钢纤维混凝土在隧道路面的应用

李劲松

桂东县第二建筑工程公司（423500）

随着道路运输业的迅猛发展,重载车辆比例的增加使路面更早出现龟裂、破损以及断板等问题。为了减少某高速公路重点路段的保养和维修费用，提高公路的通行能力，必须采取新的手段和措施。钢纤维的掺入，改变了混凝土的脆性破坏形态，提高了混凝土的韧性，从而可以减少混凝土路面裂缝或延缓裂缝的产生。因此采用钢纤维混凝土作为隧道路面材料具有广阔的发展前景。

1 工程概况

某高速公路共设置了6座隧道,除鸡雄山隧道为连拱隧道外,其余均为左右行分离式双洞四车道高速公路隧道，隧道总长为5 723.00 m。隧道净跨宽度11.0 m,净高6.90 m,其中机动车道为0.5+3.5×2+0.5=8.0 m。设计行车速度：80 km/h。

设计荷载等级：汽车—超20级，挂车—120。基层为贫混凝土，其上为20 cm厚的钢纤维混凝土路面。

2 施工要求与施工工艺

道路用钢纤维混凝土配合比设计按照抗弯强度和抗压强度进行双控。以抗弯拉强度为主控指标进行设计，抗折断件的抗压强度作为混凝土强度等级的参考。隧道路面结构钢纤维混凝土抗弯拉强度为6.0 MPa。为了保证强度必须对材料严格控制。

2.1 材料要求

1）钢纤维表面应洁净无锈无油，保证钢纤维与混凝土的粘结强度,另外不允许因分散不均而相互粘结成团。尺寸和抗拉强度符合技术要求。

2）粗骨料粒径不宜大于20 mm和钢纤维长度的2/3。3）宜选用优质减水剂。

4）水泥、骨料、水、外加剂和混合材料应符合国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》中的有关规定。

2.2 拌和料的检测

经常在拌和机的出料口检查拌和料的和易性,是钢纤维混凝土施工质量控制的重要环节,拌和料的塌落度及粘聚性、保水性有较大波动时，要及时分析原因并加以解决。检查新拌混合料中钢纤维是否分散均匀，有无结团现象，测定钢纤维的体积率及钢纤维混凝土的容重,以便发现问题及时加以解决。

2.3 抗折强度

每铺筑400 m3的钢纤维混凝土，制作两组抗折试件（以作7 d和28 d龄期强度试验）,每增铺1000 m3～2000 m3钢纤维混凝土，增做1组试件，备作验收或检查后期强度时用，试件在现场与路面相同条件下进行湿法养护,施工中应及时测定7 d龄期试件强度,检查是否达到28 d龄期强度的70%以上，如达不到应查明原因，采取措施达到设计强度要求。

2.4 平整度

除满足各级公路路面平整度要求外，从钢纤维混凝土路面运营安全性和可靠性考虑，钢纤维混凝土路面整平后的面板表面10～30 mm深度内还应保证钢纤维应基本处于平面分布状态，不直立、不翘头，保证路面磨损后裸露的钢纤维不扎轮胎。

钢纤维混凝土隧道路面表面与水泥混凝土路面表面在功能要求上大致相同，主要满足抗滑、耐磨及平整度三项要求。钢纤维混凝土路面施工也可采用常规施工方法。但在满足常规的施工要求基础上,还应根据钢纤维混凝土路面的特点和要求进行施工。施工前要严格按照《钢纤维混凝土结构设计与施工规范》、《纤维混凝土结构技术规程》的要求,结合试验试铺情况，将施工操作程序进行完善和改进，以保证路面的施工质量。

3 路基防排水技术

根据隧道区的气象、水文条件，隧道的防排水设计采用以“防、排”为主，“防、排、堵、截”相结合的综合治理措施，包括洞口处、衬砌处、路基防排水等，重点是洞内路面基层防排水技术。

3.1 防水措施

洞内：在初期支护与二次支护间敷设400 g/m2土工布和EVA塑料防水板组成第一道防水措施，如图1所示。防水混凝土作为第二道防水措施,要求模筑混凝土的抗渗等级大于1.2 MPa，并对施工缝、工作缝、沉降缝作专门的防水处理，同时在二次衬砌背后每隔5 m左右设置一环向盲沟,盲沟与墙脚处设置的纵向排水管相通，在初期支护有水地段设置“Ω”型排水管,将水引入纵向排水管，并在隧道纵向间隔25 m设一道横向引水管，将衬砌背后水引入中心排水沟排走，隧道路面水通过在两侧设置的“凹”型水沟排出隧道区。洞内环向盲沟的位置可根据实际地形和洞内渗水情况作适当调整，但数量只准增加，不得减少。施工缝、工作缝不应设置于有集中流水地段。所有设置的施工缝均采用中埋式橡胶止水带止水。

图1 铺EVA塑料防水板

3.2 排水措施

隧道内路面两侧设置了弧形边沟以排除路面积水。目前，公路隧道排水沟大多采用的是矩形断面，假设排水沟的宽度一定,则底部为弧形断面的排水沟比矩形断面排水沟的断面面积要相对小一些，且弧形断面对水流阻力小。当隧道中水量一定时,弧形排水沟中的水流速度就比矩形水沟要大一些，利于冲走沉积物，使排水沟保持通畅。为使隧道中的水能及时排出，排水沟底部建议尽量设计成弧形。

3.3 工程施工

1）准备工作

①防水板在施工前要进行张拉、防水以及焊缝的抗拉强度等试验，试验结果应满足设计要求。②初次支护喷射混凝土的表面以及路面基层要达到一定的平整度，确保混凝土表面无松散材料、无流水、无尖锐突物。③铺设防水板之前先铺设1层土工布，不但能保护防水板在施工中不被损坏，而且还起到毛细渗水作用。

2）EVA塑料防水板铺设

施工时先将EVA塑料防水板横向中线与隧道中线对齐，同土工布铺设一样由拱顶向两侧铺设，将防水板垫合于塑料垫片上，将搭接处用布擦干净，打开爬焊机电源开关,等温度指示灯闪亮后方可打开行走开关从一侧向另一侧顺序焊接,搭接宽度不应小于10 cm，采用双缝焊接，焊缝的总宽度不小于2 cm。

防水板的连接有焊接、粘接2种,不论是焊接还是粘接,要求焊接机和粘接剂必须与防水板相配套,防水板在粘接或焊接的地方必须干净、干燥且无灰尘。防水板的接缝较难施工，为了保证防水板的连接质量及防水效果，在防水板的接缝处另加1条宽0.5 m的防水板条加以保护，对防水起到较好的效果。但这样做会增加防水板的消耗，所以最好的方法莫过于提高接缝的焊接质量。

4 钢纤维混凝土路面防滑技术

水泥混凝土路面打滑已经成为严重威胁交通行驶安全的重要问题，隧道路面的洞口段尤为明显。以山西晋城某高速公路隧道水泥混凝土路面事故统计数据为例，在1999年隧道内交通事故占全线交通事故总数的55.6%，因隧道侧滑造成的交通事故占总数的50%,隧道内将近90%的事故是因隧道路口段路面打滑引起的。

目前，我国常用的宏观抗滑构造技术主要有两种：一种是压纹，另一种是刻槽。由于压纹技术主要靠人工，机械化水平低，防滑效果不很理想，对防滑要求较高的隧道路面最好采用刻槽技术。

刻槽又分为横向刻槽与纵向刻槽,两者的抗滑性有所差别。当刻槽表面积比一定时，纵向刻槽适合于低速行驶的路面和弯道，而横向刻槽更适合于高速行驶的路面，它能使路表产生较好的抗滑力，并能有效地保证路面的横向排水。根据设计车速：80 km/h,梅河高速公路的隧道路面选择了横向刻痕,刻槽系数参照我国目前采用刻痕技术成功的路面设计，槽宽4 mm、槽深5 mm、构造深度0.90 mm、刻槽表面积比18%。

施工中配置了7.5 kW、16片刀头的刻槽机4台，每台刻槽机根据隧道电源的间隔距离配相应电缆线120 m，专门供水汽车一辆，在正常情况下机械作业速度为160 m2/台班。施工时先划出标线或先挂线再施工,机械操作人员应确保横槽的水平度和质量。作业过程中,刀头冷却用水量较大，需工人专供刻槽机用水，以尽量提前完成作业时间。

为了使刻槽时不切断钢纤维或使钢纤维外漏,面层成型时钢纤维压入深度应超过刻槽深度,在刻槽完工后对路面表面抗滑构造深度进行测量,结果表明：测量值合格率达100%。我国一些公路采用的刻槽系数如表1。

表1 我国一些公路采用的刻槽系数

5 结语

由于钢纤维的掺入，改善了混凝土“脆性”，混凝土抗折强度和“韧性”有了较大的提高，可以减少由于车轮动载引起的混凝土剥落和起壳,显著的提高了混凝土抵抗裂缝和抑制裂缝扩展的能力，但由于使用了高标号水泥，对其养护也提出了更高要求。检测结果表明，钢纤维混凝土板之间连接和荷载传递作用显著提高，板的整体稳定性更好，能有效地减少路面的错台和断板现象。

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