CN115159914A - 一种地下大跨硐室防水喷射混凝土及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下大跨硐室防水喷射混凝土，混凝土包括如下以重量份数计的组分：水泥480‑500份，砂753.6‑785份，石811.2‑845份，水172.8‑180份，减水剂9.6‑10份，速凝剂28.8‑30份，防水剂24‑25份；本发明还涉及一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，该方法为：先拌合好防水喷射混凝土，再由混凝土罐车进行装料运输,然后采取初喷一次成型，复喷分层作业的方式进行喷射混凝土作业，最后进行混凝土的养护。本发明的混凝土具有混凝土的干缩减少、防水性能和耐久性高的优点，工程中配合使用上述的施工方法，既能满足工程中的防水要求，也能加快施工进度，节约施工成本。

Description

一种地下大跨硐室防水喷射混凝土及施工方法
技术领域
本发明涉及一种地下大跨硐室防水喷射混凝土及施工方法，属于地下硐室混凝土材料应用技术领域。
背景技术
喷射混凝土，是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工方法，具有施工灵活性大、速度快、支护及时等优点。此方法按照喷射方式可分为喷射混凝土干拌法和喷射混凝土湿拌法，其中的喷射混凝土湿拌法常常用于地下硐室的支护。
在做地下大跨硐室的衬砌施工时，有时会将复合式衬砌优化调整为永久单层衬砌，但因混凝土干缩作用，常规喷射混凝土往往密实度较差，施工完成后，在结构内部常常存在许多渗漏通道，在混凝土与锚杆、钢筋网片及钢架接触部位常常难以无缝密贴，所以在喷射混凝土表面常常出现点状、面状渗漏及集中射流等情况。这些情况的出现，往往会导致无法满足工程中的防水要求。在罐室衬砌优化取消二次衬砌后，若采用常规喷射混凝土，将会无法满足工程中罐室防水要求。为保证单层永久衬砌方案的顺利实施，解决喷射混凝土抗渗性能差的问题，从而满足罐室结构防水要求，非常有必要将防水喷射混凝土引入罐室永久单层衬砌施工。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种地下大跨硐室防水喷射混凝土及施工方法，此混凝土加入了抗裂硅质防水剂，其密实度高，防水性能和耐久性高，耐硫酸盐、抗碳化、抗冻性、抑制碱骨料性能良好；经配合比设计及试验检测验证，此防水喷射混凝土抗渗性能可达P12，优于原模筑钢筋混凝土二次衬砌抗渗性能P8的要求；采用该防水喷射混凝土的施工方法，能够解决常规喷射混凝土抗渗性能差的问题，满足罐室防水功能要求，加快施工进度，节约施工成本。
本发明通过下述方案实现：一种地下大跨硐室防水喷射混凝土，其包括如下组分：以重量份数计，水泥480-500份，砂753.6-785份，石811.2-845份，水172.8-180份，减水剂9.6-10份，速凝剂28.8-30份，防水剂24-25份。
所述水泥是强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，所述砂是中粗砂，其细度模数＞2.5，含泥量≤1％，所述石是连续级配的碎石，其含泥量≤1％。
所述防水剂为抗裂硅质防水剂，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述速凝剂为HKSN-1速凝剂。
一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其包括下述步骤：
步骤一、混凝土混合：将水泥480-500份，砂753.6-785份，石811.2-845份，水172.8-180份，减水剂9.6-10份，速凝剂28.8-30份，防水剂24-25份进行混合；
步骤二、混合好的混凝土用罐车进行装料运输；
步骤三、喷射混凝土施工前，做好准备工作；
步骤四、在围岩上临时初喷后，以已安装的锚杆为定位筋，安装第一层钢筋网钢筋；
步骤五、第一层钢筋网片安装完成后，喷射第一层混凝土。
步骤六、待第一层喷射混凝土终凝后，先安装塑料排水板，再利用预留的锚杆杆体安装第二层钢筋网片，在锚杆杆头加装第二块垫板；
步骤七、第二层钢筋网片安装完成后喷射第二层混凝土，再按照第一层喷射工艺喷至设计厚度；
步骤八、进行混凝土的养护。
所述步骤一采用自建搅拌站搅拌机进行拌和，拌和均匀，拌和时间不少于2min。
所述步骤四中安装第一层钢筋网是指钢筋网随面层起伏安装，与锚杆连接牢固，每个交点及搭接段在铺挂完成后进行绑扎或焊接，网面与临时支护壁面的间距为5cm。
所述步骤五中喷射时先将低洼处喷平，再自下而上，分段、分片、分层往复喷射至设计厚度。
所述步骤四、步骤五和所述步骤七在喷射混凝土作业时喷嘴垂直岩面，喷枪头到受喷面的距离控制在0.6～1.5m；喷射机工作压力控制在0.2～0.7MPa之间。
所述步骤五和所述步骤七在复喷混凝土作业时，拱顶每次复喷厚度不大于100mm，边墙每次复喷厚度不大于150mm，复喷最小厚度不小于50mm。
所述步骤八的养护为：喷射混凝土终凝2小时后洒水养护，养护时间不少于14天；隧道内日均温度低于+5℃时不得洒水养护。
1、本发明具有抗裂功能：微膨胀补偿干燥收缩与自收缩；抑制水泥水化热放热速率，降低温度收缩；降低喷射混凝土结构的表面张力，减小干缩；
2、本发明具有抗渗功能：物理方面憎水功能组份，形成憎水层，憎水疏水；化学方面沸石所含活性硅和活性铝，与水泥水化作用产生的氢氧化钙二次反应生成化合物堵塞喷射混凝土中细小渗漏通道，增加密实性，憎水凝胶物的疏水性阻止了水分迁移，从而提升密实性和防水性；
3、本发明具有自修复功能：活性材料的二次反应生成物可以愈合裂缝；持续的微膨胀可以改善应力状态闭合裂缝；
4、本发明具有耐久功能：引入抗裂硅质防水剂后密实性大幅度提高，从而有效提高了其防水性能和耐久性，有效隔绝了有害介质(液体、气体)侵蚀，耐硫酸盐、抗碳化、抗冻性、抑制碱骨料性能良好；
5、本发明喷射混凝土的干缩减少，细小渗漏通道得到有效的堵塞，密实性大幅度提高，有效隔绝了有害介质(液体、气体)侵蚀，有效提高了其防水性能和耐久性；
6、本发明采用先拌合好防水喷射混凝土，再由混凝土罐车进行装料运输,然后采取初喷一次成型，复喷分层作业的方式进行喷射混凝土作业，最后进行混凝土的养护的施工方法，既能满足工程中的防水要求，也能加快施工进度，节约施工成本。
附图说明
图1为本发明施工后的立面示意图。
图2为图1中A处放大结构示意图。
图3为本发明的施工流程图。
图中：1为围岩；2为喷射混凝土；2-1为初喷混凝土；2-2为复喷混凝土一；2-3为复喷混凝土二；2-4为复喷混凝土三；3为环向钢筋；4为径向钢筋。
具体实施方式
下面结合图1-3对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，且附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
实施例1：一种地下大跨硐室防水喷射混凝土，包括如下以重量份数计组分：水泥480份，砂753.6份，石811.2份，水172.8份，减水剂9.6份，速凝剂28.8份，防水剂24份。水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，砂采用中粗砂，其细度模数＞2.5，含泥量≤1％，石采用连续级配的碎石，其含泥量≤1％，减水剂采用聚羧酸高效减水剂，速凝剂采用HKSN-1速凝剂，在现场湿喷机添加，防水剂采用抗裂硅质防水剂。
在本实施例中施工现场制备方法为：将称好的粗骨料(碎石)、水泥、细骨料(中粗砂)、水、减水剂和防水剂依次加入搅拌机搅拌均匀之后，将制得的防水喷射混凝土主料装入混凝土喷射机中，在喷口处加入速凝剂，随后防水喷射混凝土主料与速凝剂混合后即可形成防水喷射混凝土。
为了验证本申请的混凝土能够满足工程中的使用需求，本申请对实施例中制得的混凝土分别进行了塌落度、抗压强度和抗渗性能的检测，检测结果如下：
表1：实施例1的各性能参数
Figure BDA0003515049930000051
由表1可知，本发明中实施例1中制得的混凝土出机塌落度为160mm，满足了喷射混凝土的流动性使用要求。本发明中实施例中制得的混凝土的7d、28d抗压强度分别达到了设计强度的132.0％、137.3％，能够满足工程中的强度要求。本发明中实施例中制得的混凝土的抗渗性能(28d)实测结果为＞P12，满足了工程中抗渗性能(28d)≥P12的要求。
本申请实施例中提供一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，该方法包括下述步骤：
步骤一、喷射混凝土混合料采用自建搅拌站搅拌机进行拌和，要求拌和均匀，拌和时间不少于2min；
步骤二、采用6m3混凝土罐车进行装料运输；
步骤三、喷射混凝土2施工前，应做好各种准备工作；
步骤四、如图标2-1在围岩1上临时初喷后，以已安装的锚杆为定位筋，然后安装第一层钢筋网钢筋，由环向钢筋3和径向钢筋4形成第一层钢筋网片；
步骤五、第一层钢筋网片安装完成后，如图标2-2、2-3喷射第一层混凝土，喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上，分段、分片、分层往复喷射至厚度10cm；
步骤六、待第一层喷射混凝土终凝后，先安装塑料排水板，再利用预留的锚杆杆体安装第二层钢筋网片，第二层钢筋网片也由环向钢筋3和径向钢筋4组成，在锚杆杆头加装第二块垫板；
步骤七、第二层钢筋网片安装完成后如图标2-4喷射第二层混凝土，再按照第一层喷射工艺喷至设计厚度；
步骤八、进行混凝土的养护。
所述的喷射混凝土作业时喷嘴宜垂直岩面，喷枪头到受喷面的距离控制在0.6～1.5m；喷射机工作压力初取0.5MPa，根据现场混凝土塌落度进行湿喷后进行调整。
在步骤三中，所述的准备工作包括：
①清理受喷岩面的浮石、岩屑、杂物和粉尘等；
②检查开挖断面净空尺寸，凿除欠挖凸出部分；
③岩面渗水处采取引排措施；
④设置控制喷射混凝土厚度的标识；
⑤检查作业机具、设备、风水管路、电缆线路，并试运转正常；
⑥检查作业场地的通风和照明条件。
在步骤八中，所述的养护为：喷射混凝土终凝2小时后洒水养护，养护时间不少于14天；隧道内日均温度低于+5℃时不得洒水养护。
实施例2：一种地下大跨硐室防水喷射混凝土，包括如下以重量份数计组分：水泥500份，砂785份，石845份，水180份，减水剂10份，速凝剂30份，防水剂25份。水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，砂采用中粗砂，其细度模数＞2.5，含泥量≤1％，石采用连续级配的碎石，其含泥量≤1％，减水剂采用聚羧酸高效减水剂，速凝剂采用HKSN-1速凝剂，在现场湿喷机添加，防水剂采用抗裂硅质防水剂。
在本实施例中施工现场制备方法为：将称好的粗骨料(碎石)、水泥、细骨料(中粗砂)、水、减水剂和防水剂依次加入搅拌机搅拌均匀之后，将制得的防水喷射混凝土主料装入混凝土喷射机中，在喷口处加入速凝剂，随后防水喷射混凝土主料与速凝剂混合后即可形成防水喷射混凝土。
为了验证本申请的混凝土能够满足工程中的使用需求，本申请对实施例中制得的混凝土分别进行了塌落度、抗压强度和抗渗性能的检测，检测结果如下：
表2：实施例2的各性能参数
Figure BDA0003515049930000081
由表2可知，实施例2中制得的混凝土出机塌落度为158mm，满足了喷射混凝土的流动性使用要求。本发明中实施例中制得的混凝土的7d、28d抗压强度分别达到了设计强度的126.7％、134.0％，能够满足工程中的强度要求。本发明中实施例中制得的混凝土的抗渗性能(28d)实测结果为＞P12，满足了工程中抗渗性能(28d)≥P12的要求。
本申请实施例2中提供一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，该方法包括下述步骤：
步骤一、喷射混凝土混合料采用自建搅拌站搅拌机进行拌和，要求拌和均匀，拌和时间不少于2min；
步骤二、采用6m3混凝土罐车进行装料运输；
步骤三、喷射混凝土2施工前，应做好各种准备工作；
步骤四、如图标2-1在围岩1上临时初喷后，以已安装的锚杆为定位筋，然后安装第一层钢筋网钢筋，由环向钢筋3和径向钢筋4形成第一层钢筋网片；
步骤五、第一层钢筋网片安装完成后，如图标2-2、2-3喷射第一层混凝土，喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上，分段、分片、分层往复喷射至厚度10cm；
步骤六、待第一层喷射混凝土终凝后，先安装塑料排水板，再利用预留的锚杆杆体安装第二层钢筋网片，第二层钢筋网片也由环向钢筋3和径向钢筋4组成，在锚杆杆头加装第二块垫板；
步骤七、第二层钢筋网片安装完成后如图标2-4喷射第二层混凝土，再按照第一层喷射工艺喷至设计厚度；
步骤八、进行混凝土的养护。
所述的喷射混凝土作业时喷嘴宜垂直岩面，喷枪头到受喷面的距离控制在0.6～1.5m；喷射机工作压力初取0.5MPa，根据现场混凝土塌落度进行湿喷后进行调整。
在步骤三中，所述的准备工作包括：
①清理受喷岩面的浮石、岩屑、杂物和粉尘等；
②检查开挖断面净空尺寸，凿除欠挖凸出部分；
③岩面渗水处采取引排措施；
④设置控制喷射混凝土厚度的标识；
⑤检查作业机具、设备、风水管路、电缆线路，并试运转正常；
⑥检查作业场地的通风和照明条件。
在步骤八中，所述的养护为：喷射混凝土终凝2小时后洒水养护，养护时间不少于14天；隧道内日均温度低于+5℃时不得洒水养护。
实施例3：一种地下大跨硐室防水喷射混凝土，包括如下以重量份数计组分：水泥490份，砂765份，石830份，水175份，减水剂9.8份，速凝剂29份，防水剂24份。水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，砂采用中粗砂，其细度模数＞2.5，含泥量≤1％，石采用连续级配的碎石，其含泥量≤1％，减水剂采用聚羧酸高效减水剂，速凝剂采用HKSN-1速凝剂，在现场湿喷机添加，防水剂采用抗裂硅质防水剂。
在本实施例中施工现场制备方法为：将称好的粗骨料(碎石)、水泥、细骨料(中粗砂)、水、减水剂和防水剂依次加入搅拌机搅拌均匀之后，将制得的防水喷射混凝土主料装入混凝土喷射机中，在喷口处加入速凝剂，随后防水喷射混凝土主料与速凝剂混合后即可形成防水喷射混凝土。
为了验证本申请的混凝土能够满足工程中的使用需求，本申请对实施例中制得的混凝土分别进行了塌落度、抗压强度和抗渗性能的检测，检测结果如下：
表3：实施例3的各性能参数
Figure BDA0003515049930000101
由表3可知，实施例3中制得的混凝土出机塌落度为162mm，满足了喷射混凝土的流动性使用要求。本发明中实施例中制得的混凝土的7d、28d抗压强度分别达到了设计强度的132.7％、138.0％，能够满足工程中的强度要求。本发明中实施例中制得的混凝土的抗渗性能(28d)实测结果为＞P12，满足了工程中抗渗性能(28d)≥P12的要求。
本申请实施例3中提供一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，该方法包括下述步骤：
步骤一、喷射混凝土混合料采用自建搅拌站搅拌机进行拌和，要求拌和均匀，拌和时间不少于2min；
步骤二、采用6m3混凝土罐车进行装料运输；
步骤三、喷射混凝土2施工前，应做好各种准备工作；
步骤四、如图标2-1在围岩1上临时初喷后，以已安装的锚杆为定位筋，然后安装第一层钢筋网钢筋，由环向钢筋3和径向钢筋4形成第一层钢筋网片；
步骤五、第一层钢筋网片安装完成后，如图标2-2、2-3喷射第一层混凝土，喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上，分段、分片、分层往复喷射至厚度10cm；
步骤六、待第一层喷射混凝土终凝后，先安装塑料排水板，再利用预留的锚杆杆体安装第二层钢筋网片，第二层钢筋网片也由环向钢筋3和径向钢筋4组成，在锚杆杆头加装第二块垫板；
步骤七、第二层钢筋网片安装完成后如图标2-4喷射第二层混凝土，再按照第一层喷射工艺喷至设计厚度；
步骤八、进行混凝土的养护。
所述的喷射混凝土作业时喷嘴宜垂直岩面，喷枪头到受喷面的距离控制在0.6～1.5m；喷射机工作压力初取0.5MPa，根据现场混凝土塌落度进行湿喷后进行调整。
在步骤三中，所述的准备工作包括：
①清理受喷岩面的浮石、岩屑、杂物和粉尘等；
②检查开挖断面净空尺寸，凿除欠挖凸出部分；
③岩面渗水处采取引排措施；
④设置控制喷射混凝土厚度的标识；
⑤检查作业机具、设备、风水管路、电缆线路，并试运转正常；
⑥检查作业场地的通风和照明条件。
在步骤八中，所述的养护为：喷射混凝土终凝2小时后洒水养护，养护时间不少于14天；隧道内日均温度低于+5℃时不得洒水养护。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种地下大跨硐室防水喷射混凝土，其特征在于：其包括如下组分：以重量份数计，水泥480-500份，砂753.6-785份，石811.2-845份，水172.8-180份，减水剂9.6-10份，速凝剂28.8-30份，防水剂24-25份。
2.根据权利要求1所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土，其特征在于：所述水泥是强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，所述砂是中粗砂，其细度模数＞2.5，含泥量≤1％，所述石是连续级配的碎石，其含泥量≤1％。
3.根据权利要求1所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土及施工方法，其特征在于：所述防水剂为抗裂硅质防水剂，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述速凝剂为HKSN-1速凝剂。
4.一种基于权利要求1-3的地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其特征在于，其包括下述步骤：
步骤一、混凝土混合：将水泥480-500份，砂753.6-785份，石811.2-845份，水172.8-180份，减水剂9.6-10份，速凝剂28.8-30份，防水剂24-25份进行混合；
步骤二、混合好的混凝土用罐车进行装料运输；
步骤三、喷射混凝土施工前，做好准备工作；
步骤四、在围岩上临时初喷后，以已安装的锚杆为定位筋，安装第一层钢筋网钢筋；
步骤五、第一层钢筋网片安装完成后，喷射第一层混凝土。
步骤六、待第一层喷射混凝土终凝后，先安装塑料排水板，再利用预留的锚杆杆体安装第二层钢筋网片，在锚杆杆头加装第二块垫板；
步骤七、第二层钢筋网片安装完成后喷射第二层混凝土，再按照第一层喷射工艺喷至设计厚度；
步骤八、进行混凝土的养护。
5.根据权利要求4所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤一采用自建搅拌站搅拌机进行拌和，拌和均匀，拌和时间不少于2min。
6.根据权利要求4所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤四中安装第一层钢筋网是指钢筋网随面层起伏安装，与锚杆连接牢固，每个交点及搭接段在铺挂完成后进行绑扎或焊接，网面与临时支护壁面的间距为5cm。
7.根据权利要求4所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤五中喷射时先将低洼处喷平，再自下而上，分段、分片、分层往复喷射至设计厚度。
8.根据权利要求4所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤四、步骤五和所述步骤七在喷射混凝土作业时喷嘴垂直岩面，喷枪头到受喷面的距离控制在0.6～1.5m；喷射机工作压力控制在0.2～0.7MPa之间。
9.根据权利要求4所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤五和所述步骤七在复喷混凝土作业时，拱顶每次复喷厚度不大于100mm，边墙每次复喷厚度不大于150mm，复喷最小厚度不小于50mm。
10.根据权利要求4所述的一种地下大跨硐室防水喷射混凝土的施工方法，其特征在于：所述步骤八的养护为：喷射混凝土终凝2小时后洒水养护，养护时间不少于14天；隧道内日均温度低于+5℃时不得洒水养护。
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