纤维加筋混凝土在深厚软弱地基渠道中应用

2018-08-18冀超

江苏水利 2018年8期

冀超

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西晋中 030002）

0 引言

混凝土渠道为重要调水输水水利基础设施，具有重要的农业建设及水资源调控意义，由于水力渗透对混凝土渠道的抗裂性及防渗性提出较高的要求。目前，常用的水利渠道防护措施主要为混凝土衬砌，通过对水利渠道进行混凝土衬砌，一方面混凝土衬砌可以减少输水过程中水的渗漏，确保水利设施正常运营；另一方面，混凝土衬砌可以实现对临水面渠道坡体的保护，降低水流对渠道的冲刷，同时，混凝土衬砌渠道底部水生植物较少，降低泥沙等的淤积，从而提高渠道的能力[1-3]。目前常用的渠道衬砌材料主要包括混凝土类、铺设式薄膜类。石板类以及水泥土等相关材料，不同渠道衬砌材料对渠道的抗渗及抗裂性能具有不同程度的影响[4-5]。无论是从渠道的抗渗性能、抗裂性能方面考虑，还是渠道的抗浮性以及抗冻性能方面考虑，混凝土类衬砌对渠道的防渗抗裂及耐久性都具有良好的适应性，并且混凝土工艺日趋成熟，也是我国工程领域应用比较广泛的衬砌形式，传统的混凝土衬砌抗裂性、抵抗水流冲刷的能力较弱。因此，对于掺加不同材料对混凝土相关力学性质进行改性，常见的掺加材料主要包括橡胶颗粒、聚丙烯纤维、粉煤灰、玻化微珠颗粒等，但现有的加筋混凝土的强度性能还需要进一步提高，尤其是对最优掺量、混凝土的养护方式以及适当的施工方法、施工工艺的选择。由于混凝土渠道的输水及赋存环境的特殊性，对混凝土的工程应用性质的研究还应通过现场实际检验[6-10]。

加筋混凝土是将玄武岩纤维按照一定的比例掺加到混凝土中，提高混凝土强度等相关力学特性的一种新型混凝土材料。由于混凝土渠道对混凝土的抗裂性能具有较高要求，根据室内土工试验对不同掺量的玄武岩纤维加筋混凝土的各项力学指标进行研究，并将其应用到具体混凝土渠道工程。

1 玄武岩纤维加筋混凝土强度试验

1.1 玄武岩纤维加筋混凝土强度试验方案

玄武岩纤维加筋混凝土强度试验原材料包括水泥、细骨料河砂、粗骨料碎石、玄武岩纤维以及减水剂等外加剂。水泥选用PO 42.5级水泥，细骨料河砂细度模数为2.5的普通河砂，粗骨料碎石级配为5～20 mm，玄武岩纤维基本指标：直径15 μm、长度16 mm、弹性模量可达95.0 GPa、抗拉强度可达4.50 GPa。试验设计4种玄武岩纤维加筋混凝土配合比，分别为0.05%、0.10%、0.20%、0.25%、0.30%，普通混凝土配合比为水泥、细骨料、粗骨料的比值为1∶1.65∶2.80，混凝土养护龄期为28 d。将养护好的混凝土试件按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）开展试验，分别得到不同玄武岩纤维掺量条件下抗压强度、抗折强度以及劈裂抗拉强度等力学指标。

1.2 玄武岩纤维加筋混凝土强度试验结果

根据玄武岩纤维加筋混凝土强度试验方案，得到不同玄武岩纤维掺量条件下抗压强度、抗折强度以及劈裂抗拉强度结果，如表1所示。

表1 玄武岩纤维加筋混凝土强度试验结果

根据表1玄武岩纤维加筋混凝土强度试验结果，当玄武岩纤维掺量0.25%以内，随着玄武岩纤维掺量的增加，抗压强度以及劈裂抗拉强度均逐渐增大，相较于无玄武岩纤维掺量的普通混凝土，当玄武岩纤维掺量w=0.25%时，抗压强度、抗折强度以及劈裂抗拉强度的增大幅度分别为8.83%、25.0%、30.0%。抗压强度变化幅度较小，混凝土抗折强度以及劈裂抗拉强度逐渐增大，意味着玄武岩纤维掺加能够提高混凝土的韧性及抗裂性，能够改善和填充混凝土内部孔隙。根据图1玄武岩纤维加筋混凝土强度变化规律，当玄武岩纤维掺量w＞0.25%时，混凝土强度出现降低，玄武岩纤维掺量越高，导致混凝土内部连接不连续，引起混凝土强度的降低。

2 渠道衬砌裂缝观测结果

观测渠道东西走向，渠道长度为752 m，周围土体分布为平均厚度1.50 m的软弱土层，选取渠道全长的中间地段为观测点，渠道横断面如图2所示。

图1 玄武岩纤维加筋混凝土强度变化规律

混凝土衬砌渠道采用玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板，厚度为6 cm，水流方向为板长设置成3 m，逆水流方向为板宽设置成3.40 m。为对比玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板的衬砌效果，以原有普通混凝土段的裂缝观测资料为参照，结果如表2所示，表中列举2组普通混凝土裂缝观测数据DZ-1、DZ-2作为对照组，6组玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板观测组GC-1、GC-2、GC-3、GC-4 GC-5、GC-6。

表2 玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板裂缝情况统计

根据表2玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板裂缝情况统计可以得到，一方面从裂缝总条数角度，玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板裂缝总条数总是小于普通混凝土裂缝总条数，玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板抗裂性较好；另一方面，玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板裂缝长度主要集中于L＜20 cm范围内，裂缝长度较短。通过以上分析，可以得到玄武岩纤维加筋混凝土衬砌板抗裂性能明显优于普通混凝土，对于水利渠道的维护具有良好的意义。