隧道噴射混凝土配合比設計及施工質量控制要點

摘要：噴射混凝土是指將水泥、砂、石子、外加劑和水按一定得配合比和水灰比拌和而成的混合物，以風壓為動力快速噴至巖體表面而形成的混凝土層。噴層凝固后具有“支撐作用”、“填補作用”、“粘結作用”和“封閉作用”，從而使圍巖得到加固，圍巖自身的強度得到保護，對施工及人員安全起著至關重要的作用。本文從原材料質量控制、設計基本要求、設計參數的選擇及配合比選定等幾個方面簡要介紹了噴射混凝土配合比設計過程，并對施工中應關注的施工控制要點進行初步分析，對于噴射混凝土的配合比設計選擇及施工質量控制具有一定的指導意義。

關鍵詞：噴射砼  配合比設計  施工控制

噴射混凝土是隧道工程復合支護中常用的施工技術，其形成的混凝土結構層對圍巖起到支護作用，使圍巖自身的強度得到保護，對施工及人員安全起著至關重要的作用。所以噴射混凝土配合比設計及施工質量控制對工程質量及安全（尤其是山區高速）起著非常關鍵的作用，以下就其設計及質量控制簡要闡述。

一、噴射混凝土配合比設計；

（一）原材料選用；

（1）拌和用水：工程中多以飲用水作為拌和用水，而pH值小于4的酸性水及含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質的水均不得使用。

　　（2）水泥：水泥應具有強度高、抗滲性和耐久性好，應優先選用425以上的普通硅酸鹽水泥，使用前應做強度鑒定試驗，水泥存放時嚴禁受潮和結塊，也不得把不同規格、不同廠家的水泥混合使用。

（3）骨料：

①細集料應采用堅硬耐久的中粗砂，細度模數宜大于2.5，砂的含水率宜控制在5%-7%。

②粗骨料應采用堅硬耐久的碎石或卵石。粒徑不宜大于16mm,骨料級配宜采用連續級配,

　（4）外加劑：為了降低用水量、降低回彈率和粉塵率，使噴射混凝土早凝早強，必須使用外加劑。應采用符合質量要求并對人體危害性很小的速凝劑，摻加速凝劑之前，應做速凝劑與水的相溶性試驗及水泥凈漿速凝效果試驗。一般速凝劑最佳摻量約為水泥重量的4%左右，另外速凝劑摻入應確保均勻。

（二）噴射混凝土配合比設計的基本要求；

噴射混凝土配合比具有自身的工藝特點,要根據多種因素來綜合選定。在保證原材料合格的前提下,配合比設計既要兼顧對強度等主要指標的要求,又要兼顧到施工工藝的要求。一般應滿足如下幾方面:

(1)噴射混凝土配合比應滿足設計強度等級要求；

(2)回彈量少；

(3)施工時粉塵少；

(4)噴射后與圍堰粘附性好,能獲得密實的噴射混凝土；

(5)能滿足施工要求,輸料順暢,不發生堵管等。

（三） 噴射混凝土配合比設計參數對施工質量的影響；

噴射混凝土作為混凝土的一種,其配合比設計參數主要有水泥用量、骨灰比、砂率、水灰比及坍落度等。

(1)水泥用量宜控制在400～450kg/m3。水泥用量過少,回彈量大,初期強度增長慢,當水泥用量增加,噴射混凝土強度會提高,回彈減少。但水泥用量過多,一是不經濟,二是施工時產生的粉塵多,惡化施工環境,而且混凝土凝結硬化時收縮也會增大。

(2)灰骨比：采取干法噴射施工時,水泥與砂、石之重量比宜為1∶4～1 ∶4.5;采取濕法噴射施工時,水泥與砂、石之重量比宜為1∶3.5～1 ∶4.0。

 (3)砂率宜控制在50%～60%。實踐證明,砂率的大小既影響噴射混凝土的施工性能,也影響其力學性能,當砂率低于50% ,回彈率高,管路宜堵塞,施工工藝不易掌握,噴射混凝土強度離散性很大。砂率過大,高于60%,因粗集料不足,噴射時石子對混凝土沖擊搗實力不大,使噴射混凝土的強度降低,同時使集料比表面積增大,要達到相應坍落度和流動性,水泥用量也要加大,既不經濟也會使混凝土收縮增大。

(4)水灰比：干法噴射施工水灰比宜控制在0.40～0.45;濕法噴射施工水灰比宜控制在0.42～0.50。水灰比的大小影響噴射混凝土回彈率和強度。水灰比過大,回彈率雖然可以減小,但強度降低;水灰比過小,強度雖高,但回彈率也增高。

(5)坍落度：坍落度是評價混凝土流動性、粘聚性和保水性的重要指標。當采取濕法噴射施工時,應進行坍落度檢測,坍落度宜控制在8～12cm。實踐證明坍落度在該范圍內噴射混凝土回彈率最低。

（四）混凝土配合比的選定

配合比一般采用經驗公式和施工技術規范相結合的方法來確定。一般包括常規配合比設計和噴射混凝土現場試噴、調整兩個部分。前一部分是依據噴射混凝土的要求,按照混凝土常規配合比設計思路提出基準配比,后一部分是以基準配比為前提,在現場調整、驗證、確定其配合比。兩個步驟互為補充,缺一不可。

二、噴射混凝土施工工藝控制

（一）風壓的控制

　　工程實踐顯示，為了有效控制混凝土回彈，應將噴嘴處的風壓控制在0.2Mpa以內，在配管或軟管的直徑、風壓輸送距離發生變化時，應當根據粘附程度以及噴射狀況對空氣壓力進行修正。

（二）水壓的控制

　　噴射混凝土施工時要注意水壓的控制，輸料管處的風壓要低于噴嘴處水壓0.1~0.15Mpa，并且控制噴水作業區的水壓不小于0.5Mpa，這樣才能使噴射混凝土的施工達到最優質量。

（三）噴射角度的控制

　　當噴射表面比較平整時，噴射時應使受噴面與噴嘴垂直，若噴嘴偏離垂直方向，會導致噴射混凝土的密度和強度降低，回彈量變大。

（四） 噴射方法的選擇

　　噴射混凝土時應當分塊、分部、分段作業，從上往下，先噴射兩側的邊墻再噴射拱角，最后再噴射隧道的拱頂。噴頭要垂直噴射面沿著順時針方向緩慢移動噴射，這樣可以使噴出的混凝土厚度均勻、回彈量小。

三、噴射混凝土施工質量控制

（一）強度的控制

　　噴射混凝土的強度主要由粘結強度、抗壓強度、疲勞強度、抗剪強度、抗拉強度等，而在實際工程中主要檢測其抗壓強度。若強度不滿足要求，則應當查找問題出現的原因，并采取必要的補救措施。

（二）厚度的控制與檢測

施工現場可以采用激光斷面儀或者鑿孔的方式檢測。當采用鑿孔的方式檢測時，應當在混凝土噴射作業8h后進行。當不滿足要求時要立即補噴到要求厚度。噴射混凝土的厚度檢測應當每間隔10m進行一次，沿著拱頂中線每間隔3m檢測一次。

（三）回彈量的控制

　　隧道噴射混凝土施工作業時，要盡可能的降低混凝土的回彈量，控制噴射混凝土的回彈量在15～24%范圍內，實際操作時可采用以下方法：①噴射混凝時，要注意使風壓略小于噴射水壓，噴射人員可以根據噴射混凝土表面的光滑程度來判定水灰比大小。②噴射角度和距離的控制；在進行噴射混凝土施工時，應控制噴嘴與噴射面的距離在0.6~1.2m，此時能夠減少混凝土的回彈量。③噴射混凝土施工時，要注重對水灰比、水壓、風壓等的控制。④噴射混凝土應當分層施工，每層施工的間隔時間應滿足規范和設計要求。

四、噴射混凝土質量檢查

（一）抗壓強度檢測

（1）檢查噴射混凝土抗壓強度所需的試塊應在工程施工中抽取制取。試塊數量, 每噴射50～100m3混合料或混合料小于50m3的獨立工程,不得少于一組。每組試塊不得少于3個;材料或配合比變更時,應另作一組。

(2) 試件制作方法

①噴大板切割法，在施工的同時將混凝土噴射在450㎜×350㎜×120㎜（可割六塊）或450㎜ ×200㎜ ×120 ㎜（可割成3塊）的試模內，在達到一定強度后用切割成100 ㎜ ×100 ㎜ ×100 ㎜的立方體試塊，在標準養護條件下養護28d，用標準試驗方法測得的極限抗壓強度，乘以0.95的系數。

②鑿方切割法：在具有一定強度的支護上，用鑿巖機打密排鉆孔取出長約35 ㎝寬約15 ㎝的混凝土塊，切割磨光加工成100 ㎜ ×100 ㎜ ×100 ㎜的立方體試件，標準養護28d，用標準試驗方法測得的極限抗壓強度，乘以0.95的系數。

(3)采用立方體試塊做抗壓強度試驗時,加載方向必須與試塊噴射成型方向垂直。

（二）檢驗頻率

抽取試塊數量，雙車道每10延米，至少在拱部和邊墻各取一組，每組3個試件。原材料或配合比變更時需重新制取試件。

結束語：只有通過合理的配合比設計及有效的控制措施,才能使噴射混凝土質量優良,各項指標符合規范要求。在進行配合比設計時,應對配合比主要參數進行分析,掌握參數變化對質量的影響,采取有效的控制措施,將影響降到最低。在施工時，應不斷對施工工藝進行調整，以保持噴射混凝土的最佳狀態，從而確保施工質量,使噴射混凝土結構滿足設計技術要求。