喷射混凝土技术在岩土工程施工的应用

【摘 要】喷射混凝土技术由于其施工方便、快速、整体造价低廉等优点，目前已广泛应用于衬砌和补强，边坡和表面临时支护等岩土工程中，本文以某岩土工程为例介绍了喷射混凝土技术，并对喷射混凝土施工中回弹量的控制进行概述。

【关键词】喷射混凝土；岩土工程；回弹量

喷射混凝土是使用砼喷射机，利用压缩空气或其它动力，将掺有外加剂的砼拌和料与高压水混合，通过喷嘴喷射到受喷面上，并迅速凝结硬化而成型的砼补强加固新材料。与传统的现浇砼相比，喷射砼不需要立模和振捣，而是将混合料高速、连续地喷至受喷面上，冲击、挤压形成密实的砼。喷射砼在物理成份与结构上与普通砼基本一致，但由于其施工方便、快速、整体造价低廉等优点，目前已广泛应用于建筑物修补、衬砌和补强，边坡和表面临时支护等工程中，特别是在断面较薄、面积很大的地方，使用喷射砼可以有效地节省施工时间。

一、岩土工程概述

梅关隧道全长2375m，施工里程GK55+405～GK57+780，为保证施工过程中的安全性，设计采用C20喷射砼对其进行支护。为了能够立即封闭新开挖暴露出的岩石，使之有较高的强度，洞身采用喷射混凝土支护，喷敷在岩石表面的混凝土具有与岩石固结并加固表面的性能，它可将单个松散岩块胶结在一起，填充岩石的裂隙和凹陷，从而减少隧道周边应力集中，喷射混凝土层与所支护的岩面共同承受着压力或由局部荷载引起的剪应力，因此可以改善围岩条件。

二、喷射混凝土施工技术

（一）施工准备

检查喷射地点的安全情况和巷道规格。喷前首先排除作业范围内不安全因素，确认安全没有问题时，然后全面检查巷道断面是否满足设计尺寸要求，有欠挖部分应除掉，以保证成巷规格。喷前检查设备与管路的完好情况。

冲洗岩帮。喷射手在喷射前用压力水冲洗岩帮，以冲洗粉尘和浮矸，提高了混凝土与岩壁的粘着力。降低回弹。对于软岩和易风化的岩石，一定不要冲洗全部巷道，因为冲洗过的巷道，若不能及时喷浆，受水冲洗过的围岩容易片帮冒落，应做到洗一段喷一段。

掌握轮廓线。在喷射范围内的巷道顶部中心与两肩窝部位，两侧拱基线上下七个部位，沿巷道轴线方向在巷道轮廓线上用铅丝拉好控制线，控制线多少视巷道成型情况和喷射手技术熟练程度而定。

（二）喷射顺序

喷射作业要求喷射手严格按操作规程进行。操作喷头时一手托住喷头，一手调节水阀，再联系送料，开始喷射。喷头移动方式，可先向受喷的刚性岩面用左右或上下移动的扫射方式喷一薄层，形成一薄塑性层，然后在此薄层上以螺旋状一圈压半圈，沿横向作缓慢的划圈运动，划出的圆圈直径一般以100mm～150mm为宜，喷射顺序应先墙后拱，自下而上，以防止混凝土因自重而产生裂缝和脱落，墙基脚要喷严喷实，拉开区段，顺次喷完半边巷道，然后调转喷头喷另半边巷道，最后合拢收顶。

对于一些凹凸不平的特殊岩面，应先凹后凸，自下而上地正确选择喷射次序，遇到较大或较深的凹坑，可采取间隔时间分层喷射，或沿周边分成几块喷射而向中间合拢的方法。若遇光滑岩面，可先薄薄喷上一层砂浆，形成粗糙表面，间隔一段时问后再喷射。遇有钢筋时，应采用近距斜向和快速“点射”的方式喷射，以保证钢筋后面喷射密实不留空隙。

（三）风量的调整

风量调整可直接控制喷射混凝土流速，喷锚机械手在正常使用时气压表指针在4.5～5bar。为了达到比较平整的喷射面，并尽量减少回弹，在正常风压下，根据喷射混凝土坍落度的变化、混凝土喷射距离的远近和围岩的类型要随时调整风量旋扭，改变供风量大小。坍落度大时风量减小，反之则加大风量；喷射距离远时加大风量，反之减小风量；喷射硬岩时减小风量，反之加大风量。

（四）喷射角度的调整

喷嘴对喷射岩面的喷射角度是影响混凝土的最重要因素，应经常保持喷嘴与喷射岩面呈90°角。喷射裂隙、挂钢筋网和超、欠挖等不规则岩面时要随时调整喷射角度，以保证喷射混凝土更加密实地填充到岩面的隐蔽部位。

（五）喷射距离的调整

正常的混凝土喷射距离为1～2m。如果距离太小，将无法形成层状，因为喷射混凝土一触击到岩面就被后续的强大冲击力所吹走；如果距离太大，则因冲击力不足而无法满足喷射混凝土的粘结和密实要求。二者任何之一都将造成回弹量的急剧上升，致使能够喷附至岩面的混凝土很少。相反，如果根据喷嘴处混凝土的流速来调节喷嘴距岩面的合理距离，则回弹量可控制到最小范围，所以如何准确地掌握喷嘴距离是非常重要的。另外，在混凝土坍落度变化情况下，喷射距离也需要进行调整，坍落度较小时，喷射距离取小值；坍落度较大时，喷射距离取大值。较小坍落度混凝土的喷射距离为1～1.2m，较大坍落度时的喷射距离可达1.5～2m；同时，在粗喷或毛喷时喷射距离也要尽可能小，面层找平时喷射距离尽可能大，最后喷射层找平时的喷射距离可放大到2～2.5m。

三、控制喷射混凝土回弹量的施工措施

（一）水泥与速凝剂的适用

速凝剂与水泥适应性问题具有普遍性，既同种速凝剂与不同水泥或不同速凝剂与同种水泥之间，速凝剂的促凝效果差异较大。对于此问题可采取以下措施：1）石膏含量高的水泥所需要的速凝剂掺量较高；混合材对液体速凝剂与水泥的适应性的影响最为显著，其实质是减少了水泥中参与早期水化矿物的含量，提高速凝剂掺量才能达到比较好的促凝效果。2）在喷射混凝土施工中，应尽可能选择矿物掺合材较少、C3A含量较高的水泥。3）提高速凝剂掺量、降低水灰比等措施能改善速凝剂与水泥的适应性，提高喷射混凝土的施工质量。

（二）喷射机与喷嘴的操作

喷射机的操作喷射机的操作可影响回弹、混凝土的密实性和料流的均匀性。要正确地控制喷射机的工作风压和保证喷嘴料流的均匀性。喷射机处的工作风压应根据适宜的喷射速度而进行调整，若工作风压过高，即喷射速度过大，动能过大，使回弹增加，若工作风压过低，压实力小，影响混凝土强度，喷射机的料流要均匀一致，以保证速凝剂在混凝土中均匀分布。

（三）调整合适的水压，保持适当的水灰比

保持合适的水灰比是降低喷射混凝土回弹率的重要手段，在以往的生产过程中，由于风压偏高，相应的水压偏高，因而水灰比也较高，较高的水灰比往往使混凝土层滑移甚至流淌，不仅影响喷层的质量，而且大地提高了回弹率。某工程把水灰比保持在0.4左右，这样的水灰比不仅使喷层稳定结实，表面具在水亮光泽，一次喷厚较大，且有效地降低了回弹率。

（四）各喷层时间间隔的控制

在喷射混凝土过程中因各喷层时间间隔掌握不当造成回弹量增大。一种是间隔时间太短喷射混凝土未初凝而被风压水压冲击而脱落，造成回弹增大；另一种是时间间隔太长喷射混凝土已初凝再次喷射式骨料不能镶嵌到混凝土面造成回弹增大。因此在施工过程中因按照混凝土的初凝时间以及是否添加速凝剂而控制喷层时间间隔。

（五）喷射混凝土时应分段分块进行

喷射混凝土应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段不宜超过6m，分块大小不宜超过2m*2m，严格按照先墙后拱、自下而上的顺序进行喷射，以减少混凝土因重力而滑动或脱落，从而控制喷射混凝土的回弹量。

结束语

在目前的岩土工程实践中，喷射混凝土得到了越来越多的应用，上述所论及到的施工方法在具体条件下均可选用，但还存在以下问题：随着生产设备和工艺的改进，喷射速度越来越快，当喷射速度在5～6m3/h以上时，人工操作将比较困难，故更加灵活、适用的机械手研制便显得很重要。施工工作面的工作环境一直是困扰喷射砼施工的长期问题，如何有效地降低工作面的粉尘含量，仍需进一步研究。对于高性能喷射砼，应以耐久性为主要指标。需要选择合适的外加剂和进一步改进施工工艺，降低回弹量和提高喷射砼的后期强度。总之，随着岩土工程实践的发展，喷射砼施工工艺和施工机具将更加趋于成熟和完善。

参考文献：

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