隧道喷射混凝土配合比设计及施工质量控制要点

摘要：喷射混凝土是指将水泥、砂、石子、外加剂和水按一定得配合比和水灰比拌和而成的混合物，以风压为动力快速喷至岩体表面而形成的混凝土层。喷层凝固后具有“支撑作用”、“填补作用”、“粘结作用”和“封闭作用”，从而使围岩得到加固，围岩自身的强度得到保护，对施工及人员安全起着至关重要的作用。本文从原材料质量控制、设计基本要求、设计参数的选择及配合比选定等几个方面简要介绍了喷射混凝土配合比设计过程，并对施工中应关注的施工控制要点进行初步分析，对于喷射混凝土的配合比设计选择及施工质量控制具有一定的指导意义。

关键词：喷射砼  配合比设计  施工控制

喷射混凝土是隧道工程复合支护中常用的施工技术，其形成的混凝土结构层对围岩起到支护作用，使围岩自身的强度得到保护，对施工及人员安全起着至关重要的作用。所以喷射混凝土配合比设计及施工质量控制对工程质量及安全（尤其是山区高速）起着非常关键的作用，以下就其设计及质量控制简要阐述。

一、喷射混凝土配合比设计；

（一）原材料选用；

（1）拌和用水：工程中多以饮用水作为拌和用水，而pH值小于4的酸性水及含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水均不得使用。

　　（2）水泥：水泥应具有强度高、抗渗性和耐久性好，应优先选用425以上的普通硅酸盐水泥，使用前应做强度鉴定试验，水泥存放时严禁受潮和结块，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。

（3）骨料：

①细集料应采用坚硬耐久的中粗砂，细度模数宜大于2.5，砂的含水率宜控制在5%-7%。

②粗骨料应采用坚硬耐久的碎石或卵石。粒径不宜大于16mm,骨料级配宜采用连续级配,

　（4）外加剂：为了降低用水量、降低回弹率和粉尘率，使喷射混凝土早凝早强，必须使用外加剂。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂，掺加速凝剂之前，应做速凝剂与水的相溶性试验及水泥净浆速凝效果试验。一般速凝剂最佳掺量约为水泥重量的4%左右，另外速凝剂掺入应确保均匀。

（二）喷射混凝土配合比设计的基本要求；

喷射混凝土配合比具有自身的工艺特点,要根据多种因素来综合选定。在保证原材料合格的前提下,配合比设计既要兼顾对强度等主要指标的要求,又要兼顾到施工工艺的要求。一般应满足如下几方面:

(1)喷射混凝土配合比应满足设计强度等级要求；

(2)回弹量少；

(3)施工时粉尘少；

(4)喷射后与围堰粘附性好,能获得密实的喷射混凝土；

(5)能满足施工要求,输料顺畅,不发生堵管等。

（三） 喷射混凝土配合比设计参数对施工质量的影响；

喷射混凝土作为混凝土的一种,其配合比设计参数主要有水泥用量、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。水泥用量过少,回弹量大,初期强度增长慢,当水泥用量增加,喷射混凝土强度会提高,回弹减少。但水泥用量过多,一是不经济,二是施工时产生的粉尘多,恶化施工环境,而且混凝土凝结硬化时收缩也会增大。

(2)灰骨比：采取干法喷射施工时,水泥与砂、石之重量比宜为1∶4～1 ∶4.5;采取湿法喷射施工时,水泥与砂、石之重量比宜为1∶3.5～1 ∶4.0。

 (3)砂率宜控制在50%～60%。实践证明,砂率的大小既影响喷射混凝土的施工性能,也影响其力学性能,当砂率低于50% ,回弹率高,管路宜堵塞,施工工艺不易掌握,喷射混凝土强度离散性很大。砂率过大,高于60%,因粗集料不足,喷射时石子对混凝土冲击捣实力不大,使喷射混凝土的强度降低,同时使集料比表面积增大,要达到相应坍落度和流动性,水泥用量也要加大,既不经济也会使混凝土收缩增大。

(4)水灰比：干法喷射施工水灰比宜控制在0.40～0.45;湿法喷射施工水灰比宜控制在0.42～0.50。水灰比的大小影响喷射混凝土回弹率和强度。水灰比过大,回弹率虽然可以减小,但强度降低;水灰比过小,强度虽高,但回弹率也增高。

(5)坍落度：坍落度是评价混凝土流动性、粘聚性和保水性的重要指标。当采取湿法喷射施工时,应进行坍落度检测,坍落度宜控制在8～12cm。实践证明坍落度在该范围内喷射混凝土回弹率最低。

（四）混凝土配合比的选定

配合比一般采用经验公式和施工技术规范相结合的方法来确定。一般包括常规配合比设计和喷射混凝土现场试喷、调整两个部分。前一部分是依据喷射混凝土的要求,按照混凝土常规配合比设计思路提出基准配比,后一部分是以基准配比为前提,在现场调整、验证、确定其配合比。两个步骤互为补充,缺一不可。

二、喷射混凝土施工工艺控制

（一）风压的控制

　　工程实践显示，为了有效控制混凝土回弹，应将喷嘴处的风压控制在0.2Mpa以内，在配管或软管的直径、风压输送距离发生变化时，应当根据粘附程度以及喷射状况对空气压力进行修正。

（二）水压的控制

　　喷射混凝土施工时要注意水压的控制，输料管处的风压要低于喷嘴处水压0.1~0.15Mpa，并且控制喷水作业区的水压不小于0.5Mpa，这样才能使喷射混凝土的施工达到最优质量。

（三）喷射角度的控制

　　当喷射表面比较平整时，喷射时应使受喷面与喷嘴垂直，若喷嘴偏离垂直方向，会导致喷射混凝土的密度和强度降低，回弹量变大。

（四） 喷射方法的选择

　　喷射混凝土时应当分块、分部、分段作业，从上往下，先喷射两侧的边墙再喷射拱角，最后再喷射隧道的拱顶。喷头要垂直喷射面沿着顺时针方向缓慢移动喷射，这样可以使喷出的混凝土厚度均匀、回弹量小。

三、喷射混凝土施工质量控制

（一）强度的控制

　　喷射混凝土的强度主要由粘结强度、抗压强度、疲劳强度、抗剪强度、抗拉强度等，而在实际工程中主要检测其抗压强度。若强度不满足要求，则应当查找问题出现的原因，并采取必要的补救措施。

（二）厚度的控制与检测

施工现场可以采用激光断面仪或者凿孔的方式检测。当采用凿孔的方式检测时，应当在混凝土喷射作业8h后进行。当不满足要求时要立即补喷到要求厚度。喷射混凝土的厚度检测应当每间隔10m进行一次，沿着拱顶中线每间隔3m检测一次。

（三）回弹量的控制

　　隧道喷射混凝土施工作业时，要尽可能的降低混凝土的回弹量，控制喷射混凝土的回弹量在15～24%范围内，实际操作时可采用以下方法：①喷射混凝时，要注意使风压略小于喷射水压，喷射人员可以根据喷射混凝土表面的光滑程度来判定水灰比大小。②喷射角度和距离的控制；在进行喷射混凝土施工时，应控制喷嘴与喷射面的距离在0.6~1.2m，此时能够减少混凝土的回弹量。③喷射混凝土施工时，要注重对水灰比、水压、风压等的控制。④喷射混凝土应当分层施工，每层施工的间隔时间应满足规范和设计要求。

四、喷射混凝土质量检查

（一）抗压强度检测

（1）检查喷射混凝土抗压强度所需的试块应在工程施工中抽取制取。试块数量, 每喷射50～100m3混合料或混合料小于50m3的独立工程,不得少于一组。每组试块不得少于3个;材料或配合比变更时,应另作一组。

(2) 试件制作方法

①喷大板切割法，在施工的同时将混凝土喷射在450㎜×350㎜×120㎜（可割六块）或450㎜ ×200㎜ ×120 ㎜（可割成3块）的试模内，在达到一定强度后用切割成100 ㎜ ×100 ㎜ ×100 ㎜的立方体试块，在标准养护条件下养护28d，用标准试验方法测得的极限抗压强度，乘以0.95的系数。

②凿方切割法：在具有一定强度的支护上，用凿岩机打密排钻孔取出长约35 ㎝宽约15 ㎝的混凝土块，切割磨光加工成100 ㎜ ×100 ㎜ ×100 ㎜的立方体试件，标准养护28d，用标准试验方法测得的极限抗压强度，乘以0.95的系数。

(3)采用立方体试块做抗压强度试验时,加载方向必须与试块喷射成型方向垂直。

（二）检验频率

抽取试块数量，双车道每10延米，至少在拱部和边墙各取一组，每组3个试件。原材料或配合比变更时需重新制取试件。

结束语：只有通过合理的配合比设计及有效的控制措施,才能使喷射混凝土质量优良,各项指标符合规范要求。在进行配合比设计时,应对配合比主要参数进行分析,掌握参数变化对质量的影响,采取有效的控制措施,将影响降到最低。在施工时，应不断对施工工艺进行调整，以保持喷射混凝土的最佳状态，从而确保施工质量,使喷射混凝土结构满足设计技术要求。