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1、南水北调西四环暗涵工程(喷射)混凝土施工技术要求,北京市水利科学研究所水利工程质量检测中心周子昌 高级工程师,0前言1 原材料2 施工机具3 混合料的配合比、拌制和运输4 喷射前的准备工作5 喷射作业6 喷射混凝土质量检查7附录E：喷射混凝土抗压强度检测方法8现场混凝土试验有关技术要求9南水北调预防混凝土碱骨料反应有关技术要求,0 前言,南水北调西四环暗涵一衬采用喷射混凝土，即起到喷锚支护作用，同时也是主要承载结构，因此对喷射混凝土质量提出了更高的要求,混凝土标号位C30。(与普通喷锚有较大区别，引起足够的重视）喷射混凝土涉及到的规范、标准和条例主要包括：1)DL/T5181-2003水利水电
2、工程喷锚支护施工规范，替代SDJ57-1985；2)DL/T5144-2001水工混凝土施工规范，替代SDJ207-1982；3)JC477-92喷射混凝土用速凝剂；4)DL/T5100-1999水工混凝土外加剂技术规程；5)DL/T5150-2001水工混凝土试验规程，替代SD105-82；6)DL/T5151-2001水工混凝土砂石骨料试验规程，替代SD105-82；7)GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；8)南水北调中线干线工程标准-预防混凝土工程碱骨料反应技术条例(试行)；9）有关钢筋及钢筋焊接的有关技术规范。,1、原材料,1.1 应优先选用新鲜的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥
3、，强度等级不宜低于32.5。也可选用新鲜的矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，强度等级不应低于42.5。必要时，经过试验论证也可使用特种水泥。水泥的性能指标应符合现行的水泥国家标准。针对西四环暗涵喷射混凝土的特点，建议选用水泥。,1原材料,1.2 优先选用坚硬、耐久的天然砂和卵石，也可采用机制的砂石料。砂石料质量必须符合DL/T5144的有关规定。砂的细度宜为2.53.0，含水率宜控制在5%7%。粗骨料最大粒径不宜大于15mm。骨料级配应控制在表1.2所给定的范围内。当采用碱性速凝剂时，不得使用碱活性骨料.1.3 回弹的骨料不宜重复使用。表1.2 喷射混凝土用骨料通过各种筛径的累计重量百分数,
4、表1.1-1 细骨料品质要求,表1.1-1 细骨料品质要求,表1.1-2 粗骨料品质要求,1.4 施工中可使用具有速凝、早强、减水等性能的外加剂，其质量应符合DL/T5100或行业标准的有关规定。掺入外加剂后，喷射混凝土的性能必须满足设计要求。对于所使用的各种外加剂，应做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结试验。掺速凝剂的喷射混凝土初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。1.5 当采用外掺料时，应做与水泥的相容性试验。1.6 喷射混凝土用水的质量必须符合DL/T5144的有关规定。,1原材料,1.7 掺合料为了抑制碱骨料反应的危害，在喷射混凝土中掺加掺合料，建议掺加级粉煤灰和（微）硅
5、粉，掺量通过试验确定。表1.3 级粉煤灰的技术要求,表1.4 硅粉的技术要求,2施工机具,2.1 应根据工程量、进度要求、工艺流程等条件选择喷射机。优先选用湿式喷射机。2.2 干式喷射机的性能应满足下列要求：1 密封性能良好，输料连续均匀。2 生产能力、允许输送的骨料最大粒径应满足施工需要。3 输送距离：水平不小于100m，垂直不小于30m。存在的缺点：后期强度损失大、回弹率高、粉尘大。,2.3 湿式喷射机的性能应满足下列要求：1 密封性能良好，输料连续均匀。2 混凝土生产率不小于5m3/h，允许骨料最大粒径为15mm。3 混凝土输送距离：水平不小于30m，垂直不小于20m。4 机旁粉尘小于1
6、0mg/m3。2.4 搅拌干混合料应优先选用强制式搅拌机。2.5 选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求。压风进入喷射机前，必须进行油水分离。,2施工机具,2.6 输料管应能承受至少0.8MPa的工作压力，并应具有良好的耐磨性能。2.7 供水设施应能保证喷头处的水压为0.15Mpa0.20Mpa，供水量应满足设计要求。2.8 当采用皮带输送机向喷射机供料时，皮带输送机应具有上料方便、粉尘小、混合料不产生分离等性能。,2施工机具,2.9 采用的喷射作业机械手应满足下列要求：1 工作性能好。2 操作灵活、方便。3 喷头可沿上下左右作平行于岩面的移动，可按某种尺寸的直径作圆周运动。4 配有自
7、行设备，或者便于移动。,2施工机具,3混合料的配比、拌制和运输,3.1 混合料配合比的有关规定：1 各种喷射混凝土水泥、砂石和水的用量比例宜符合下表3.1的规定。2 速凝剂或其他外加剂的掺量应通过试验确定。3 外掺料的添加量应符合有关技术标准的要求，并通过试验确定。,3.2 各种原材料均按质量计量，称量的允许偏差应符合下列规定：1 水泥、水（不含干喷法）和速凝剂均为2%。2 砂、石均为3%。3.3 混合料搅拌时间的有关规定：1 采用容量小于400L的强制式搅拌机时，搅拌时间不得少于60s。2 采用自落式或滚筒式搅拌机时，搅拌不得少于120s。3 混合料掺有外加剂或外掺料时，搅拌时间应适当延长。
8、,3混合料的配合比、拌制和运输,3.4 干喷法混合料的拌制和使用应符合 下列规定：1 当使用的砂石料含水率小于6%时，速凝剂可在搅拌时掺入。拌制好的混合料，应在20min内使用完毕。2 当使用的砂石料含水率为6%10%时，速凝剂应在喷射机的上料皮带上或在输料管内掺入，速凝剂加入后必须立即喷射。3 混合料宜随拌随用。不掺速凝剂的混合料，存放时间不应超过2h。,3混合料的配合比、拌制和运输,3.5 湿喷法混合料的拌制和使用应符合下列规定：1 全部用水量一次与水泥、砂石搅拌均匀，随拌随用。2 混合料拌制后，应进行坍落度测定，其坍落度宜为8cm12cm。3 速凝剂应在喷头或输料管的适当部位加入。若采用
9、液态速凝剂，拌料进应扣除配制液态速凝剂的用水量。4 喷射时，混合料不得出现离析和“脉冲”现象。3.6 混合料在运输、存放过程中，应严防雨淋、滴水或石块等杂物混入。混合料装入喷射机前应过筛。,3混合料的配合比、拌制和运输,4喷射前的准备工作,4.1 喷射作业现场应做好下列准备工作：1 拆除作业面障碍物，清除开挖面的浮石和墙脚的石渣、堆积物。2 用高压风水将受喷面洗干净；对遇水易潮解、泥化的岩层，则应用高压风清扫岩面。若受喷面被污染，应按设计要求进行处理。3 埋设控制喷射混凝土厚度的标志。4 作业区应安设充足的照明设施，具有良好的通风条件。,4.2 若受喷面漏水或渗水严重，喷射作业前应做好治水工作
10、。4.3 喷射作业前，应对机械设备、风水管路、输料管路和电气线路等进行全面检查，并进行试运转。,4喷射前的准备工作,5喷射作业,5.1 喷射机操作的有关规定：1 严格执行喷射机操作规程。2 连续均匀向喷射机供料。3 保持喷射机工作风压的稳定。完成喷射作业或因帮中断喷射作业时，将喷射和输料管内的积料清除干净。,5.2 喷头操作的有关规定：1 保持喷头处水压稳定并保持喷头处于良好的工作状态。2 喷头宜与受喷面垂直，喷射距离控制在0.6m1.2m。3 干法喷射作业过程中，应控制好水灰比，及时调整供水量，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。,5喷射作业,5.3 喷射作业的有关规定：1
11、 喷射作业应分段、分片依次进行，喷射顺序应自下面上。各段间的结合部和结构的接缝处应做妥善处理，不得存在漏喷部位。2 素喷混凝土一次喷射厚度应按下表5.3选用。表5.3 素喷混凝土一次喷射厚度,5喷射作业,3 分层喷射时，后一层喷射应在前一层喷射混凝土终凝后进行。若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面。4 喷射作业紧跟开挖面时，混凝土终凝到下一循环放炮的间隔时间不宜小于4h。5.4 喷射混凝土表面应平整，平均起伏差应满足设计要求。5.5 喷射混凝土的回弹率，边墙不宜大于15%，顶拱不宜大于25%。,5喷射作业,5.6 低温期施工的有关规定：1)喷射作业区的气温不应低于+5。2)混合料进
12、入喷射机进垢温度不应低于+5。3)在与现场气温相同条件下进行水泥净浆凝结试验，决定速凝剂掺量。4)做好保温工作。喷射混凝土强度在下列数值时，不得受冻：1）普通硅酸盐水泥配制的喷射混凝土低于设计强度等级30%。2）矿渣硅酸盐水泥配制的喷射混凝土低于设计强度等级40%。,5喷射作业,5.7 喷射混凝土养护的有关规定：1 终凝2h后，应开始喷水养护；养护时间，一般工程不得少于7d，重要工程不得少于14d。2 气温低于+5时，不得喷水养护；必要时，需采取保温防冻措施。,5喷射作业,6喷射混凝土质量检查,6.1 对(喷射)混凝土原材料进行检查的规定：1 购进的水泥、外加剂、钢筋、粉煤灰、硅粉等均应有出厂
13、合格证及品质试验报告，其品质应符合设计要求。2 每批材料运到工地后，均应进行质量检验，检验合格后方可使用。,取样标准 1）水泥：同品种、同强度等级的水泥,每200t（袋装）或500t（散装）为一取样单位，如不足200t(或500t)也作为一取样单位；随机从不少于3个罐车中或不少于20袋中各取等量水泥，经混拌均匀后，称取不少于12kg水泥作为检验样品。常规检测项目：凝结时间、安定性、胶砂强度、+碱含量；2）砂子:同一产地、同一规格、同一个进场时间，每400m3或600t为一取样单位，各部位抽取8份（每份11kg），搅拌均匀后用四分法缩至22kg组成一组试样。常规检测项目：筛分析、含泥量、泥块含量
14、、坚固性、表观密度、+碱活性（对重要工程）；,3）石子：同一产地、同一规格、同一个进场时间，每400m3或600t为一取样单位，各部位抽取15份，搅拌均匀后用四分法缩至40kg(20mm)、80kg（40mm）组成一组试样。常规检测项目：筛分析、含泥量、泥块含量、坚固性、针片状颗粒含量、压碎指标、表观密度、碱活性（重要工程）；4)粉煤灰:以连续供应的、同等级的粉煤灰每200t400t为一取样单位，如不足200t也作为一取样单位，随机从不同部位取15分（散装灰）或不少于10袋中各取等量灰，经混拌均匀后，用四分法缩至所需数量作为检验样品。常规检测项目：细度、烧失量、需水量比、碱含量；5）硅粉：以连
15、续供应的、同等级，每20t为一取样单位，如不足20t也作为一取样单位；随机从不少于10袋中各取等量灰，经混拌均匀后，用四分法缩至所需数量作为检验样品。,常规检测项目：细度、烧失量、含水量、SiO2含量、碱含量。6）速凝剂：同品种的速凝剂每5t10t为一取样单位，如不足5t也作为一取样单位；常规检测:钢筋锈蚀、凝结时间、28天强度比、碱含量。7）减水剂：同品种、每50t（掺量1%)为一取样单位，如不足50t出作为一取样单位；常规检测:钢筋锈蚀、减水率、28天强度比、碱含量。8）钢筋：同一厂别、同一炉罐号、同一规格、同一进场时间的钢筋为一批。每60t（50t冷轧带肋）为一检验批。常规检测项目：拉伸
16、、弯曲试验，必要时钢化分析。,（9）钢筋焊接：根据不同焊接方式，采取相应的抽样检测。,6喷射混凝土质量检查,6.2 检查混合料的配合比和级配：1 每班作业前应对所使用的衡器进行检查和校正。2 混合料的实际配合比，每个作业班到少检查两次，若发现有符合要求，必须及时进行调整。,6喷射混凝土质量检查,6.3 喷射混凝土必须做抗压强度检查，并遵守下列规定：1 一般情况下，只检测喷射混凝土28d龄期的抗压强度。2 应主要采用喷大板切割法制备试件。当有物殊要求时，还应采用养生28d后现场取芯的方法。3 取样数量：每喷100m3混合料（或工程量小于100m3的独立工程）至少取两组试件，每组3块。常规非大体积
17、水工混凝土28天龄期每100m3 取1组试件、设计龄期每200m3 取1组试件。（#请取一定的备用试件）4 喷射混凝土抗压强度的检测方法见附录E。,6喷射混凝土质量检查,6.4 喷射混凝土抗压强度验收应符合下列规定：1 同批喷射混凝土的抗压强度，应以同批标准试块的抗压强度代表值来评定。2 每组试块的抗压强度代表值为三个试块试验结果的平均值；当三个试块强度中的最大值或最小值之一与中间值之差超过中间值的15%时，可用中间值代表该组的强度；当三个试块强度中的最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15%时，该组试块不应作为强度评定的依据。,6喷射混凝土质量检查,3 永久支护工程的合格条件为：fck-
18、K1Sn0.9fc(6.4-1)或 fckminK2fc(6.4-2)4 临时支护工程的合格条件为：fckfc(6.4-3)或 fckmin0.85fc(6.4-4)式中：fck同批n组喷射混凝土试块抗压强度的平均值，MPa；fc设计的喷射混凝土立方体抗压强度，MPa；fckmin同批n组喷射混凝土试块抗压强度的最小值，MPa；K1，K2合格判定系数，按表6.4选取；,6喷射混凝土质量检查,表6.4 喷射混凝土合格判定系数K1、K2值 Sn同批n组喷射混凝土试块抗压强度的标准差，MPa，按以下公式计算：(6.4-5)式中：fcki同批第i组喷射混凝土试块抗压强度的代表值，MPa。,6喷射混凝土
19、质量检查,当同批试块组数n10时，可按以下合格条件验收：fck1.15fc(6.4-6)fckmin0.95fc(6.4-7)5 喷射混凝土强度不符合要求时，应查明原因，采取补强措施。6 喷射混凝土抗压强度的变异系数 为喷射混凝土的均匀性合格。注：同批试块是指原材料和配合比基本相同的喷射混凝土试块。,6喷射混凝土质量检查,6.5 根据工程设计的需要决定其他的测试项目和数量。抗渗指标的检测方法见附录F。抗拉强度的检测方法见附录G。抗冻性能的检测方法见附录H。喷射混凝土与围岩黏结强度的检测方法见附录I。,6喷射混凝土质量检查,6.6 喷射混凝土厚度检查的有关规定：1 一般不过水洞室及边坡可采用针探
20、、钻孔等方法进行检查。过水隧洞宜采用无损检测法进行检查。2 检查断面的数量按表6.6确定，但每一个独立工程检查断面不得少于一个。在断面上以拱冠为基准，向两侧每隔2m5m布置一个测点。每个断面的测点不宜少于5个，其中拱部测点不应少于3个。过水隧洞应适当增加测点数量。表6.6 喷层厚度检查断面间距,6喷射混凝土质量检查,3 实测喷层厚度达到设计尺寸的合格率应满足下列要求：1）大型洞室、过水隧洞和竖井：不低于80%。2）一般隧洞及边坡：不低于60%。3）实测厚度的平均值应不小于设计尺寸。未合格测点的最小厚度应不小于设计厚度的1/2，但其绝对值不得小于50mm。4）对重要工程的拱、墙喷层厚度的检查结果
21、，应分别进行统计。,6喷射混凝土质量检查,6.7 按以下规定检查喷射混凝土的整体性：1 在喷大板试件的纵、横剖面上，骨料分布均匀，不应出现夹层、砂包、明显层面、蜂窝、洞穴等缺陷。2 在结构接缝、墙角、洞形或洞轴急变等部位，喷层应有良好的结合。3 无漏喷、脱空现象。4 无仍在扩展中或危及使用的贯穿性裂缝。5 出现过的漏水点已做了妥善处理。,7、附录E：喷射混凝土抗压强度检测方法,E.1 喷射混凝土抗压强度的检测试件，应在施工过程中通过喷大板切割法或现场钻取芯取得。E.2 喷大板切割法:E.2.1 喷射混凝土作业时，按实际施工条件向垂直放置的长450mm、宽350mm、高120mm的开敞式木模内沿
22、水平方向喷射混凝土，在施工现场养护一昼夜后脱模。E.2.2 将混凝土大板移至试验室，标养7d，用切割机去掉周边和上表面（底面可不切割），加工成边长为100mm的立方体试件。立方体试件的允许偏差为：边长不超过1mm，直角不超过2。E.2.3 继续要标准条件下养护至28d龄期，进行抗压强度试验。,附录E：喷射混凝土抗压强度检测方法,E.3 现场钻取芯样法：E.3.1 采用小型钻机配金刚石钻头，在喷射混凝土结构物上钻取芯样。取样位置应具有代表性，钻取芯样数量应不小于3个。E.3.2 将钻取的芯样用切割机加工成高度和直径相同的圆柱体试件。圆柱体试件的允许偏差为：高度不超过1mm，垂直度不超过2E.3.
23、3 对龄期已达到28d的圆柱体试件进行抗压强度试验。当圆柱体试件的直径和高度均为100mm时，试验结果即为抗压强度指标；当圆柱体试件的直径和高度小于100mm（但不得小于76mm）时，试验结果乘以0.95的折减系数作为抗压强度指标。,8、现场混凝土试验有关要求,1、试块的制作1)试验人员应持证上岗；2）对于常规混凝土，应振捣密实。人工插捣时，应分二层装料，按螺旋方向从边缘向中心均匀进行，保证插捣密实。试件成型后应覆盖表面，以防止水份蒸发，应在205情况下，静置12昼夜，然后编号拆模。3）拆模后的试件应立即放入标准养护室中的架子上养护，试件彼此间隔1020cm，避免用水直接冲淋试件。2、标准养护
24、室的要求1）养护室的温度为202，湿度大于90%；2）养护室应安排专人负责，每天检查温湿度状况并记录；3）养护室的温湿度应采用自动控温控湿设备，并经检定合格后方可使用。,9、南水北调预防混凝土工程碱骨料反应有关技术要求 为了有效预防南水北调中线干线工程混凝土发生碱骨料反应，保障混凝土工程的安全和正常运行寿命，参照其它有关技术标准、规程，南水北调中线干线工程建设管理局制订了“预防混凝土工程碱骨料反应技术条例（试行）”，条例规定了预防南水北调中线干线工程混凝土发生碱骨料反应的检验规则、工程分类、预防措施和管理与验收要求。9.1 骨料碱活性检验9.1.1 取样 取样数量及方式参照水利水电工程天然建筑
25、材料勘察规程SL251-2000执行。9.1.2 检验方法骨料的碱-硅酸盐反应活性采用DL/T5151-2001“水工混凝土砂石骨料试验规程”规定的“岩相法”、“砂浆棒快速法”或“混凝土棱柱体试验法”检验。骨料的碱-碳酸盐反应活性抑制试验方法采用DL/T5151-2001“水工混凝土砂石骨料试验规程”规定的“碳酸盐骨料的碱活性检验”或“混凝土棱柱体试验法”。骨料的碱-硅酸盐反应抑制试验，采用DL/T5151-2001“水工混凝土砂石骨料试验规程”规定的“抑制骨料碱活性效能试验”和“砂浆棒快速法”,9.1.3 评定标准按照骨料碱活性检验试验方法中规定的评定标准进行评定。当采用不同的碱活性检验方法
26、得出不同的试验结果时，应按从严原则评判。9.2 工程分类9.2.1 工程环境分类工程环境分为：干燥环境、潮湿环境、含碱环境三类。9.2.2 混凝土结构分类类工程：指普通永久地面建筑物；类工程：指地面输水工程；类工程：指不允许开裂破坏的工程部位及重要预制构件。如渡槽槽身、闸室、PCCP管、预应力混凝土梁、暗渠、倒虹吸、隧洞、灌注桩、基础等地下工程部位。,9.3 预防措施9.3.1 工程应尽可能使用非碱活性骨料配制混凝土。使用非碱活性骨料配制混凝土时，对原材料和混凝土中的碱含量可予以适当放宽。9.3.2、类工程不得使用具有碱-碳酸盐反应的活性骨料。9.3.3 使用具有碱-硅酸盐反应的活性骨料或具有
27、碱-硅酸盐反应的疑似活性骨料配制混凝土时，应对混凝土的总碱量进行限制，并采取安全有效的预防措施。掺加低钙粉煤灰、矿渣粉、硅灰等掺合料可以起到抑制混凝土碱骨料反应的作用掺合料的种类、掺量应结合工程的要求，由通过相关机构（省级以上）资质认证的单位通过试验确定。9.3.4 水泥应采用低碱水泥，碱含量不大于0.60%。9.3.5 采用低碱含量外加剂，其碱含量不宜大于10%。9.3.6 单掺低钙粉煤灰进行骨料碱活性抑制时，粉煤灰掺量一般不少于20%，粉煤灰等级不得低于级，碱含量应不大于1.5%。,9.3.7 依据工程所处环境及结构类型，根据表9-1的要求，采取相应的预防控制措施。9.3.8 抑制措施的最
28、终确定应结合混凝土配合比试验进行。应优化混凝土施工配合比，在满足混凝土各项性能指标及和易性的条件下，尽量降低胶凝材料用量，以降低混凝土中的总碱量，达到保证工程安全的目标。表9-1 预防混凝土碱骨料反应的技术措施,为了保证南水北调西四环暗涵工程一衬喷射混凝土质量稳定可靠，更好地控制混凝土碱含量，有效地预防和抑制碱骨料反应，北京市南水北调建管中心正在积极组织进行喷射混凝土技术研究。,干喷混凝土是目前在地铁、隧洞工程施工中普遍采用的喷射工艺。由于其喷射工艺的特殊性，其水泥用量一般控制在420500kg/m3，所用速凝剂大部分为碱性速凝剂，碱含量一般在10%20%，掺量为4%5%，即使采用低碱水泥，碱
29、含量在0.5%左右，所配制的混凝土总碱含量也远远大于2.5 kg/m3。湿喷法虽然可以采用一定掺合料替代部分水泥，可以降低水泥用量，但一般用量也在400kg左右，再考虑掺合料、减水剂中的碱含量，即使采用无碱速凝剂，混凝土总碱含量控制在2.5 kg/m3以内确实有一定的难度。初步同意对于西四环一衬喷射混凝土总碱含量控制在3kg/m3以内，总碱含量应在混凝土配合比单上注明。,目前我们正在进行喷射混凝土专项技术研究，通过试验，优化湿喷混凝土配合比，在确保满足混凝土各项设计指标和和易性的基础上，尽量降低胶凝材料用量，以降低混凝土的总碱量，通过掺加一定比例的掺合料，达到抑制混凝土碱骨料反应的目的。为了保证进入主洞后喷射混凝土的正常施工，各标段应根据湿喷机规格、技术要求、混凝土技术要求，尽快申请湿喷混凝土配合比试验，否则会影响工程的进度。,谢 谢！,
