下面是中達咨詢給大家帶來關于鋼纖維混凝土盾構管片可行性分析，以供參考。

進入21世紀,我國在北京、上海、廣州、南京等大城市進行著大規模的地鐵建設,并且有相當一部分標段采用盾構法施工。由于盾構隧道施工技術可以最大限度的減少對城市其他設施的影響,所以正逐漸成為地鐵隧道施工的主流技術。

目前的盾構管片主要以鋼筋混凝土管片為主,而在實際使用中發現,一般1.2m寬的A型鋼筋混凝土管片重量約為4t,運輸和安裝中容易破損和開裂,管片的破損和裂縫對隧道的安全性和耐久性產生不利影響,這是盾構法中較棘手但又必須解決的問題。研究和試驗發現,摻入鋼纖維后的混凝土具有良好的力學性能,能較好地解決以上的問題,在國外已有采用鋼纖維混凝土盾構管片的實例。但鋼纖維材料較高的價格,是其應用的主要制約因素,本文就其可行性進行簡要分析。

1鋼纖維混凝土的力學性能

鋼纖維混凝土(SteelFiberReinforcedConcrete,簡稱SFRC)是一種多向復合建筑材料,與普通混凝土相比,鋼纖維混凝土的主要優點有:

①有較高的拉伸強度,彎曲強度和剪切強度;

②有較好的韌性及耐沖擊性;

③有較強的約束裂紋擴展能力,變形能大;

④有極好的耐磨性能及較好的抗凍融性和耐熱性;

⑤邊緣和轉角部位的碎裂少,不易產生爆裂。

2鋼纖維混凝土盾構管片鍵迅的優勢

2.1承載能力提高

(1)鋼筋混凝土構件受拉區混凝土開裂后即失去作用,而開裂后的鋼纖維混凝土還能承受一部分拉力;

(2)通常結構設計遵循的原則是按承載能力極限狀態法進行設計,按正常使用極限狀態法驗算。而鋼纖維混凝土結構最大裂縫寬度的驗算公式[1]為:

式中:

wfmax———按荷載效應的標準組合并考慮長期作用影響計算的鋼筋鋼纖維混凝土構件的最大裂縫寬度;

wmax———同等級鋼筋混凝土,按現行混凝土結構設計規范計算的構件的最大裂縫寬度;

βcw———鋼纖維對構件裂縫寬度的影響系數,對于偏心受壓結構,βcw=0.35;

λf———鋼纖維的特征參數,,,與鋼纖維長徑比(L/D)、體積率(ρf)有關。對于盾構管片,ρf一般為0.4%~0.6%。

因此在同樣內力條件下,計算所需的含鋼量將明顯減少(從表1可以看出),也就是說,在同樣配筋情況下,鋼纖維混凝土結構的承載力將顯著提高。

2.2安全性和耐久性

對于地下結構而言,結構物的碳化以及侵蝕性介質的腐蝕是影響其耐久性的重要因素,此外,地鐵隧道中雜散電流的電化學腐蝕也是其重要的影響因素。

雜散電流的腐蝕主要通過電化學反應,在鋼筋與混凝土的界面處產生可溶的堿式硅酸鹽或鋁酸鹽,使結合強度顯著降低。在電流離開鋼筋返回混凝土的部位,鋼筋呈陽極并發生腐蝕。腐蝕產物在陽極處的堆積產生機械脹力而使混凝土開裂。這同自然環境下的鋼筋銹蝕產生的銹脹力使混凝土開裂的機理相同。

因此,混凝土中的鋼筋銹蝕是造成混凝土結構耐久性損傷的最主要因素。

試驗研究發現[2],快速碳化齡期為28d(在正常大氣條件下,混凝土自然存放齡期50年的自然碳化深度,相當于按國家標準方法快速碳化28d的碳化深度)時,纖維混凝土的碳化深度比素混凝土的碳化深度小,大約降低了50%;鋼纖維摻量為30kg/m3時,鋼纖維混凝土的銹脹開裂時間大約是素混凝土開裂時間的1.5倍,在保護層厚度、鋼筋直徑不變的情況下,當鋼纖維摻量達到60kg/m3時,保護層開裂時間是0摻量的1.7倍,故摻入纖維可以延長鋼筋混凝土的使用壽命。

2.3鋼纖維混凝土管片成本

2.3.1初期投資成本

現以北京地鐵某標段的盾構管片為例進行簡要分析,假設整環管片的截面配筋情況相同。原設計的A型鋼筋混凝土管片內半徑Ri為2.7m,厚300mm,寬度1.2m,上下截面各配8Φ18螺紋鋼筋,配筋率ρ為1.13%。采用鋼纖維混凝土瞎凳管片進行設計,有兩種選擇方案:一種為管片厚度不變,截面配筋為8Φ14螺紋筋,鋼纖維摻量為30kg/m3,另一種磨亮旅為上下截面各配8Φ12螺紋筋,鋼纖維摻量為40kg/m3。依次記以上三種方案為①、②、③,實際中材料單價比為砼(m3):鋼筋(t):鋼纖維(t)=1:8:20。由于土石方量相差不大,故不考慮在內。以混凝土單價350元/m3計,在此僅計材料費用,其他費用假定相同,其初期投資概算(每環)見表1。

由上表可見,采用鋼纖維混凝土管片其總投資增加并不明顯,與鋼筋混凝土管片相比,②、③方案所需追加的投資分別為原鋼筋混凝土管片項目投資的7.2%和9.2%。

2.3.2全壽命周期成本

雖然鋼纖維混凝土初期投資成本有所增加,但摻加鋼纖維后,由于混凝土抗沖擊性和抗拉強度的提高,管片發生破損從而導致滲漏的情況將大幅減少,從而降低防水堵漏成本和長期維護費用;同時,鋼纖維混凝土的耐久性亦優于鋼筋混凝土,因而能使該項工程的使用壽命得以延長。從地鐵隧道結構安全、運營維護費及配套設備的全壽命周期成本考慮,采用鋼纖維混凝土管片在經濟上是可行的。

2.3.3鋼纖維價格預測

制約鋼纖維應用的主要因素是鋼纖維的價格。由于目前鋼纖維價格昂貴,在我國只用在部分重點工程或部分工程的重點部位,因此鋼纖維需求量并不大,現有的鋼纖維生產廠家就能滿足需求量。但鋼纖維在國內被廣泛采用是一種趨勢,若國內的鋼纖維出現了明顯的競爭勢態,勢必會引起優質鋼纖維的價格下降。

據悉,國內比較優秀的鋼纖維多在7000~8000元/噸,貝卡鋼纖維報價為14000~15000元/噸,但是貝卡鋼纖維在國外的報價卻大約折合人民幣在6000~7000元/噸,因此在價格上存在較大的彈性。如果鋼纖維價格能有所降低,鋼纖維混凝土質構管片的優勢將更加明顯。

3結論

綜上所述,鋼纖維混凝土管片作為一種新型的盾構管片,具有比普通鋼筋混凝土管片優越的性能,從地鐵隧道結構安全、運營維護費用及配套設施的全壽命周期成本考慮,采用鋼纖維混凝土管片是可行的。另一方面,建設部門在考慮鋼纖維混凝土的應用時,不應只計一次性投資,而應考慮節省的間接費用,鋼纖維混凝土的優良使用性能,較低的維修費用和使用壽命延長所取得的綜合經濟效益。其潛在價值不可低估。

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標簽：管片盾構鋼纖維