間距1.0m，設(shè)置鋼筋網(wǎng)第27頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月“巖體質(zhì)量”

Q法分級，

公式：Q=(RQD/Jn)*(Jr/Ja)*(Jw/SRF)根據(jù)“Q”值將圍巖分為9級（＝0.001～1000），并給出了相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。該設(shè)計方法除圍巖穩(wěn)定性“最差”第9類情況必須采用模注混凝土襯砌外，其余各種圍巖中均采用鋼纖維噴射混凝土單層襯砌（同錨桿配合）。在有涌水，凍害的情況下，可修筑輕型襯套。

第28頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月挪威Q法經(jīng)驗設(shè)計第29頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2.3和15.2.4

關(guān)于強度、耐久性及防水要求。強度等級不應(yīng)低于CF30（舊規(guī)范是CF20），結(jié)合15.5.4應(yīng)同時滿足彎曲韌性的要求。尚應(yīng)符合耐久性設(shè)計要求。結(jié)合15.5.6抗?jié)B性能應(yīng)符合有關(guān)隧道或地下工程設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。結(jié)合15.5.6第31頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于強度要求表15.5.4鋼纖維噴射混凝土的彎拉強度

CF30：3.8MPa,是基本合理的。該表的彎拉強度的規(guī)定是參考挪威規(guī)范確定的。需要作大量的工作完成大于CF30的強度指標(biāo)。第32頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月耐久性要求。結(jié)合15.5.6

歐洲強調(diào)：水灰比；根據(jù)環(huán)境選擇合適的水泥；碳化深度；速凝劑對耐久性的影響；規(guī)定保證耐久性的參數(shù)，對普通混凝土規(guī)定的較多，對噴射混凝土還不太完善鋼纖維銹蝕問題不太被重視；第34頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月日本關(guān)于耐久性：

混凝土的耐久設(shè)計基準(zhǔn)強度（JASS5，1997年）

計劃使用期間

耐久設(shè)計基準(zhǔn)強度（N/mm2）一般（預(yù)定不需要大規(guī)模補修的期間為30年、使用限界期間為65年）

18標(biāo)準(zhǔn)（預(yù)定不需要大規(guī)模補修期間為65年，使用限界期間為100年）

24長期（預(yù)定不需要大規(guī)模補修期間為100年）

30第35頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月耐久性設(shè)計的概念第36頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月巴西圣保羅地鐵提出用于永久支護(hù)的噴混凝土的主要性能指標(biāo)：抗壓強度≥25MPa；浸泡和煮沸試驗測定的吸水率≤8%；飽和容重≥拌和物理論容重-0.1tf/m3；承壓透水率≤50mm；最小水泥用量380kg/m3；水灰比0.45。第37頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2.4關(guān)于防水性當(dāng)噴射混凝土的滲透系數(shù)小于10-12m/s時，可以認(rèn)為具有防水能力。挪威規(guī)范:襯砌的厚度是決定其耐久性的最主要參數(shù)之一。其余指標(biāo)為抗凍、氯化物含量、透水性和毛細(xì)管吸收性。（capillaryabsorption）從耐久性出發(fā)，噴層最小厚度應(yīng)為60mm。多次試驗結(jié)果加入鋼纖維后基本不影響滲透系數(shù),反而有所增強。在作初期支護(hù)時由于取消了鋼筋網(wǎng)更增加了襯砌結(jié)構(gòu)整體防水性能.第38頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2.7初期支護(hù)噴層厚度應(yīng)根據(jù)圍巖地質(zhì)條件確定噴層厚度。噴層厚度不宜大于150mm。因為要發(fā)揮材料韌性而規(guī)定的.

第39頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.2.8和15.5.3

彎曲韌度指標(biāo)的要求韌性是指鋼纖維噴混凝土在承載過程中承受變形的能力，亦即材料開裂以后產(chǎn)生較大變形仍可保持的材料強度不產(chǎn)生明顯降低，是鋼纖維噴混凝土一個重要特性。韌性參數(shù)可以通過三分梁加載試驗或平板加載試驗測定。

第40頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月三分梁韌度試驗試件長度L(mm)l/3(mm)試件寬度b(mm)試件高度h(mm)相應(yīng)規(guī)范55015012575EFNARC350100100100ACI544.2RASTMC1018350100100150JSCE-G552-1999第41頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月韌性指標(biāo)的評價第42頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月我國試驗規(guī)范

此外，ASTMC1018還有韌度指數(shù)

第43頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月ASTMC1018彎曲韌度指數(shù)的評價第44頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月局限性Fe=1.77,R30/10=65.73第45頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月Fe=1.71,R30/10=98.75第46頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月Fe=2.65,R30/10=85.04第47頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月彎曲韌度比：日本標(biāo)準(zhǔn)JSCE-G552韌度指數(shù)韌度指數(shù)韌度指數(shù)韌度指數(shù)韌度指數(shù)韌度指數(shù)韌度比

一般要求Re≮70%sr殘余應(yīng)力第48頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月?歐洲規(guī)范（EFNARC）梁的撓度mm韌度等級1234殘余應(yīng)力sr（N/mm2）0.51.52.53.54.511.32.33.34.321.02.03.04.040.51.52.53.5殘余應(yīng)力韌度等級第49頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月平板加載試驗J25mm

(歐洲規(guī)范)大變形圍巖初期支護(hù)

1000J單層永久襯砌

700J隧道裂損襯砌修復(fù)

500J第50頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月開裂后試件的反面第51頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月開裂后試件的正面第52頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月大板試驗荷載－位移曲線第53頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月韌性—裂后性能吸收變形軟弱圍巖支護(hù)大變形第55頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3原材料和配合比要求15.3.1對鋼纖維材料的要求長度不宜大于輸料軟管以及噴嘴內(nèi)徑的0.7倍，長徑比宜在30～80范圍內(nèi)抗拉強度不宜低于600MPa。

第56頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于長徑比按噴嘴內(nèi)徑5～6cm，鋼纖維長度小于等于35mm，，如貝卡：鋼纖維直徑0.55mm，長度30mm，長徑比55；HAREX：鋼纖維直徑0.6mm，長度30mm，長徑比50；若再增加長徑比則要減小直徑，可能會在噴射時彎曲。最好的要求是：lf≯0.7Dh-ilf/df=35～60，抗拉強度>800MPa。

第57頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼纖維最大摻量≤1%鋼纖維摻量宜根據(jù)彎曲韌度比指標(biāo)確定。注意到設(shè)計摻量與實際摻量的區(qū)別以噴射到巖面上的鋼纖維混凝土中鋼纖維的實際含量作為依據(jù)。

第58頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月最小摻量單根鋼纖維“占有”體積考慮“重疊”實際“分?jǐn)偂斌w積單位體積鋼纖維根數(shù)摻量lf/df404550556065707580β（kg/m3）α=0.45433428231916141311α=0.40614839322723201816規(guī)程（新加坡地鐵）655040353025202020第59頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.3硅粉或粉煤灰等活性摻合料硅粉的摻量可為水泥重量的5％～15％，粉煤灰的摻量可為水泥重量的15％～30％，

第60頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月加入硅粉對強度和韌性的影響

（某試驗例）鋼纖維摻量45kg/m3硅粉摻量08.5%(硅)抗壓強度38.2－彎拉強度2.882.56離散系數(shù)13.38.8

等效抗彎強度1.111.02離散系數(shù)21.212.2

第61頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月加入粉煤灰對強度和韌性的影響

（某試驗例）鋼纖維摻量45kg/m3硅粉摻量020%(粉)抗壓強度28.9226.37彎拉強度7.106.74均方差:0.740.52

等效抗彎強度4.913.47均方差1.050.3第62頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.4速凝劑應(yīng)用于干噴的速凝劑多采用粉末狀，用于濕噴混凝土的速凝劑多為液態(tài)以無堿或低堿含量的優(yōu)質(zhì)速凝劑對晚期強度的損失低于10%。國外非常強調(diào)速凝劑對耐久性影響.

第63頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.3.5材料配合比的設(shè)計強度

C/W彎曲韌度鋼纖維摻量和易性

W,CA,W,C第64頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.4噴射施工

15.4.l宜采用濕噴工藝確保鋼纖維噴射混凝土材料性質(zhì)的穩(wěn)定和施工質(zhì)量。

濕噴工藝所采用的機具主要可分為二類：泵式輸送型濕噴機；（栓塞泵、螺桿泵或擠壓泵）將泵送和壓縮空氣輸送相結(jié)合的轉(zhuǎn)子活塞式濕噴機。第65頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月噴混凝土的不同工藝干拌和物成品混凝土成品混凝土壓縮空氣速凝劑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劑第66頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)子活塞式濕噴機第67頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月干、濕噴效果比較濕噴：拱部一次噴90～100mm回彈量13～15％，粉塵濃度比噴射前增加0.4mg/m3邊墻一次噴180～200mm回彈量6～9％，粉塵濃度比噴射前增加0.3mg/m3干噴：拱部一次噴50～70mm回彈量40～60％，粉塵濃度比噴射前增加29.2mg/m3邊墻一次噴100mm回彈量17～25％，粉塵濃度比噴射前增加21.7mg/m3第68頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.4.4嚴(yán)禁在噴層和巖面之間充填異物鋼纖維噴射混凝土用作隧道和地下工程的圍巖支護(hù)或襯砌時，嚴(yán)禁在噴層和巖面之間充填異物原規(guī)范：不小于500mm的鋼筋網(wǎng)第69頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月15.5質(zhì)量控制15.5.1抗壓強度的規(guī)定15.5.4彎拉強度的規(guī)定。鋼纖維噴射混凝土的彎拉強度的規(guī)定是參考挪威規(guī)范確定的。需要作大量的工作完成大于CF30的強度指標(biāo)。15.5.5關(guān)于粘結(jié)力的規(guī)定:參考“歐洲噴射混凝土規(guī)范”確定的。第70頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月粘結(jié)力檢驗的必要性剪切撕開-粘結(jié)強度第71頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼纖維噴射混凝土的粘結(jié)強度

同混凝土間的粘結(jié)強度(MPa)非結(jié)構(gòu)性的防護(hù)0.5結(jié)構(gòu)增強1.0粘結(jié)強度(MPa)支護(hù)結(jié)構(gòu)0.5非結(jié)構(gòu)性的防護(hù)0.1同與巖面之間同