喷射混凝土施工工艺

　　[摘要]以青山隧道湿式喷射混凝土施工为例，根据现场试验和施工阐述湿式喷射工艺。

　　[关键词]湿式 喷射 混凝土技术 喷射工艺
　　
　　青山隧道是平乐至钟山公路主要的结构物，位于K12+250~K13+265，隧道穿越II~III类围岩，属于微风化、局部弱风化砂岩，粉砂质泥岩及花岗岩，呈碎石状松散结构。采用湿式喷射，防水达到二级防水标准。下面就青山隧道湿式喷射进行阐述。
　　
　　一、湿式喷射砼工艺的试验
　　
　　（一）选择机具配套

　　1．工作台架：根据隧道断面大小现场加工制作台架长度5m（一个喷射作业循环长度）的工作台架。

　　2．上料平台：喷射机料斗高度1.5m，为减轻劳动强度，设置高度为0.7m上料平台。

　　3．混凝土喷射机：TK-961型湿喷混凝土机。其生产能力为3~5m3／h；输送距离水平方向为100m，垂直方向30m。

　　4．混合料搅拌机：强制式混凝土搅拌机，配有计量设备磅秤、台秤等。

　　5．空气压缩机：供风能力为：0.5MPa以上，供风量大于9m3/min。

　　6．供水设备：保证水压为0.15-0.2MPa。

　　7．坍落度简，10×10抗压标准模具，抗渗模具，喷射大板底模及其它辅助工具。

　　（二）材料选择与混凝土配比

　　1．材料选择（见表1、表2）

　　①水泥：P.O425虎山牌普通硅酸盐水泥。

　　②砂：燕塘河砂。细度模数2.59，含泥量为1.8%。

　　③粗骨料：5~15mm连续级配花岗岩碎石。

　　④水：饮用水。

　　⑤外加剂。速凝剂：通过试验确定了8604型液体速凝剂作为最终现场用料：防水剂：分别采用EAC补偿收缩膨胀剂（内掺法：14%）和TJ型高效防水剂（外掺法：3%~5%）进行现场对比试验：减水剂：选用TJG高效减水剂，掺量在0．8%~1%，其减水率可达15%以上。

　　⑥排水盲管。因受喷射厚度（设计的最小喷射厚度为80mm）限制，选用外径为30mm软式透水弹簧盲管。 

 
　　可见掺入外加剂的两种配合比均满足C20强度标准．因此决定用两种配合比作为现场试验用材。

　　（三）地质调查

　　隧道围岩以I、Ⅲ类为主，处于微、未风化带中。节理发育，未发育，闭合微张，局部张性节理，以扭性为主，节理面平整光滑，少数有泥质充填，偶有次小级断层出露。开挖后大部分呈潮湿或浸湿状，在节理裂隙带和岩脉接触带有偶见的明显出水点，主要表现为局部的滴水、小线状出水，涌水量小。K12+365－484结调查结果见表4。 

 
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　　（四）现场试验

　　1．现场喷射混凝土配合比的确定

　　根据现场的地质调查，对配合比（一）和配合比（二）分别掺入4%的速凝剂进行试验，其结果见表5。

　　经试验可知，在渗水或滴水段采用配合比（二），为保证质量对局部渗水或滴水较大的岩面，改变配合比，仅用细骨料不用粗骨料，添6%速凝剂，先喷2cm厚再按正常配合比喷射。在湿润或干燥段。采用配合比（二）进行喷射。
　　
　　2．岩面整洁度的影响

　　我们将待测的岩面分两块：A（清除干净）和B（保持原开挖面），将去除底部的面盆扣在岩面上，中间预设拉拔钢筋，喷射混凝土至盆满，28d后用锚杆拉拔器拉拔至破坏。A块岩面的抗拉拔力明显比B面大，A面的回弹量也比B面少。试验结果在0.2~0.9MPa之间，从A面破坏的形式上分析。①为粘结面上有许多发亮的花岗岩石英晶粒，这种现象说明花岗岩中石英晶粒是影响其与喷混凝土粘结强度的因素之一。②为破坏面上有部分花岗岩片石，这种现象说明试件的破坏首先产生在花岗岩的内部微节理面上，这证明了在喷混凝土前必须保持待喷岩面无松动岩石且干净和无油污杂物，同时在围岩节理较发育段有必要采用挂钢筋网和锚杆，以加强喷混凝土层与围岩的整体支护效果。

　　3．地下水的影响

　　我们在K137+910~920拱顶将待测的岩面分两块：A （安设排水系统）和B（不安设）。喷射完毕后，通过对喷混凝土表面进行观察，喷混凝土表面主要有两种渗漏水情况：其一为湿渍，混凝土表面潮湿而无明显的水迹，刚喷射后主要出现在拱部，呈大片状出现：其二为呈滴水状，表面有明显的水滴。28d后结果见表6。

　　可见对于滴水或渗水较大的岩面可专设盲管引排补喷或直接封堵。从现场试验情况看，一次喷射很难达到不渗不漏的效果，这主要是因为初次喷射地下水分布不集中，对较大的涌水难以找到出水点，因此对于地下水较多、防水要求较高时宜采用分层喷射的方法。 　　

　　4．原材料的影响

　　将上面提供的同一种材料，分A（用水冲洗过的集料）和B（照原样）进行试拌，在同一水灰比，同一块岩面上喷射，经试验对比，A比B具有砼强度高，粘结力大，回弹小等优点。证明集料的干净性对喷射砼很重要。

　　5．水灰比的影响

　　对湿喷混凝土，水灰比过大，速凝效果愈差，回弹量增大，混凝土强度偏低；水灰比小，施工喷射困难，水泥水化不充分，强度较低，回弹增大。通过C／W=0.4~5.0进行试喷，C／W=0．45效果较好。

　　6．施工温度的影响

　　水泥凝结时间随温度升高而加快，当温度到达30℃时，经试验掺速凝剂后的混凝土其终凝时间和后期强度都不利。喷射混凝土温度宣在15~25℃为好。

　　7．喷射层厚的影响

　　一次喷射层太厚，在自重作用下，喷层会出现错裂而引起大片坍落：太薄时大部分粗集料会回弹。喷层仅留砂浆，将影响喷射效果和质量，经现场试验，拱部喷层厚6cm，边墙8cm 。

　　8．风压和水压的影响

　　风压过大会造成喷射速度太高而加大回弹量，风压过小会使喷射力减弱，使混凝土密实性差影响强度；水压过小也会影响施工质量。经试验采用风压为200N／cm²，水压为210N／cm 。
　　
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　　二、湿式喷射砼工艺的确定
　　
　　（一）原材料选择和控制

　　采用上述原材料，粗集料在搅拌前应过0．5mm筛后用水冲洗干净；为减少收缩裂缝，细集料宜采用中、粗砂，细度模数大于2．5，搅拌前过0．5mm筛。

　　（二）配合比的确定和选择

　　对渗水或滴水段（如K137+910920）采用掺入Tl型，其配比为c：s：G：w：TJ=1：2：2：0．45：0．04。掺速凝剂4‰对局部渗水或滴水较大的岩面，改变配合比，仅用细骨料不用粗骨料，添6%速凝剂，先喷2cm厚再按正常配合比喷射。对墙面干燥或湿润（如K137+920930）采用其配比为C：S：G：W：EAc：lTG=1：2：2：0．45：0．12：0．8%，掺速凝剂4%。

　　（三）喷射机械的控制

　　TK-961型湿喷混凝土机，配合5m长的工作台、0．7m高的上料平台、强制式混凝土搅拌机及空气压缩机。工作期间要求密封性良好，不漏水，不漏气。

　　（四）搅拌工艺的控制

　　严格控制水灰比、外加剂和水的计量必须准确，投料顺序与搅拌时间为：粗、细骨料一水泥一外加剂（搅拌90S）一水（搅拌12Os）一出料。

　　（五）岩面处理和渗水处理

　　岩面处理。对开挖面尺寸认真检查，清除松动危石，欠挖超标过多的先行局部处理；用高压风或水清洗受喷面，将开挖面的粉尘和杂物清理干净；埋设喷层厚度检查标志。渗水处理。做好排水引流处理：安设软式弹簧盲管，共布设了两种类型的盲管，其一为每隔5m一根的环向盲管，并在边墙两侧盲管末端设泄水孔，其二为在集中出水点或面状淋水点设局部盲管与邻近的环向盲管相连。

　　（六）喷射步骤

　　①喷射前根据岩面潮湿程度，适当调整水灰比。② 喷射应分段、分部、分块，按先墙后拱、自下而上进行喷射，喷嘴需对受喷岩面作均匀的顺时针方向的螺旋转动，一圈压半圈的横向移动，螺旋直径约为20~30cm，或采用S形往返移动前进。③喷射时分段长度不应超过6cm，分部为先下后上，分块大小为2m*2m。④ 喷嘴和岩面的距离为lm，喷嘴与受喷面垂直，并稍微偏向刚喷射的部位（倾斜角约80），岩面凹陷宜先喷和多喷，而凸出处宜后喷和少喷。

　　（七）风压和水压的控制

　　由于输料管长度为40m，调整风压为200N／cm2，水压为210N／cm2，同时要求供水系统的水压不应大于40N／cm2，为保证供水的水压稳定，采用压力水箱。

　　（八）喷射厚度的确定

　　一次喷射厚度，拱顶为6cm，边墙为8cm：对渗水或滴水地段。先喷一层厚2cm细骨料混凝土，然后再喷射混凝土至设计厚度。

　　（九）分层喷射的间隔时间控制 。

　　在15℃~25℃，采用8604型液体速凝剂，宜在30min后进行复喷。

　　（十）养护

　　在喷射混凝土终凝1h后进行洒水养护，保持喷射面湿润，养护时间不少于7d。

　　综合上述，喷射混凝土工艺流程如下：喷锚工作平台就位→喷射面的事前处理、厚度控制→湿喷机开机准备→配料拌和→坍落度测定→混合料的输送→边墙混凝土的喷射拱部混凝土的喷射→停机操作→养护。
　　
　　三、喷射后的质量检查
　　
　　第一，湿喷完成后跟踪检查，末发现表面裂纹的产生。但喷射面有较多的麻点，原因是湿式喷射的工作风压人，料束速度高造成的，麻面较多处混凝土的有效厚度不足，因此在混凝土表面喷射一层1~3cm的水泥砂浆。

　　第二，混凝土表面潮湿无明显的水迹，通过凿孔调查，发现一次喷射厚度达到6~8cm时防水效果较好，若喷射厚度过小，就形成漫渗，若漫渗范围较大时可采用补喷混凝土处理。

　　第三，安设盲管段的所有出水口都有水排出，且靠近盲管两侧范围内的混凝土表面渗漏明显少于中间部位，说明盲管的选材和安装方法是正确的。

　　第四，对喷射混凝土试件切开检查，其表面气孔多呈椭圆状，闭合相互不连通，不会形成渗水通道而降低抗渗性能。28d试件强度符合要求。

　　第五，通过埋检测钉，喷射厚度基本得到保证。
　　
　　四、结束语
　　
　　第一，从防水角度考虑，喷射厚度12~15cm较好，分层喷射，6~8cm一层，其效果会更好。

　　第二，围岩节理较发达段必须采用挂网喷射，实行整体支护。

　　第三，混凝土配比计量的准确性是湿喷质量的父键，现场施工中应加强质检和监理力度，确保喷射支护结构防水效果及其质量耐久性的重要保证。
　　
　　参考文献：

　　[1]《普通混凝土拌合物性能试验方法》（GB/T50080－2002），中国建筑工业出版社出版发行，2003年6月1日执行.

　　[2]《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081－2002）中国建筑工业出版社出版发行，2003年6月1日执行.

　　[3]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086－2001）中国计划出版社出版，2001年6月发行.

　　[4]李国新、杨秦莉，《喷射混凝土用速凝剂》（JC477－92）2.2，2001年6月发行.