超高性能混凝土在隧道衬砌加固中的应用.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-03-02作者简介:赵铭伟(1983),男,山西长治人,高级工程师,研究方向为桥梁隧道加固维修。超高性能混凝土在隧道衬砌加固中的应用赵铭伟(山西省交通新技术发展有限公司,山西 太原 030012)摘要:为了探究超高性能混凝土在隧道衬砌加固中的应用效果,首先对超高性能混凝土的抗压、抗拉性能进行了试验研究,并对其结构加固极限承载力进行了足尺试验。试验结果表明:超高性能混凝土材料的力学性能与养护湿度关联性较弱,材料存在明显应变强化现象;超高性能混凝土用于隧道衬砌加固的效果主要受管片接头位置性能控制;超高性能混凝土自身材料性能能够充分发挥,但原有隧道
2、管片材料的性能未能充分发挥。关键词:超高性能混凝土;隧道衬砌;结构性能中图分类号:U457.3文献标识码:B0 引言超高性能混凝土是一类强度大、韧性好、弹性模量高且空隙小的水泥基材料,目前在建筑、桥梁结构中已经得到了广泛应用,为隧道结构加固提供了新思路1。本文以超高性能混凝土为研究对象展开试验研究,明确其加固机理,根据定量分析结果,为后续相关研究提供理论支撑。1 试验方案1.1 超高性能混凝土性能试验1.1.1 原材料超高性能混凝土的原材料及其配比如图1所示。在预混料中掺加适量水持续搅拌2 min至流化状态,随后掺加钢渣纤维搅拌2 min。1.1.2 试件选择由于加固作业实际养护环境与实验室标
3、准养护条件之间存在显著差异,为明确不同养护条件对于材料强度的影响,本文选择标准养护条件、加固施工环境条件分别测定材料性能。试验分别采用抗压、抗拉指标进行评价。抗压试件尺寸为 100 mm100 mm100mm,共设置6组,各组包含3个试件,3组试件按照标准养护条件进行室内养护,在7 d、14 d及28 d分别测定抗压强度;另外3组试件按照加固施工环境条件养护至28 d后测定其抗压强度。抗拉试件两端分别以试验夹具进行固定,试件中间段的截面尺寸为50 mm100 mm,抗拉试验共设置2组,各组包含3个试件,一组试件按照标准养护条件进行室内养护至试验龄期(18 d);另外一组试件按照加固结构环境条件
4、养护至28 d。1.1.3 试验方案分别选用万能试验机、拉伸试验机完成抗压、抗拉试验。其中抗压试验按照1.2 MPa/s速度加载,同时测定、记录试件的极限应力值,将其作为抗压强度;抗拉试验按照0.005 mm/s速度加载,采用应变计测定,应变计标距为150 mm,得到试件应力-应变曲线,并记录试件在加载过程中表观裂缝的发展情况2。1.2 超高性能混凝土加固试验1.2.1 试验试件超高性能混凝土衬砌结构加固试件示意如图 2 所示。该衬砌圆环外径、内径分别为6.2 m、5.5 m,管片厚度为 0.35 m,全环分为 6 部分,包含一个封顶块(F)、两个邻接块(L1、L2)、两个标准块(B1、B2)
5、及一个底块(B3)。在各接缝处分别布设 5.8级的 M30弯螺栓。管片混凝土等级选用C50,钢筋选用HRB335带肋钢筋,弹性极限应变为1 675。抗拔连接件采用8.8级M10化学锚栓,埋置深度为200 mm;抗剪连接件预混料钢纤维水1.21.00.80.60.40.20.0质量比图1 超高性能混凝土配合比原材料类型171总653期2023年第23期(8月 中)采用HRB400带肋钢筋,直径为12 mm,埋置原有混凝土中深度为 135 mm,埋置超高性能混凝土中深度为35 mm。浇筑超高性能混凝土厚度为6 cm,浇筑7 d后即可拆模,置于常温环境下进行养护。1.2.2 加载装置本研究分别通过2
6、4个加载点沿径向施加荷载,各加载点处布设千斤顶用于施加荷载,单个千斤顶提供的水平荷载不低于100 t,位移不低于400 mm,按15 间隔均匀分布于试验环外部,呈轴心对称。荷载通过反力架施加于加载点,形成自平衡体系。1.2.3 加载方案千斤顶分为3组,各组内加载点的荷载水平保持一致,且在加载过程中维持同步变化。第一阶段,P1从0 kN分十级逐步加载到150 kN,并保持P2=0.65P1、P3=0.5(P1+P2),这一过程主要是模拟隧道设计工况条件。其中 P1是 15 m 埋深对应的隧道顶等效作用力,系数0.65表征土压力系数。将P1从165 kN逐步增大到215 kN,在这一过程中被动土压
7、力P2达到137.5 kN,仍保持P2=0.65P1、P3=0.5(P1+P2),主要模拟隧道顶处于超载状态下,侧向土压力增大至被动土压力的力学状态。最后,P1从215 kN增大到极限状态,在这一过程中仍然保持P2=137.5 kN、P3=0.5(P1+P2),主要模拟隧道顶后续加载过程中的状态,此时侧向土压力已经达到被动土压力水平,保持稳定。2 试验结果及分析2.1 材料性能现场试验实测得到的抗压强度如图3所示。标准养护条件下,养护龄期为7 d、14 d的超高性能混凝土的抗压强度分别是养护龄期28 d的86%、94%。对比28 d养护龄期下两种养护条件所对应的抗压强度可知,养护条件对试件抗压
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