混凝土帆布在溝渠施工中的應用

白少博,王瑋琳

(陜西黃河古賢水利樞紐開發有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

混凝土帆布為浸漬水泥(主要化學成分為Al2O3，CaO，SiO2，Fe2O3)的柔軟布，遇水發生水合反應后即可形成需要的形狀和強度。混凝土帆布采用聚乙烯和聚丙烯長絲編織成的三維纖維復合結構，含有特殊配方的干混凝土混合料。混凝土帆布構造見圖1，表層采用表面織物和纖維增強材料;中間層由特種三維纖維骨架、水泥、沙等組成，將水泥、沙等固定在紡織纖維骨架中;底層覆有聚氯乙烯(PVC)底襯，可使混凝土帆布具有較好的防水、防火、抗裂和耐久性能。混凝土帆布結構三維間隔織物強化水泥基復合材料是將纖維和混凝土結合而成的復合型功能混凝土，在固化前外觀與普通的毛毯沒有太大不同，因此被稱為“水泥毛毯”，可以緊密地覆蓋任意的結構表面。

圖1 混凝土帆布構造

混凝土帆布是英國人Brewin 和Crawford 于2004 年提出的，包括軍隊和受災地區的臨時住宅、灌水等。近年來，國內學者牛建剛等對混凝土帆布進行了研究[1]混凝土帆布和CFRP 增強鋼筋混凝土方柱的受力性能的試驗研究結果表明，隨著混凝土帆布的厚度和層數的增加，復合增強柱的負荷和延展性得到了提高，破壞形態得到了改善。曹鵬等[2]通過開展拉伸試驗，研究了混凝土帆布拉伸性能。劉慧艷[3]對混凝土帆布抗壓強度和抗拉強度進行了測試，通過與常規材料進行比較，研究了混凝土帆布護坡力學性能，結果表明，混凝土帆布能夠滿足邊坡防護設計要求，與傳統的膠凝材料相比，混凝土帆布為快速、高效的護坡施工提供了更合適的解決方案。

混凝土帆布的工程應用逐步增加，部分應用案例如圖2所示。盧偉東等[4]分析了混凝土帆布在噴射混凝土保護方面的應用，并介紹了混凝土帆布的應用前景。孫雪峰等[5]基于混凝土帆布的力學性能，對混凝土帆布在路面上的應用進行了初步的研究。李輝等[6]將混凝土帆布應用于邊坡防護與擋土墻中，提出混凝土帆布加筋土結構擋土墻設計方法。周陽峰等[7]對混凝土帆布材料屬性進行了分析，并結合國外設計師設計實踐，總結了混凝土帆布家具設計原則，并開展了設計實踐。

圖2 混凝土帆布的典型應用

本文基于已有研究成果，對混凝土帆布在溝渠中的應用技術進行總結，以期為類似工程提供參考。

1 混凝土帆布在溝渠中的應用優勢

由于混凝土帆布具有獨特的構造與性能，可有效克服傳統混凝土和噴射混凝土的缺陷，在溝渠中應用具有以下優勢。

1)施工簡單、快速靈活

混凝土帆布可成卷或散裝供應，質量為15 kg/m2左右，方便人工裝卸和運輸。施工僅需裁剪、鋪設、搭接及水化成型等步驟，無須使用大型起重機械。實際應用中，施工現場無須借助任何混凝土攪拌設備，僅需在混凝土帆布上澆水或將混凝土帆布浸在水里，便可使混凝土帆布發生水合反應。可根據不同組分將終凝時間控制為5 min～24 h，滿足不同的使用需求。由于混凝土帆布具有良好的適應性和懸垂性，可鋪設與所覆蓋的基底表面形狀相應的形狀(包括雙曲面形狀)。混凝土帆布可任意切割裁剪成所需的尺寸材料，并固定到幾乎涵蓋所有類型的基底。混凝土帆布中的水泥不會出現過度水合問題，無論是在水下環境還是陸地環境，只要存在水，均可凝固成型。

2)節能低碳、環保經濟

混凝土帆布施工具有低能耗、低碳特點，較傳統的混凝土可節約90 %以上的材料，這在一定程度上降低了二氧化碳排放量。混凝土帆布具有堿含量低、表面抗沖刷性能強、耐化學性良好等特點，對使用地的生態環境的影響小。使用混凝土帆布時，在開挖完成的基礎上依次進行鋪裝、固定、澆水工序，施工進度快，可節約大量材料、人工、養護和運輸等成本，并縮短60%以上的工期。

3)性能卓越、耐久性好

混凝土帆布產品可實現工廠化、標準化生產，可進行更有效的質量控制。同時，混凝土帆布具有良好的耐壓、拉伸阻力、彎曲阻力和剪切阻力性能，纖維增強可以防止裂紋，有效吸收沖擊能量。3 mm 厚的混凝土帆布相當于300 mm 厚的壓實土層，具有良好的防止滲透、耐化學腐蝕、阻燃性。

2 關鍵施工技術

2.1 施工機具

將混凝土帆布應用于溝渠中時，需使用的施工機具包括鋼卷尺、鋼釬、木錘、鐵錘、抹刀、電動螺絲刀(或射釘槍)、剪刀、運水噴水設備、水桶、方頭鐵鏟、圓頭鐵鏟、切割機、滾筒、安全防護用品等。

2.2 施工材料

施工材料使用寬2，4 m的混凝土帆布，標準分為標準卷(長度3 m，4 m，5 m)、非標準卷和散裝卷(長度5 m～30 m)，根據實際情況選擇適當的規格。

施工輔材包括 5 mm×38 mm 不銹鋼螺絲釘或 3.3 mm×38 mm 射釘、由螺紋鋼制成的錨釘(90°直角和U 形錨釘，見圖3)。錨定進行防銹處理，根據實際施工條件選擇相應的施工輔助材料標準，見表1。

圖3 錨釘示意圖

表1 溝渠施工輔材規格及不同地質條件下的選用

2.3 施工流程

2.3.1溝的挖掘和整平

首先進行測量，然后開挖溝渠，并設置排水坡度，使水流自上游順暢流入下游。溝渠開挖完成后需及時清理，并按照設計要求尺寸掛線，對溝渠各面進行平整，復測尺寸(見圖4)。溝渠沿兩邊下挖100 mm，留作混凝土帆布邊緣壓邊區域。應保證溝渠外觀質量符合設計要求，對邊坡溝槽進行清理，并按照地形地勢施工順坡，要求兩側平整、無凹凸，要求坡頂線順滑、平直，原則上溝渠內、坡面上不得存在空洞或虛土。鋪設混凝土帆布前，應對水害位置進行夯實處理，清除溝渠內樹根、雜草、片石等雜物，必要時使用三七灰土進行夯實處理，也可在注漿加固后進行封閉，要求處理后的部位具有較好的穩定性。

圖4 溝渠掛線及修整

基底應充分夯實，建議測量方法為用 12 mm 鋼釬，用30 kg 壓力，插入土體<5 cm。溝底與溝側面要求平整，溝截面尺寸偏差宜≤50 mm。基底整平處理后的平整度可用3 m弦繩測量，平均矢度≤20 mm。

2.3.2混凝土帆布鋪設

溝渠基底驗收合格后鋪設混凝土帆布，鋪設前注意去除尖銳雜物。在運輸條件允許的情況下，應盡可能地選用寬幅混凝土帆布，以減少接縫。

混凝土帆布可使用基本的手工工具切割。由于材料中的粉塵會使刀片變鈍，因此建議增加刀片更換頻率。對于大型工程，可使用砂輪機。鋪設方式可采用人工鋪設(一般需2名施工人員)，也可采用起重機鋪設(一般需3 名工作人員)。根據工程內容選擇合適的鋪設方式。

自下游向上游沿著順水流方向直接在溝渠內縱向或橫向鋪設混凝土帆布，2 塊混凝土帆布之間搭接長度為100 mm，誤差控制在20 mm 以內。搭接處采用錨釘和螺釘固定，根據現場土質實際情況選取合適的錨釘長度。凍脹及松軟黃土地區吊溝錨釘間距為400 mm，其他土質地區錨釘間距為500 mm。根據工程需要，對混凝土帆布進行剪裁與拼接，拐彎處的曲面需用木錘錘擊、夯實。

為保證溝渠基底與混凝土帆布結合牢固，使用90°直角錨釘或U 形錨釘對混凝土帆布進行固定。根據土質情況確定錨定的長度和間隔。必須采取封閉措施，防止雨水滲入混凝土帆布下形成暗流。上部留有100 mm～200 mm 的平坦鋪路，用作邊緣的固定和關閉措施，使用錨釘將混凝土帆布的邊緣沿溝固定，用錘子固定，防止彎曲要求整體平整光滑，并使用黏土、砂漿或混凝土等覆蓋≥100 mm 的長度。當遇地下電纜時，應錯開位置或選用短錨釘。

陡峭山坡上天溝溝沿處理方法為:在山坡面利用鎬或尖銳工具掏挖100 mm～150 mm，將混凝土帆布邊沿塞入山體內部100 mm～150 mm，并用錨釘固定，用泥土填埋夯實，其他鋪設技術與一般溝渠相同。當遇喇叭溝口時，需選用幅寬更大的混凝土帆布進行橫鋪，用剪刀或刻刀將邊緣裁剪整齊，并用錨釘固定，防止雨水滲入混凝土帆布下形成暗流。

混凝土帆布搭接需要的工具包括電動手電鉆、錘子、螺絲、鉗子、膨脹螺栓、壓條等，當對抗滲有要求時，需要的工具還包括熱焊機、密封膠和砂漿等，根據工程需求選擇合適的搭接方式。溝渠施工過程中，在相鄰2 塊混凝土帆布疊壓處，沿溝渠橫向開挖深度為混凝土帆布1 倍厚度、寬度為100 mm 的凹槽，將疊壓處的混凝土帆布置于該凹槽內，并錘平。沿水流方向，上片混凝土帆布疊壓下片混凝土帆布，疊壓長度≥100 mm。使用專用特種膠黏結粘貼混凝土帆布接縫，或采用高強度砂漿進行灌縫處理，在接縫處均勻涂抹密封膠，涂抹寬度為5 mm～8 mm，連接部位強度不低于材料本體強度，并用 5 mm×38 mm 不銹鋼螺絲釘將2 片混凝土帆布進行連接固定。混凝土帆布搭接處理見圖5。

圖5 混凝土帆布搭接處理

2.3.3澆水固化

澆水固化前，應對鋪設完成的混凝土帆布進行整體檢查與驗收，保證混凝土帆布表面貼合牢固、連接穩固，驗收合格后方可澆水固化。固化用水為雨水、污水或海水均可，但水中不能含油脂，極端污水的使用應經技術人員進行評估確認。澆水固化工具包括軟管、水泵和噴頭等，以10 mm 厚材料規格為例，澆水量≥9 kg/m2。在未控制澆水量的情況下，采用寧多勿少的澆水原則。自溝渠邊沿向中間均勻灑水，宜采用噴灑的方式一次性澆透，至混凝土帆布顏色變深，并以手指按壓滲水時為準，不得澆水不足，避免影響材料凝固。進行流量控制時，參考4000 mL/min 的速度，混凝土帆布的顏色變深，用水澆到大面的變色均勻為止，確認水是否滲透。不應使用壓力大的水柱澆水，否則會沖出混凝土帆布中的凝膠化材料，而影響施工質量，使用霧化噴嘴的效果最好。常溫下澆水完成后，應禁止立即拖布、堆放重物或行人。澆水約2 h 后開始凝結，24 h 內可硬化至80%的設計強度。可按照用戶的特殊要求，采用特殊配合比，以達到延遲凝固或快速凝固的目的。凝結時間受環境的影響較大，當遇高溫大風天氣或垂直陡峭坡面時，應及時補水。當氣溫＜5 ℃時，應采取保溫措施;當晝夜平均氣溫>30℃時，澆水完成后，宜在表面立即覆蓋塑料膜或土工布等材料，并灑水保濕養護>3 d。

2.3.4刷漿

為確保工程質量，延長工程壽命，可在混凝土帆布表面涂刷1 層水泥漿(水泥與水質量比為 1∶3～1∶4)。刷漿前，混凝土帆布表面宜為濕潤狀態，應在水澆透后立即涂刷。刷漿應均勻，并保持厚度統一，不得出現漏刷、少刷現象。漿料工具宜采用刷漆的程序拉力，可將油桶綁在棒上，增加工作半徑。施工人員應沿著溝渠向外涂抹，禁止站在溝內涂敷，以免影響施工質量。刷漿后的溝渠見圖6。

圖6 刷漿后的溝渠

3 施工注意事項

1)混凝土帆布鋪設及安裝應符合施工、設計要求，且穩固牢靠，接縫嚴密，平整美觀。

2)當施工現場晝夜平均氣溫連續5 d 低于5℃或最低氣溫低于0℃時，應確定進入冬期施工，并采取相應措施。

3)混凝土帆布材料強度未達到設計強度的60%時，不得使其受凍。浸水凍融條件下的混凝土帆布材料開始受凍時，不得小于設計強度的80%。

4)錨釘間距施工誤差為±5 cm，螺絲釘間距施工誤差為±2 cm。不得少釘、漏釘，且應釘牢。

5)排水孔PVC 泄水管按2 m×2 m 梅花狀布設，不得遺漏，且安裝牢固。

6)混凝土帆布材料強度達10.0 MPa 后，方可承受人員及輕型施工機械荷載。

7)混凝土帆布澆水后至形成最終強度前，不得敲打、強拉;不能尖銳地敲打混凝土帆布材料。四結混凝土帆布適于水利、生態工程的滲透控制、水土保持和防護，具有與傳統混凝土和噴射混凝土不同的優越性，使用簡便、快速凝固成型，環境友好，應用靈活，材料強度高，長期耐用具有良好的防水和防火特性等

已在排水溝、邊坡防護、路肩封閉等工程中得到大量應用，并在河湖水系治理、防洪搶險帳篷搭設、防洪搶險道路鋪設、橋墩防撞防護、立交積水整治、道床翻漿整治、山體防水土流失防護等方面得到積極探索。本文對混凝土帆布在溝渠中的應用進行了總結，詳細闡述了關鍵施工技術與工藝流程，并提出7 點施工注意事項，以期為類似工程提供參考。本研究僅側重于溝渠工程，混凝土帆布在其他領域的應用價值將不斷得到肯定，并將體現出良好的經濟價值和社會價值。