噴射混凝土在變電站邊坡中的應用

摘要：本文通過工程實例，分析了噴射混凝土在變電站挖方邊坡的具體應用，從中可以基本了解噴射混凝土的設計施工經驗。

關鍵詞： 噴射混凝土 變電站 邊坡 設計 施工

1 概述

噴射混凝土是借助噴射機械，利用壓縮空氣或其他動力，將一定比例配合的水泥、砂、石等拌合料，通過管道以高速噴射到受噴面（巖面、土層面、建筑結構物或模板）上凝結硬化而成的一種混凝土。

噴射混凝土不是依賴振動來搗實混凝土，而是在高速噴射時，由水泥與骨料的反復連續撞擊而使混凝土壓密，同時又可采用較小的水灰比，因而它具有較高的力學強度和良好的耐久性。特別是與巖層、混凝土、磚石、鋼材有較高的粘結強度，可以在結合面上傳遞拉應力和剪應力。噴射法施工還可在拌合料中加入各種外加劑和外摻料，大大改善噴射混凝土的性能。噴射法施工可將混凝土的運輸、澆筑和搗固結合為一道工序，不要或只要單面模板；可通過輸料軟管在高空、深坑或狹小的工作空間向任意方位施作薄壁的或復雜造型的結構，工序簡單，機動靈活，具有廣泛的適應性。

2 適用范圍

噴射混凝土在力學與工藝方面具有一系列現澆混凝土不能比擬的特點與優點，使得它的應用領域極為廣泛，主要有以下方面：

⑴地下工程：礦山巷道、交通隧道、水工隧道、地鐵及各類用途的洞室的支護襯砌。

⑵巖土工程：邊坡、基坑、水庫、堤岸渠道、水池等工程的護壁。

⑶異形薄壁結構工程：各類用途的薄殼屋頂的建造。

⑷修復加固工程：橋梁、海堤、大壩、碼頭、冷卻塔、煙囪及房屋建筑的加固，以及由于化學腐蝕、火災、地震、爆破沖擊、超載或施工不良等因素造成損傷的建筑結構的修補。

⑸防護工程：各類鋼結構的防火防腐層。

⑹耐火工程：煙囪及各類熱工爐窯的建造與修補。

本文結合實例，主要針對噴射混凝土在變電站巖土邊坡中的具體應用以及設計、施工值得注意的問題。

3 工程實例

3.1工程概況

某35kV變電站位于廣西桂平市紫荊鎮西側的山坡上，距桂平市約28km。站內場平標高為105.32～105.42m，坡頂最大高程123.5m，挖方區邊坡最大高度18.08m。根據相應邊坡專題報告：斷裂帶與站址區的最近距約5km，因此對站區及邊坡的穩定影響不大。根據鉆探資料，邊坡土層由上而下為：

①層表土：灰褐色，稍濕，松軟狀，成份主要為粘性土，含少量植物根系及腐植質，層厚一般為0.4m。

②層粘土：黃色，硬塑狀，切面光滑，無搖振反應，干強度及韌性高。局部含粉砂質泥巖角礫，厚度為2.80～4.10m。

③層全風化粉砂質泥巖：灰褐色，硬塑狀，局部夾頁巖。巖體風化強烈，結構基本破壞，但尚可辨認，有殘余結構強度，干鉆易鉆進，巖芯呈粉質粘土狀。切面光滑，無搖振反應，韌性及干強度較高，厚度8.70～13.60m。

④層強風化粉砂質泥巖：灰褐色，泥質、粉砂質結構，中～薄層狀構造。巖體較破碎，裂隙發育，結構大部分破壞，礦物成分顯著變化，用鎬可挖，干鉆不易鉆進，巖芯呈短柱狀，未揭穿，最大揭露厚度為4.60m。

上述各土層的物理力學指標見表1

表1 各土層的物理力學指標

指標

①土層

②土層

③土層

④土層

承載力特征值（kPa）

90

200

240

400

內摩擦角（度）

8.3

11.2

30

內聚力（kPa）

50

54.5

70

壓縮模量（MPa）

6.8

7.0

14.0

天然重度（KN/m？）

18.0

18.4

18.9

19.2

飽和重度（KN/m？）

18.5

18.8

19.4

19.8

圖1 鉆孔柱狀圖

3.2人工邊坡開挖坡比

根據鉆孔資料和本次野外實地調查附近近期開挖的邊坡坡度，現提出邊坡各土巖層的邊坡容許坡度值如下：

⑴②層粘土按1：1.5。

⑵③、④層泥巖按1：0.86

由于挖方區邊坡最大高度18.08m，考慮設置一個臺階兩級邊坡，由下而上每級邊坡高度為8.0m、10.08m，坡比分別為1：0.86、1：1.5，臺階平臺（馬道）寬度為2.0m。

圖2 邊坡開挖情況 圖3 掛網噴混凝土后的效果（一）圖4 掛網噴混凝土后的效果（二）

3.3邊坡穩定性分析

根據鉆探資料，場地邊坡主要由粘土②、全風化粉砂質泥巖③和強風化粉砂質泥巖④組成，屬多層結構邊坡。根據表1參數及上述坡比及臺階平臺的設置，利用北京理正巖土計算軟件按圓弧穩定分析法（瑞典條分法）進行邊坡穩定性分析計算，其計算結果為滑動安全系數=1.47。

根據邊坡類型和變電站的重要性，按《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2002的有關規定，勘察場地的邊坡安全等級為一級，相應的安全系數應為1.30。

由以上結果可以看出該邊坡是穩定的。然而由于組成邊坡的巖土層易受雨水沖刷滲透，給永久性的邊坡失穩帶來極大的隱患，必需采取相應的防護措施。綜合考慮地質、水文氣象條件、現場施工條件、當地建材的供應情況、為縮短工期、以及本著安全、經濟、方便施工的原則，護坡形式采用掛網噴射混凝土護坡。

3.4施工工序

掛網噴射混凝土護坡施工工序如下：

準備工作（按照坡比開挖坡面；清理坡面浮土等）→打孔（根據設計要求和土質情況，定出孔位，做出標記；安裝鉆頭打錨孔，孔深比錨固深度深200mm）→灌漿（用高壓水將孔中的浮土清洗干凈，插入鋼釬，灌入M10水泥砂漿固定鋼釬）→綁扎（當固定鋼釬的砂漿強度達到70%時，將預制鋼絲網框條架按設計要求安裝在邊坡鋼釬上，綁扎焊接牢固后，立即安裝綁扎鋼絲網，鋼絲網應距坡面有一定距離，一般為10mm）→噴射混凝土并覆蓋養護（埋設標志，待坡面稍干后，開始噴射混凝土）。

3.5材料要求

⑴噴漿護坡采用的砂漿強度不應低于M10，混凝土強度不應低于C20。

⑵砂應采用純凈的中粗砂，細度模數大于2.5，含土量不超過5%，含水率以4%～6%為宜。

⑶粗骨料應采用純凈的堅硬耐風化碎石或卵石，且級配良好，粒徑不宜大于15mm。如采用堿性速凝劑時，不得采用含有活性二氧化硅的石料。

⑷一般情況下，凡適合飲用的水均可作為拌合水。對硫酸鹽含量超過0.1%、氯含量超過0.5%，并且含有糖分或有機懸浮質的水不能作為拌合水。

⑸噴射混凝土如需用早強劑和速凝劑作為外加劑，則外加劑應根據工程需要合理選用，外加劑添加量應根據現場試驗確定。

⑹為防止混凝土產生離析、回彈率過高等情況發生，混凝土的配合比宜采用連續級配的集料，按照泰波公式設計：P=100×（d/D）n。

式中P—孔徑為d時通過的百分率（按質量計）；

d—要計算的某些集料粒徑（mm）；

D—集料最大粒徑（mm）；

n—實驗指數，n=0.3～0.6。

⑺鋼釬采用φ18～25螺紋鋼筋（HRB335或HRB400），框條采用圓鋼筋（HPB300），鋼絲網采用φ2普通鍍鋅鋼絲，綁扎鋼絲采用采用φ0.5～1.0普通鋼絲。

3.6注意事項

⑴鋼釬使用前應平直、除銹、除油。

⑵砂漿應拌和均勻，隨拌隨用。一次拌和的砂漿應在初凝前用完，并嚴防石塊、雜物混入。

⑶采用機械噴射，鋼釬錨固深度及網眼目數視邊坡巖石性質和風化程度而異，錨固深度一般為0.7～1.0m。鋼絲網間距為200mm或250mm。

⑷噴射混凝土厚度100～200mm為宜，分2～3次噴射。

⑸沿框條延伸方向每隔10～12.5m設伸縮縫一道，縫寬20mm，用瀝青麻絲或低發泡聚乙烯板填塞。

4 結束語

該邊坡于2010年7月底開始施工，于8月底竣工驗收并交付使用，較之常規的漿砌片石護坡大大縮短工期并節約投資。運行至今效果良好。通過以上工程實例，筆者總結了噴射混凝土在變電站邊坡應用時應注意下列問題：

⑴噴射混凝土護坡適用于邊坡坡率緩于1：0.5、易風化但未遭風化的巖石邊坡。掛網噴射混凝土護坡則適用于坡面為破碎結構的硬質巖石或風化巖邊坡。

⑵一級邊坡及超限邊坡必須進行專門的邊坡巖土工程勘察。在查明邊坡工程地質和水文地質條件的基礎上，確定邊坡類別和可能的破壞形式；提供邊坡設計所需的計算參數值；評價邊坡的穩定性，提出不穩定邊坡的整治措施和監測方案的建議。

⑶噴射混凝土護坡坡頂需設置截水溝、坡腳需設置排水溝、坡面須按2～3m間距呈梅花形布置泄水孔。可以有效防止外界雨水滲入坡體，也可以將坡體內的水通過泄水孔排至外面，從而確保邊坡的長期穩定。

⑷為避免噴層收縮開裂，改善受力時噴射混凝土應力分布的均勻性，并增強噴層抵抗巖塊剪切的能力，一般應采用鋼筋網噴射混凝土或噴射鋼纖維混凝土。

⑸在噴射混凝土施工中或完成后，應盡可能快地對噴射混凝土缺陷做出修補，除去和取代存在分層、蜂窩、紋理、空隙等缺陷。

參考文獻

[1] 《建筑邊坡工程技術規范》，GB50330-2002

[2] 《錨桿噴射混凝土支護技術規范》，GB50086-2001