鋼纖維混凝土在隧道路面的應用

李勁松

桂東縣第二建筑工程公司（423500）

隨著道路運輸業的迅猛發展,重載車輛比例的增加使路面更早出現龜裂、破損以及斷板等問題。為了減少某高速公路重點路段的保養和維修費用，提高公路的通行能力，必須采取新的手段和措施。鋼纖維的摻入，改變了混凝土的脆性破壞形態，提高了混凝土的韌性，從而可以減少混凝土路面裂縫或延緩裂縫的產生。因此采用鋼纖維混凝土作為隧道路面材料具有廣闊的發展前景。

1 工程概況

某高速公路共設置了6座隧道,除雞雄山隧道為連拱隧道外,其余均為左右行分離式雙洞四車道高速公路隧道，隧道總長為5 723.00 m。隧道凈跨寬度11.0 m,凈高6.90 m,其中機動車道為0.5+3.5×2+0.5=8.0 m。設計行車速度：80 km/h。

設計荷載等級：汽車—超20級，掛車—120。基層為貧混凝土，其上為20 cm厚的鋼纖維混凝土路面。

2 施工要求與施工工藝

道路用鋼纖維混凝土配合比設計按照抗彎強度和抗壓強度進行雙控。以抗彎拉強度為主控指標進行設計，抗折斷件的抗壓強度作為混凝土強度等級的參考。隧道路面結構鋼纖維混凝土抗彎拉強度為6.0 MPa。為了保證強度必須對材料嚴格控制。

2.1 材料要求

1）鋼纖維表面應潔凈無銹無油，保證鋼纖維與混凝土的粘結強度,另外不允許因分散不均而相互粘結成團。尺寸和抗拉強度符合技術要求。

2）粗骨料粒徑不宜大于20 mm和鋼纖維長度的2/3。3）宜選用優質減水劑。

4）水泥、骨料、水、外加劑和混合材料應符合國家標準《混凝土結構工程施工及驗收規范》中的有關規定。

2.2 拌和料的檢測

經常在拌和機的出料口檢查拌和料的和易性,是鋼纖維混凝土施工質量控制的重要環節,拌和料的塌落度及粘聚性、保水性有較大波動時，要及時分析原因并加以解決。檢查新拌混合料中鋼纖維是否分散均勻，有無結團現象，測定鋼纖維的體積率及鋼纖維混凝土的容重,以便發現問題及時加以解決。

2.3 抗折強度

每鋪筑400 m3的鋼纖維混凝土，制作兩組抗折試件（以作7 d和28 d齡期強度試驗）,每增鋪1000 m3～2000 m3鋼纖維混凝土，增做1組試件，備作驗收或檢查后期強度時用，試件在現場與路面相同條件下進行濕法養護,施工中應及時測定7 d齡期試件強度,檢查是否達到28 d齡期強度的70%以上，如達不到應查明原因，采取措施達到設計強度要求。

2.4 平整度

除滿足各級公路路面平整度要求外，從鋼纖維混凝土路面運營安全性和可靠性考慮，鋼纖維混凝土路面整平后的面板表面10～30 mm深度內還應保證鋼纖維應基本處于平面分布狀態，不直立、不翹頭，保證路面磨損后裸露的鋼纖維不扎輪胎。

鋼纖維混凝土隧道路面表面與水泥混凝土路面表面在功能要求上大致相同，主要滿足抗滑、耐磨及平整度三項要求。鋼纖維混凝土路面施工也可采用常規施工方法。但在滿足常規的施工要求基礎上,還應根據鋼纖維混凝土路面的特點和要求進行施工。施工前要嚴格按照《鋼纖維混凝土結構設計與施工規范》、《纖維混凝土結構技術規程》的要求,結合試驗試鋪情況，將施工操作程序進行完善和改進，以保證路面的施工質量。

3 路基防排水技術

根據隧道區的氣象、水文條件，隧道的防排水設計采用以“防、排”為主，“防、排、堵、截”相結合的綜合治理措施，包括洞口處、襯砌處、路基防排水等，重點是洞內路面基層防排水技術。

3.1 防水措施

洞內：在初期支護與二次支護間敷設400 g/m2土工布和EVA塑料防水板組成第一道防水措施，如圖1所示。防水混凝土作為第二道防水措施,要求模筑混凝土的抗滲等級大于1.2 MPa，并對施工縫、工作縫、沉降縫作專門的防水處理，同時在二次襯砌背后每隔5 m左右設置一環向盲溝,盲溝與墻腳處設置的縱向排水管相通，在初期支護有水地段設置“Ω”型排水管,將水引入縱向排水管，并在隧道縱向間隔25 m設一道橫向引水管，將襯砌背后水引入中心排水溝排走，隧道路面水通過在兩側設置的“凹”型水溝排出隧道區。洞內環向盲溝的位置可根據實際地形和洞內滲水情況作適當調整，但數量只準增加，不得減少。施工縫、工作縫不應設置于有集中流水地段。所有設置的施工縫均采用中埋式橡膠止水帶止水。

圖1 鋪EVA塑料防水板

3.2 排水措施

隧道內路面兩側設置了弧形邊溝以排除路面積水。目前，公路隧道排水溝大多采用的是矩形斷面，假設排水溝的寬度一定,則底部為弧形斷面的排水溝比矩形斷面排水溝的斷面面積要相對小一些，且弧形斷面對水流阻力小。當隧道中水量一定時,弧形排水溝中的水流速度就比矩形水溝要大一些，利于沖走沉積物，使排水溝保持通暢。為使隧道中的水能及時排出，排水溝底部建議盡量設計成弧形。

3.3 工程施工

1）準備工作

①防水板在施工前要進行張拉、防水以及焊縫的抗拉強度等試驗，試驗結果應滿足設計要求。②初次支護噴射混凝土的表面以及路面基層要達到一定的平整度，確保混凝土表面無松散材料、無流水、無尖銳突物。③鋪設防水板之前先鋪設1層土工布，不但能保護防水板在施工中不被損壞，而且還起到毛細滲水作用。

2）EVA塑料防水板鋪設

施工時先將EVA塑料防水板橫向中線與隧道中線對齊，同土工布鋪設一樣由拱頂向兩側鋪設，將防水板墊合于塑料墊片上，將搭接處用布擦干凈，打開爬焊機電源開關,等溫度指示燈閃亮后方可打開行走開關從一側向另一側順序焊接,搭接寬度不應小于10 cm，采用雙縫焊接，焊縫的總寬度不小于2 cm。

防水板的連接有焊接、粘接2種,不論是焊接還是粘接,要求焊接機和粘接劑必須與防水板相配套,防水板在粘接或焊接的地方必須干凈、干燥且無灰塵。防水板的接縫較難施工，為了保證防水板的連接質量及防水效果，在防水板的接縫處另加1條寬0.5 m的防水板條加以保護，對防水起到較好的效果。但這樣做會增加防水板的消耗，所以最好的方法莫過于提高接縫的焊接質量。

4 鋼纖維混凝土路面防滑技術

水泥混凝土路面打滑已經成為嚴重威脅交通行駛安全的重要問題，隧道路面的洞口段尤為明顯。以山西晉城某高速公路隧道水泥混凝土路面事故統計數據為例，在1999年隧道內交通事故占全線交通事故總數的55.6%，因隧道側滑造成的交通事故占總數的50%,隧道內將近90%的事故是因隧道路口段路面打滑引起的。

目前，我國常用的宏觀抗滑構造技術主要有兩種：一種是壓紋，另一種是刻槽。由于壓紋技術主要靠人工，機械化水平低，防滑效果不很理想，對防滑要求較高的隧道路面最好采用刻槽技術。

刻槽又分為橫向刻槽與縱向刻槽,兩者的抗滑性有所差別。當刻槽表面積比一定時，縱向刻槽適合于低速行駛的路面和彎道，而橫向刻槽更適合于高速行駛的路面，它能使路表產生較好的抗滑力，并能有效地保證路面的橫向排水。根據設計車速：80 km/h,梅河高速公路的隧道路面選擇了橫向刻痕,刻槽系數參照我國目前采用刻痕技術成功的路面設計，槽寬4 mm、槽深5 mm、構造深度0.90 mm、刻槽表面積比18%。

施工中配置了7.5 kW、16片刀頭的刻槽機4臺，每臺刻槽機根據隧道電源的間隔距離配相應電纜線120 m，專門供水汽車一輛，在正常情況下機械作業速度為160 m2/臺班。施工時先劃出標線或先掛線再施工,機械操作人員應確保橫槽的水平度和質量。作業過程中,刀頭冷卻用水量較大，需工人專供刻槽機用水，以盡量提前完成作業時間。

為了使刻槽時不切斷鋼纖維或使鋼纖維外漏,面層成型時鋼纖維壓入深度應超過刻槽深度,在刻槽完工后對路面表面抗滑構造深度進行測量,結果表明：測量值合格率達100%。我國一些公路采用的刻槽系數如表1。

表1 我國一些公路采用的刻槽系數

5 結語

由于鋼纖維的摻入，改善了混凝土“脆性”，混凝土抗折強度和“韌性”有了較大的提高，可以減少由于車輪動載引起的混凝土剝落和起殼,顯著的提高了混凝土抵抗裂縫和抑制裂縫擴展的能力，但由于使用了高標號水泥，對其養護也提出了更高要求。檢測結果表明，鋼纖維混凝土板之間連接和荷載傳遞作用顯著提高，板的整體穩定性更好，能有效地減少路面的錯臺和斷板現象。

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