隧道工程排水基层配合比设计

隧道工程排水基层配合比设计

作者：李 科

来源：《中国新技术新产品》2010年第18期

摘要:隧道工程的病害多为隧道内排水不畅所造成,被封闭在隧道路面结构内部的水,会浸湿各结构层,使之强度下降,变形增加,导致路面结构承载力降低,使其寿命缩短。本文结合工程实例叙述了隧道工程水泥处治碎石排水基层配合比设计的基本方法,及在工程实际中的应用。 关键词:隧道工程;排水基层;配合比设计

隧道排水基层针对隧道内部环向的排水或路面裂缝、空隙的渗水通过其大孔隙的结构使隧道内的横向、纵向的水通过基层排到隧道排水管,减少对隧道整体及路面结构的破坏,在隧道工程中有着广泛的应用。

1 排水基层与普通路面基层的区别 2 排水基层的技术要求 2.1 排水基层原材料要求

2.1.1 水泥或沥青处治碎石排水基层的集料级配 2.1.2 水泥处治碎石排水基层对水泥的要求

普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及火山灰质硅酸盐水泥均可用于多孔砼中,但不能使用快硬水泥、早强水泥以及已经受潮变质的水泥。由于从拌和到压实一般需要3h,应优先选用初凝时间大于5h、终凝时间小于10h的缓凝水泥。 2.1.3 水泥或沥青处治碎石排水基层对集料的要求

集料应选用洁净、坚硬、耐久的碎石,其压碎值不应大于30%。用做沥青混凝土面层的排水基层宜采用沥青处置碎石集料,最大粒径不应超过20mm;用做水泥混凝土路面的处置碎石集料,最大粒径不应超过25mm,并均不得超过层厚的2/3。粒径4.75mm以下的细集料含量不得大于10%。集料级配应满足透水性的要求,即透水系数不得小于300m/d,可通过常水头或变水头渗透实验确定。本隧道工程水泥稳定碎石排水基层采用河南西坪唐家湾石料场19mm-31.5mm,9.5mm-19mm碎石,丹江河柳树湾砂石料场中砂。

2.1.4 水泥处治碎石排水基层拌和用水应采用洁净的用水,人、畜饮用水均可。

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3 配合比设计

3.1 透水系数的计算及集料级配范围的选定:

根据隧道工程设计图纸要求,本隧道工程路面为沥青和混凝土复合式路面,故此隧道工程排水基层的透水系数计算为: 3.1.1 水泥混凝土路面

此高速公路为双向六车道路面,路面宽度为11.75m共有纵向缝4条(2条纵向接缝,2条同路肩相接接缝)。设横向接缝间距5m,路面无纵向和横向裂缝。取表面水对每延米水泥混凝土路面接缝的设计渗入率Ic=0.36m3/(d/m),安全系数为2,则纵向每延米水泥混凝土路面的表面水渗入量为:

Qc=Ic(nc+nbB/L) =2×0.36×(4+2×11.75/5) =6.2m3/(d/m) 3.1.2 沥青混凝土路面

此高速公路为双向六车道路面,路面宽度为11.75m。取表面的设计渗水率Ia=0.15m3/(d/m2),安全系数为2,则纵向每延米沥青混凝土的表水面渗入量为: Qa=IaB =2×0.15×11.75 =3.525m3/(d/m)

3.1.3 经过计算比较水泥混凝土路面Qc大于沥青混凝土路面Qa,所以选用混凝土路面的渗水系数。

3.1.4 根据设计图纸得知此隧道工程排水基层的设计厚度为0.2m,并设基层的顶底面部分空隙堵塞的深度为Ib=0.02m,基层的有效深度为h=0.18m,则透水材料所要求具备的透水系数为: Kb=Qc/(hIb) =6.2/(0.18×0.02) =1740(m/d)

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根据Kb=1740(m/d),所以选用水泥处治集料排水基层的集料级配的2#级配。 3.2 集料级配的合成

由于现在市场上已经很难找到方孔25mm,12.5mm的集料筛,故本配合比设计时将方孔筛25mm用方孔筛26.5mm代替,将方孔筛12.5mm用方孔筛13.2mm代替。

经过对河南西坪唐家湾石料场19mm-31.5mm,9.5mm-19mm碎石,商南县丹江河柳树湾砂石料场中砂石料场中砂的筛分,根据各集料的筛分结果,将3种集料按水泥处治的2号级配进行合成河南西坪唐家湾石料场19mm-31.5mm,9.5mm-19mm碎石,商南县丹江河柳树湾砂石料场中砂的合成比例为:19mm-31.5mm:9.5mm-19mm:砂=28%:65%:7% 3.3 水泥剂量及单位用水量的选用

3.3.1 根据《公路排水设计规范》规定水泥处治碎石的水泥用量不小于160kg/m3,其7天的浸水强度不低于3-4MPa,《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)推荐水泥剂量为9%-11%,故选定初步水泥剂量为9%,10%,11%。

3.3.2 根据《公路排水设计规范》得知排水基层的单位用水量一般在60Kg/m3上下。《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002推荐水灰比为0.39-0.43(该值偏大)。故选用水灰比为:1#:9%时水灰比为0.43,2#:10%时水灰比为0.42,3#:11%时水灰比为0.40。单位用水量受碎石的吸水率大小,水泥需水量影响,可通过试拌,成型试件来确定。 4 排水基层渗透系数的测定

4.1 成型:按确定的配合比拌和试料,将拌和物边装边插捣一次装满试模

(150mm×150mm×550mm),在混凝土振动台上振动成型,振动时间60S。振动时由两人各拿一块钢板,用力按在试样上,并前后、左右搓动,将多余的试样搓出试模外,使试样顶面与试模顶缘齐平。

4.2 养护:对水泥处治碎石集料,采用塑料薄膜覆盖保湿养护3d后脱膜。

4.3 试件处理:用稠硬的水泥净浆将脱模后的试件的底面,两侧面密封,养护1d后即可进行渗透系数试验。

4.4 渗透系数测定步骤

4.4.1 按成型的方向将试件放在试模的底板上,一端沿试模长度方向略向外,将U型挡水板冲试件的另一端卡入,调整挡水板距试件端头的距离为15mm,固定试模的两个侧板,拧紧镙母(不装端模板,底板连接镙母也不用固定)。

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4.4.2 将试模两端垫起,用精密水准器将试模调整水平(以侧模顶面为准)。测量夹挡水板异端距离地面的距离L1,由试模底模的长度计算1.5%坡度(路基横坡)时,试模一端应抬高的距离L2,将安装挡水板的一端抬高至L1+L2,加垫块固定。

4.4.3 将玻璃板紧贴试件端头插入挡水板中,用黄油涂抹密封由挡水板、玻璃板和试模底板围成的盛水器中的所有接缝处,向盛水器中加水至满。

4.4.4 向试件顶面均匀浇一定量的水,使试件中所有空隙的临空面湿润,待出水端无水渗出时,迅速提起挡水插板,同时按动秒表,当出水端有水流出时停止秒表。

4.4.5 试件长度和渗流所用时间之比即为渗透系数,用m/d表示,计算至整数。以三次试验结果的算术平均值为测定值。

4.4.6 根据《公路排水设计规范》JTJ018-97及相关资料我们对3个不同的水泥稳定碎石排水基层配合比进行了相应的渗透系数的测定,在测定渗水系数时我们采用150mm×150mm×550mm的梁式试件,加水量为225ML。 5 配合比的选定

根据《公路排水设计规范》JTJ018-97的要求和在试验室室内测定的排水基层所做的渗水试验结果及强度试验结果,经过综合技术比较推荐采用2#配合比。 6 结束语

水泥处治排水基层以其良好的排水性能、结构强度越来越广泛的应用于隧道工程及各种路基路面施工。本文只是简单的介绍了水泥处治排水基层的配合比设计及实验方法。 参考文献

[1]《公路排水设计规范》JTJ018-97

[2]《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000