聚丙烯腈纤维混凝土在固滴水电站地下厂房岩锚梁混凝土施工中的运用

魏 勇 军， 王 强， 蒋 怀

(中国水利水电第十工程局有限公司 第二分局，四川 成都 610072)

1 概 述

岩锚梁混凝土是地下厂房混凝土施工的重点之一，作为永久外露面和厂房桥机长期运行的承重结构，岩锚梁混凝土不仅要求其外表美观，而且对其内在质量要求也非常高。

但从目前国内许多地下厂房岩锚梁混凝土施工情况看，由于混凝土的强度等级高，水泥用量大，水化热不可避免地较高，稍有不慎或养护不到位，就会在岩锚梁混凝土表面出现浅层裂缝，进而严重影响岩锚梁的外观质量，甚至影响到混凝土的耐久性。

笔者介绍了四川省凉山州水洛河固滴水电站地下厂房岩锚梁施工在混凝土中添加聚丙烯腈纤维、用纤维混凝土代替常规混凝土，有效减少和抑制了因水泥水化热、表面干缩等引起的混凝土表面裂缝，提高了岩锚梁结构混凝土的抗拉、抗裂、抗渗、耐疲劳等性能的具体运用过程。

固滴水电站地下厂房布置在白水河口上游930 m处的水洛河右岸山体内，由主副厂房及安装间构成，平面上呈“一”字形布置，总长度为79.8 m，宽度为18.4 m，高度为41.8 m，厂房顶高程为2 193.8 m， 厂房底高程为2 152 m，厂房内安装3台单机容量为46 MW的水轮发电机组，机组安装高程为2 161.8 m。

厂房主机间及安装间上、下游边墙2 183.85～2 181.25 m高程之间布置有岩锚梁。其中上游岩锚梁全长64.45 m，下游岩锚梁全长54.9 m(下游侧靠进厂交通洞洞口处另外布置有一段长9.55 m的混凝土简支梁)。岩锚梁梁高2.6 m，顶宽1.8 m，梁上部设10 cm厚的轨道二期混凝土，梁内预埋φ50PVC排水管。

2 施工方案

厂房岩锚梁混凝土是地下厂房混凝土施工的重点之一，为减少厂房后期开挖爆破振动的影响，固滴水电站厂房岩锚梁混凝土施工安排在厂房第二层开挖结束、将厂房第三层开挖一部分后(厂房开挖至第三层2 176 m高程)进行，最终将岩锚梁下拐点至下层开挖面的高度控制在4～5 m。

厂房岩锚梁混凝土的施工分为上、下游两个工作面单独进行，先进行下游岩锚梁受拉、受压锚杆的施工，然后分段进行下游岩锚梁的混凝土施工，在此期间，同步进行上游岩锚梁受拉、受压锚杆的施工，最后分段进行上游岩锚梁混凝土的施工。为克服混凝土表面裂缝，在岩锚梁混凝土中采用了聚丙烯睛纤维。

3 聚丙烯腈纤维混凝土

聚丙烯腈纤维能在混凝土内部形成一种乱向支撑体系，可以分散混凝土的收缩应力并增大混凝土的黏聚性，能够极有效地控制混凝土及水泥砂浆的早期塑性收缩、干缩等非结构性的裂隙产生和发展，有效阻碍骨料的离析，减少和抑制因水泥水化热、表面干缩等引起的混凝土表面裂缝，提高岩锚梁结构混凝土的抗拉、抗裂、抗渗、耐疲劳等性能。固滴水电站地下厂房岩锚梁混凝土施工中掺加的聚丙烯腈纤维的掺量一般为1 kg/m3。

主要原材料配合比设计：水泥品种为攀枝花钢城瑞丰P.O42.5水泥；JX-GB型减水剂；聚丙烯腈纤维为19 mm型；砂石骨料为固滴水电站厂区枢纽工程砂石厂自产。其水泥物理性能检测结果见表1。

检测结果表明：该批次瑞丰P.O42.5水泥所检指标能够满足《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007中的相关技术要求。

表1 水泥物理力学性能表

配合比试验所用的砂石骨料由中水十局固滴水电站厂区枢纽工程项目部砂石系统生产，主要依据《水工混凝土骨料试验规程》DL/T 5151-2001、 《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2001等规范进行检测，检测成果见表2。

骨料的各项已检指标均满足《水工混凝土施工规范》DLT5144-2001要求。

表2 骨料物理品质检测结果表

经检测得知减水剂该批样品为合格品。检测成果为：JX-GB型减水剂为0.75%～1.2%，外加剂掺量为1.2%，细度11.8%<15%，减水率16.8%≥14，凝结时间(min)≥-90 min初凝，+120 min终凝,+20 min初凝～+86 min终凝。

聚丙烯腈纤维为19 mm型，主要依据《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》GB/ T14337-2008、《水泥混凝土和砂浆合用纤维》GB/ T21120-2007等规范进行检测，经检测得知，该批样品为合格品。检测成果为：聚丙烯腈纤维品种为19 mm型，纤维含量为100%，抗拉强度为701 MPa，断裂伸长率为14%，初始模量为9 GPa，耐碱性能 (极限拉力保持率)为98%。

混凝土配合比设计要求满足混凝土的设计指标、混凝土强度保证率、均匀性指标和施工和易性要求。为使混凝土强度保证率满足设计要求，在设计混凝土配合比时，应考虑到施工质量的不均匀性将导致混凝土强度的波动。为使施工中的混凝土强度符合设计要求，在进行混凝土配合比设计时，应使混凝土配制强度具有一定的富余度。根据现行《水工混凝土配合比设计规程》DLT 5330-2005中的有关要求，混凝土试验结果为水胶比0.43，砂率43%，水171 kg/m3，水泥 398 kg/m3，骨料445 kg/m3(5～15 mm)、667 kg/m3(15～40 mm)，减水剂12%，聚丙烯腈纤维1 kg/m3，陷度158 mm，7 d抗压强度为26.6 MPa，28 d抗压强度为38.2 MPa。

根据设计人员对岩锚梁混凝土的技术要求，通过混凝土的试拌和混凝土强度与水胶比(灰砂比)试验，得出岩锚梁混凝土的试配强度与水胶比(灰砂比)均满足设计及规范要求。岩锚梁C30混凝土施工配合比为1∶2.03∶2.79∶0.43(水泥∶砂∶石∶水)。

4 混凝土施工

4.1 混凝土浇筑的施工分段(仓)

根据设计图纸，厂房上、下游岩锚梁分段进行混凝土浇筑施工，每一段浇筑长度为16 m，上下游共计8仓，各4仓。

4.2 混凝土施工缝

施工缝设置键槽，键槽为梯形，浇筑段之间的钢筋不打断。

4.3 安装钢筋的方法

钢筋安装时，首先根据测量点线安装架立钢筋，然后安装梁体主筋，最后安装分布筋。钢筋的安装采用流水作业，由人工绑扎定位，电弧焊焊接接头。施工时应每隔3～5 m设吊线锤和样架以保证钢筋平、直、齐并控制保护层厚度。在钢筋架设安装之后，及时加以固定保护，避免发生错动和变形。

4.4 模板及支撑体系

固滴水电站地下厂房岩锚梁混凝土施工主要采用新购的常规组合钢模板并辅以一定数量的木模。

4.5 混凝土入仓铺料

厂房岩锚梁混凝土的浇筑采用HBT60混凝土泵机泵送入仓的方式，混凝土泵机布置在3#施工支洞靠副厂房侧的2 187 m高程平台，泵管由泵机2 188 m高程开始，经副厂房钢管脚手架接至岩锚梁混凝土浇筑仓面上方的2 184.5 m高程。为方便混凝土铺料，泵管末端接φ150的蛇形软管。

岩锚梁混凝土浇筑采取薄层铺料的方式，由仓位一端向另一端逐层推进，将混凝土的最大摊铺厚度控制在30～40 cm。浇筑过程中，应严格控制混凝土下料高度在2 m以内，以防止混凝土出现离析现象。

4.6 混凝土平仓振捣

由于岩锚梁中的钢筋较密，施工时主要采用人工手持φ50和φ25小型插入式振捣器对入仓的混凝土进行平仓振捣，振捣器的操作遵循“快插慢拔”的原则，插入先浇筑层5 cm左右，以保证层间结合良好。

4.7 成型混凝土的保护

为防止厂房下层开挖时爆破飞石对岩锚梁的破坏，需对拆模后的吊车梁进行保护，采取在吊车梁直立面、斜面等部位的混凝土表面覆盖一层2 cm厚的杂木板进行防护的方式，杂木板采用8#铁丝绑扎固定在吊车梁拉模筋外露的钢筋头上，吊车梁顶部的桥机轨道预埋螺栓头采取外缠橡胶皮带进行防护。

5 结 语

通过在混凝土内添加聚丙烯腈纤维，使用纤维混凝土代替常规混凝土，能够极有效地控制混凝土的早期塑性收缩、干缩等非结构性的裂隙产生和发展,有效改善混凝土的耐久性，对于动力荷载作用下的结构纤维能发挥更大的效果，提高混凝土的质量，对有防水要求及大变形结构混凝土施工具有重要的应用和推广价值。