¶ 02424 隧道噴凝土
¶ 1. 02424 隧道噴凝土 V2012.10.doc
第02424章
隧道噴凝土
1. 通則
1.1 本章概要
噴凝土為水泥、粗細粒料、水與附加劑等材料依規定拌和後,以噴泵機具及特殊噴嘴,藉壓縮空氣噴佈緊貼於施工面之混凝土,鋼纖維噴凝土則另加鋼纖維、矽灰等材料拌合噴射而成。本章說明隧道噴凝土之材料、施工及檢驗等相關規定。
1.2 工作範圍
包括隧道及其他地下結構開挖支撐所使用噴凝土及鋼纖維噴凝土之材料、配比設計、拌和、試噴、施噴、養護及檢驗等相關工作。承包商應依據本章、設計圖及工程司核准之施工計畫進行施工。
1.3 相關章節
須符合第03372章、第03050章及第03220章規定。
1.4 相關準則
1.4.1 中華民國國家標準(CNS)
(1) CNS 13961 A2269 混凝土拌和用水
(2) CNS 14688 A2280 噴凝土用材料
(3) CNS 14689 A2281 噴凝土用摻料
(4) CNS 14917 A3402 噴凝試驗格板樣品之準備與測試法
(5) CNS 1078 R3039 水硬性水泥化學分析法
(6) CNS 1232 A3045 混凝土圓柱試體抗壓強度檢驗法
(7) CNS 1233 A3046 混凝土抗彎強度試檢法(三分點載重法)
(8) CNS 1238 A3051 混凝土鑽心試體及鋸切長條試體取樣法
(9) CNS 9208 A3167 混凝土用輸氣附加劑檢驗法
(10)CNS 12892 A2247 纖維混凝土用鋼纖維
(11)CNS 13618 A3354 粒料之潛在鹼質與二氧化矽反應性試驗法
(12)CNS 13619 A3355 水泥與粒料組合之潛在鹼性試驗法(水泥砂漿棒法)
(13)CNS 13620 A3356 碳酸鹽質岩石用作混凝土粒料之潛在鹼性試驗法(岩石圓柱試驗法)
(14) CNS 61 R2001 卜特蘭水泥
1.4.2 美國混凝土學會(ACI)
ACI 506 噴凝土實務方法(Recommended Practice For Shotcreting)
1.4.3 美國材料及試驗協會(ASTM)
(1) ASTM C494 混凝土化學附加劑規範(Specification for Chemical Admixtures for Concrete)
(2) ASTM C900 混凝土拉拔釘強度試驗法(Test Method for Pullout Strength of Hardened Concrete)
(3) ASTM C1018 纖維混凝土抗彎靭性強度試檢法(三分點載重法)(Test Method for Flexural Toughness and First Crack Strength of Fiber Reinforcement Concrete (Using Beam with Third-Point Loading)
(4) ASTM C1240 水硬性水泥及砂漿添加矽灰之規範(Specification for Silica Fume for Use In Hydraulic Cement Concrete And Mortar)
(5) ASTM C1398 水硬性水泥凝結時間檢驗法(吉爾摩氏針法)
1.5 資料送審
1.5.1 須符合第03372章規定。
1.5.2 品質計畫
1.5.3 施工計畫
1.5.4 噴凝土配比設計
承包商應於施工前,依其機具設備能量,提出適當配比,經工程司會同辦理速凝劑凝結試驗及工地試噴均符合規定後,始得採用。所使用之各項材料,均須經事先證明或試驗符合規定。
1.5.5 承包商應以擬採用之水泥與速凝劑辦理速凝劑凝結試驗,並依CNS 14689規定測定其凝結時間,且達到下列凝結時間要求:
(1) 初凝時間:1~3分鐘。
(2) 終凝時間:12分鐘以內。
1.5.6 各式噴凝土之配比承包商應依據工地試噴結果決定之,並送請工程司核可,核可之配比於施工期間除工程司另有許可外,不得變更。各式噴凝土工地試噴之參考配比如下:
(1) 噴凝土之水泥參考使用量為400 kgf/m3,並得依配比成果調整。
(2) 鋼纖維噴凝土之水泥參考使用量為420 kgf/m3,並得依配比成果調整。
(3) 鋼纖維噴凝土除矽灰外之其他附加劑(不含速凝劑),每1種附加劑使用量不超過水泥用量之5%。噴凝土(含鋼纖維噴凝土)之速凝劑使用量應依1.5.4噴凝土配比試驗及3.3試噴成果辦理。
(4) 鋼纖維噴凝土粒料總重量與水泥重量比不超過5:1。
(5) 鋼纖維噴凝土鋼纖維參考摻入量為45 kgf/m3,承包商應依照製造廠商之說明書、鋼纖維長度與等值直徑比及施工前承包商應依照試驗成果,擬定其用量經工程司認可後使用。
(6) 鋼纖維噴凝土矽灰之參考用量為水泥用量之7~12%,承包商應依照製造廠商之說明書及施工前試驗成果,擬定其用量經工程司認可後使用。
2. 產品
2.1 材料
2.1.1 須符合第03372章規定。
2.1.2 鋼線網須符合相關章節規定,鋼線網之彎曲形狀須符合設計圖說規定。
2.1.3 強塑劑(Superplasticizer)之類型、品質及用量應經工程司認可後方可使用。
2.1.4 水泥品質應符合第03050章「混凝土基本材料及施工方法」之規定。
2.1.5 粒料須符合第03050章「混凝土基本材料及施工方法」規定,且細粒料通過No.200篩之有害物質含量不得大於3%,粗粒料之組成至少應有90%之重量比為碎石顆粒,每顆碎石顆粒至少應有2個破碎面。混合級配需求由下表所列2種級配選用。
表02424-1 噴凝土粒料之級配需求表
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試驗篩孔寬 mm |
通過重量百分率(%) |
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I |
II |
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19.0 (3/4 in.) 12.5 (1/2 in.) 9.5 (3/8 in.) 4.75 (No.4) 2.36 (No.8) 1.18 (No.16) 0.6 (No.30) 0.3 (No.50) 0.15 (No.100) |
- - 100 95-100 80-100 50-85 25-60 10-30 2-10 |
- 100 90-100 70-85 50-70 35-55 20-35 8-20 2-10 |
2.1.6 使用速凝劑應避免環境污染、地下水和水源污染的產生。速凝劑品質及用量需符合以下規定:
(1) 速凝劑之氯化物含量不得超過自重之1%。
(2) Na2O鹼當量(Na2O+0.658K2O)不得超過自重之1%。
(3) 速凝劑之參考用量以水泥之(5±2)%為原則,另遇特殊地質狀況,或其添加比例經工程司確認仍可符合施工品質要求時,該速凝劑使用量之限制得酌予放寬,惟上限部分仍不得超過下列規定:
A.採用粉狀速凝劑(powder accelerators),速凝劑使用量不得超過水泥用量之8%。
B.採用液狀速凝劑(liquid accelerators),速凝劑使用量不得超過水泥用量之10%。
2.1.7 拌和水應符合第03050章「混凝土基本材料及施工方法」之規定。
2.1.8 鋼纖維噴凝土採用之水泥、粗細粒料、水、速凝劑須依據第2.1.4~2.1.7節之規定辦理,惟必要時得依據配比試驗結果予以調整。
2.1.9 鋼纖維噴凝土之每批鋼纖維之品質應符合CNS 12892 A2247第一類之規定,其型式及尺寸應避免結球,適用於噴凝土施工及達到加強噴凝土強度要求者,並經工程司認可後方得使用。鋼纖維應符合下列要求:
(1) 尺寸:長約2.5~4.0 cm,直徑0.5~0.8 mm之圓形斷面或等面積之他種斷面,長度與等值直徑比為40~80。
(2) 抗拉強度:大於3,450 kgf/cm2。
(3) 抗彎強度:在不低於16°C溫度下可沿內半徑3.18 mm之圓弧彎曲90°而不會折斷。
2.1.10 鋼纖維噴凝土所添加矽灰,其為提煉矽元素或鐵矽合金之副產品,具有非結晶狀球體構造,與水泥混合後會產生膠凝作用,增加鋼纖維噴凝土之黏著性與強度,每批成品之品質應符合ASTM Cl240之規定。矽灰應符合下列要求:
(1) 細度:通過#325篩之重量百分比大於90%。
(2) 加速膠凝作用指標:與水泥混合7天後大於85%。
(3) 化學成份:二氧化矽(Si02)含量大於85%;燒失量小於6%。
2.1.11 鋼纖維噴凝土附加之減水劑(Water Reducing Admixture)及強塑劑(Superplasticizer),其品質應符合CNS 12283之規定。輸氣劑應符合CNS 9208之規定。
2.1.12 鋼線網材質須符合第03220章之規定。
2.1.13 噴凝土不得添加飛灰及高爐石粉等導致緩凝之添加料。
2.2 設備
2.2.1 噴凝土施工可採用濕拌法或乾拌法施工,其噴凝土施工設備包括機械臂噴凝土機、噴凝土泵浦、速凝劑計量設備、輸送設備及一般空壓機等,應經工程司認可後方可使用。
2.2.2 噴凝土施工必須使用速凝劑計量設備,以便控制速凝劑添加量,避免超用而影響品質。施工人員需每輪記錄噴凝土及速凝劑用量。
3. 施工
3.1 施工面表面清理
3.1.1 應依第03372章規定辦理。
3.1.2 噴凝土施噴可使用濕拌法或乾拌法。施工前施噴表面應以壓縮空氣或高壓水將所有鬆軟表土和異物清理乾淨(土壤、破碎帶、斷層或卵礫石斷層面等除外)。
3.2 拌和
3.2.1 水泥與粒料應符合規定,依重量比作為配比設計標準,施工單位應提供拌和與計量設備,使各項材料能依照規定按正確配比拌和。在任何情況下,概不允許以體積比方式作為配比設計標準。拌和時,所有粒料應為面乾內飽合或已經袪水使其成為僅為濕潤含水量,無肉眼可見之游離水在粒料表面。水泥與粒料應以機械拌和,其拌和時間不得少於2分鐘。
3.2.2 噴凝土拌和料有下列任一種情形均應予廢棄,不得使用,惟如使用長效水化控制添加劑者,經工地試噴符合3.3.1、3.3.2節規定之強度與規定者,經監造單位同意後,得以延長噴凝土拌和料使用時間:
A.水泥加入粒料後超過30分鐘仍未拌和者。
B.自水泥投入拌和機,未維持連續攪拌超過60分鐘,或維持連續攪拌超過90分鐘者。
3.3 試噴
3.3.1 各式噴凝土之工地試噴應依ACI 506及CNS 14917規定之格板試驗(Panel Test)辦理。格板施噴時應分垂直及倒懸兩種情形施噴,試噴後應在每一格板參考ASTM C900的方法辦理拉拔試驗,以便評估8小時齡期之抗壓強度,並從每一格板中鑽取直徑7.5cm之試體2組(每組至少3個)依CNS 1238規定,分別試驗其3天及28天齡期之抗壓強度。鑽心試體之長度小於直徑兩倍時,應依CNS 1232修正為標準圓柱試體之抗壓強度。各齡期試體之平均強度均應符合下列規定:
(1) 噴凝土
8小時抗壓強度≧50 kgf/cm2
3天之抗壓強度≧140 kgf/cm2
28天之抗壓強度≧210 kgf/cm2
(2) 鋼纖維噴凝土
8小時抗壓強度≧50 kgf/cm2
3天之抗壓強度≧170 kgf/cm2
28天之抗壓強度≧255 kgf/cm2
3.3.2 鋼纖維噴凝土工地試噴除依第3.3.1款之規定辦理格板試驗外,並依CNS 1233之規定製作抗彎試驗試體,辦理28天齡期抗彎試驗,及依ASTM Cl018之規定辨理抗彎韌性試驗,其抗彎強度應大於50 kgf/cm2,韌性指數I5、I10及I20應分別大於4、6及10。
3.3.3 各項施工前試驗應於正式使用至少30天前完成並試驗合格。不同廠牌之水泥與附加劑強度發展過程不相同,施工時應採用與配比設計相同廠牌之水泥及附加劑。如須換用水泥或附加劑廠牌,承包商應重作配比設計,在重作配比未獲工程司認可前,不得更換。
3.4 施噴
3.4.1 在噴凝土工作開始前,應將岩石表面之鬆離碎片、污穢、油污或其他有礙噴凝土與岩石面黏結之有害物徹底清除乾淨,經工程司認可後方可進行噴凝土工作。
3.4.2 噴凝土層之最小厚度,除設計圖另有規定或工程司另有指示外,岩盤部分為5cm。任何一處之完成厚度,均不得小於規定之厚度。施噴時,應每隔2m或工程司核可之間距安裝如測釘、測桿、測標或其他可以量測施噴厚度之設施或方法,以控制噴凝土層之厚度。
3.4.3 施噴時,噴嘴須垂直於噴射面,噴嘴應控制在距離噴射面約80至100cm,如受地形之限制,施噴時與噴射面之夾角亦不得小於80度,或依照工程司之指示辦理。承包商施噴時並應先將容易被反彈料堆積之低處或角隅處先噴噴滿。
3.4.4 如施噴之噴凝土厚度超過15cm,則須分層施噴,以達所需最終厚度,次層施噴須俟先前施噴層達到足夠強度可支撐所增加施噴層後,儘快開始施噴。鋼支保、頂拱繫條、鋼線網和其他補強構件,應如設計圖說所示完全沒入噴凝土內,所有鋼材之噴凝土保護層最少須達2cm,噴凝土應與岩石表面凹處和角隅處完全密合。兩鋼支保間之噴凝土面可允許呈凹面,唯高低差不得大於10cm。
3.4.5 如隧道工作面發生小局部抽坍或坍落後,承包商應即以噴凝土填補。
3.4.6 每一次噴凝土工作完成後,所有回彈材料應立刻予以清除,特別是水平搭接處之噴凝土,由於分層、開挖順序不同,在施噴更低區域處之噴凝土前,尤須仔細清除回彈料,如有必要可用氣動鎚打除。
3.4.7 隧道開挖後承包商應依設計圖說及地質情況,適時施噴第一道噴凝土。若地質情況不佳,承包商應立即施噴第一道噴凝土(包括封面噴凝土)。
3.4.8 施噴噴凝土時,應先將施噴表面清除乾淨,表面若有滲水,則應先以適宜方式排水,以解除水壓力。
3.4.9 接觸防水層之噴凝土面須充分平滑、均勻,俾保持防水層之完整,不致在防水層施工時或施工後損傷防水層,如以1500mm直規測量時,表面高低差不得大於100mm,且表面之凸凹半徑均須大於300mm。如上述要求未能符合時,應加噴噴凝土至能符合上述要求為止。
3.4.10 L型接縫筋應按設計圖之規定,垂直段錨固於上階第一層噴凝土表面,水平段平置於台階面並覆以塑膠布,其可加強鋼支保基礎之穩定性。俟下階段開挖及第一層噴凝土完成後將接縫鋼筋拉直,撕掉塑膠布,再噴後續之噴凝土。
3.4.11 使用H型或桁型鋼支保,其噴凝土須滿足本章3.4.4之規定,如有需要應作局部加噴,其加噴量不另計量與計價。
3.5 養護
3.5.1 養護應依ACI 506規定辦理。
3.5.2 噴凝土施噴後7 天內,施噴面必須連續保持濕潤。
3.6 檢驗
3.6.1 各式噴凝土施工中之檢驗依下列規定辦理。工程司得視試驗結果之穩定度酌量調整試驗採樣頻率。
(1) 鑽心試驗:每班或每噴40m3或500 m2之噴凝土或鋼纖維噴凝土,至少須由其表面鑽取試體1組(每組有鑽心試體三個),辦理28天齡期之抗壓試驗,作為判斷合格與否之依據。鑽心試驗須依CNS 1238規定辦理。鑽心試體之長度小於直徑2倍時,應依CNS 1238修正其抗壓強度,並以修正後之數值作為正式壓驗結果。
(2) 格板試驗:每班或每噴40m3或500m2之噴凝土或鋼纖維噴凝土至少取樣1格板,格板之最小尺寸為46cm×46cm×20cm,其設置、施噴與養護均應與現場施噴者相同。然後依CNS 1238之規定從格板中鑽取3個直徑為7.5cm之圓柱試體,進行3天齡期之抗壓試驗,以作為施工品管之參考。
(3) 鋼纖維噴凝土施工中檢驗,除依上述規定辦理抗壓試驗外,應依CNS1233及ASTM C1018之規定於格版中,切割3個抗彎試體,辦理28天齡期之抗彎及抗彎韌性試驗。
3.6.2 各式噴凝土試驗結果均符合下列條件方為合格。
(1) 噴凝土
抗壓試驗3個試體平均強度須等於大於178 kgf/cm2,且無任1試體強度低於157 kgf/cm2 。
(2) 鋼纖維噴凝土:
A.抗壓試驗:3個試體平均強度須等於大於216 kgf/cm2,且無任1試體強度低於191 kgf/cm2。
B.抗彎試驗:3個試體平均強度大於50 kgf/cm2,且無任何1個試體強度小於42 kgf/ cm2。
C.抗彎韌性試驗:3個試體平均I5>4,I10>6,I20>10,且無任何1個試體I5<3,I10<4,I20<8。
3.6.3 工程司應依工程特性選擇適當方法檢驗噴凝土厚度,必要時得進行鑽心試驗檢驗。
3.6.4 各式噴凝土試驗結果具有下列情形,但經工程司研析結果並不影響結構安全而予接受時,則該批噴凝土謂之「次品質噴凝土」。
(1) 噴凝土
1個或多個抗壓試體強度低於178 kgf/cm2,但3個試體之平均強度大於157 kgf/cm2。
(2) 鋼纖維噴凝土
A.1個或多個抗壓試體強度低於216 kgf/cm2,但3個試體之平均強度大於191 kgf/cm2。
B.1個或多個抗彎試體強度低於50 kgf/cm2,但3個試體之平均強度大於42 kgf/cm2。
C.1個或多個試體抗彎韌性試驗I5<4,I10<6,I20<10,但3個試體平均之I5>3,I10>4,I20>8。
3.6.5 各式噴凝土試驗結果符合3.6.2款檢驗要求,但經工程司研析結果,影響結構安全而決定不予接受時,或試驗結果不符合3.6.4款試驗要求時,承包商應無償打除重噴或以工程司核可之方法補強,該補強支撐或重噴之噴凝土經檢驗合格以契約相關項目計價,原噴不合格之噴凝土不予計價。
3.6.6 噴凝土施工如發現有裂隙、缺乏水密性或以鐵鎚敲打產生空洞聲等品質不良情況,工程司有權指示承包商打除重噴。
4. 計量與計價
4.1 計量
4.1.1 本章工作以「平方公尺」或其他單位計量。
4.1.2 隧道噴凝土依開挖支撐類型以各類完成長度乘以各類斷面噴凝土範圍之弧長(半徑=R+t+d+ds/2),所得面積計量(註:公式中各項目之定義詳第02412章)。
4.1.3 除設計圖說所示計價範圍,凡超挖所回填之噴凝土、填不平整表面之噴凝土及不合格或廢棄之噴凝土,均不予計量。
4.1.4 品質符合規定之各式噴凝土,若經由計測或觀察結果認為有必要增加噴凝土厚度以補強時,該加噴之噴凝土依工程司所核定之施噴面積厚度,以體積立方公尺為單位計量。
4.1.5 如因地質因素導致抽坍或坍落,承包商填補之噴凝土及作為臨時支撐或補強之各式噴凝土體積經工程司核可後以立方公尺為單位計量。
4.1.6 噴凝土頂拱及側壁之噴凝土加計15%之回彈損耗量至總數量面積;仰拱及台階(平台部份)不加計回彈損耗量。
4.1.7 每層鋼線網依工程司核定之面積,以平方公尺為單位計量。
4.2 計價
4.2.1 本章工作依契約詳細價目表所列項目單價計價,該項單價已包括所需之一切人工、材料、機具、設備、動力、運輸、施工面處理(如湧水或排水處理)、為達設計線之施噴量(含超挖及不平整面回填)、損耗(含15%回彈損耗,仰拱除外)、搭架、配比設計、拌和、試射、施噴、養護、檢驗及其他為完成本項工作所必需之費用在內。
4.2.2 依4.1.4及4.1.6款規定施噴之各式噴凝土依契約詳細價目表「噴凝土」或「鋼纖維噴凝土」項目計價。契約單價包括施工面處理(如湧水或排水處理)、搭架、養護、人員防護、試驗等工作所需之人工、材料、機具、動力及其他為完成本項工作所需之一切費用。
4.2.3 各式噴凝土符合3.6.3款次品質噴凝土規定者,以契約相關項目單價以7折計價。其他不論任何原因,不合格或廢棄之噴凝土,均不予計價。
4.2.4 鋼線網依契約詳細價目表「鋼線網,註明尺寸」項目計價。契約單價包括鋼線網之供給及舖設、錨錠之裝設、搭接及損耗等工作所需之人工、材料、機具及其他為完成本項工作所需之一切費用。
4.2.5 本章工作項目名稱及計價單位例舉如下。
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工作項目名稱 |
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計價單位 |
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噴凝土(註明規格) |
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平方公尺 |
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噴凝土(註明規格) |
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平方公尺 |
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仰拱噴凝土(註明厚度) |
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平方公尺 |
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填補噴凝土 |
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立方公尺 |
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鋼纖維噴凝土(註明厚度) |
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平方公尺 |
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仰拱鋼纖維噴凝土(註明厚度) |
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平方公尺 |
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鋼纖維噴凝土 |
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立方公尺 |
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鋼線網(註明規格) |
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平方公尺 |
〈本章結束〉
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