一種新的噴射混凝土回彈率測試方法研究

李麗娟 LI Li-juan

（中鐵二十五局集團(tuán)第二工程有限公司，南京 210033）

0 引言

新建某高速位于云南省南部地區(qū)。隧道5座，橋隧比80.8%。各個隧道地質(zhì)條件大部分是滑坡堆積及碎、卵、礫質(zhì)土的Ⅴ類散石圍巖。隧道塌方，冒水，噴射混凝土回彈、脫落等使隧道整體上施工難度很大。

控制噴射砼的超耗是隧道整個成本控制的關(guān)鍵。但是噴射混凝土超耗到底是發(fā)生在回彈量大還是圍巖超挖，每一項的超耗占多少很難分辨，從而難以入手進(jìn)行控制。筆者多次對標(biāo)段內(nèi)5條隧道的噴射砼進(jìn)行回彈率測試，傳統(tǒng)的方法是按照《噴射混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/372-2016附錄G方法進(jìn)行測試，拌制不少于1方噴射混凝土，噴射后收集地上掉落的混凝土質(zhì)量來計算回彈率。筆者經(jīng)過實際操作，認(rèn)為其有以下幾個弊端：①代表性不強(qiáng)。由于隧道整個成環(huán)，各個環(huán)面上新噴射混凝土受重力角度不一樣，頂部最大拱腰次之，最小部位是邊墻。②試驗檢測操作過程繁雜。筆者前期測試噴射混凝土光稱量這一步驟需要9人，約3小時，整個測試過程下來最少需要5小時。為真實高效、精準(zhǔn)測量噴射混凝土回彈率，實實在在為公司節(jié)省成本，由筆者組織成立的玉磨高速噴射混凝土回彈率測試研究小組積極討論檢測真實回彈率的簡易高效方法。借用現(xiàn)行surfer計算機(jī)軟件，選用三維坐標(biāo)網(wǎng)格計量方法，通過采集隧道掌子面上各個臺階噴射砼回彈堆積物體積數(shù)據(jù)，將噴射混凝土掉落堆積物轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，將數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)移到計算機(jī)軟件中，讓軟件計算噴射混凝土回彈在地上的堆積體積，從而計算實際噴射混凝土回彈率。試驗證明，此方法測得的噴射混凝土回彈率與現(xiàn)場實際回彈率相吻合，代表性強(qiáng)，準(zhǔn)確率高，且縮短測試時間、減少勞動量，效率更高，能更精準(zhǔn)找到噴射混凝土超耗的原因，進(jìn)而為噴射砼的成本控制一針見血的找到切入點(diǎn)，事半功倍。

1 噴射混凝土施工工藝

隧道初期支護(hù)所用的噴射混凝土，在拌和站集中拌和，隨拌隨用，由混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至作業(yè)面，采用濕噴機(jī)濕式噴射作業(yè)。

2 三維坐標(biāo)法測噴射混凝土回彈率研究

2.1 三維坐標(biāo)法測噴射混凝土回彈率原理

噴射砼作為新奧法施工的主要工藝，隧道初期支護(hù)作業(yè)面為半封閉狀態(tài)，掌子面基本平整。在施工作業(yè)期間，噴口對準(zhǔn)工作面圍巖，回彈的混凝土掉在工作平臺和掌子面上。對噴射混凝土掉落在工作臺上的回彈料進(jìn)行體積和濕密度測量，計算得出混凝土回彈總質(zhì)量。依據(jù)回彈的總質(zhì)量和整個噴射混凝土的總質(zhì)量比值計算整個循環(huán)噴射混凝土的回彈率。

2.2 三維坐標(biāo)法測噴射混凝土回彈率方法

通過對回彈區(qū)域進(jìn)行三維布點(diǎn)，建立三維坐標(biāo)系，施工作業(yè)之前的坐標(biāo)面為①坐標(biāo)面，施工作業(yè)完之后的坐標(biāo)面為②坐標(biāo)面。將①②坐標(biāo)面和坐標(biāo)系移到sufer軟件中建立一個三維實體模型。通過sufer軟件中計算土方量計算步驟計算實際噴射混凝土回彈料的堆積體積。在上述體積測量過程中，取一塊較完整的噴射混凝土塊，現(xiàn)場電子秤測量其質(zhì)量，裝有植物油的量筒測量其體積，利用樣品體積、質(zhì)量測定回彈料的密度。已知的回彈料體積、回彈料密度和噴射混凝土總用量，計算整個循環(huán)噴射混凝土回彈率。

2.2.1 噴射總體積測量試驗

①場地平整：在開挖時候要求將工作面大致整平，然后再進(jìn)行人工平整，再用細(xì)碎石進(jìn)行補(bǔ)齊不均勻部分，做到場地沒有大的凹坑和凸起，基本平整，這樣測試出來的結(jié)果更準(zhǔn)確。②依據(jù)標(biāo)距的鋼筋格柵，從拱腳開始布設(shè)鋼筋樁。樁網(wǎng)布設(shè)為20cm-40cm，外漏長度可根據(jù)前一段施工目測回彈量進(jìn)行選擇，在預(yù)先準(zhǔn)備的表格中按順序記錄鋼筋樁外漏長度（準(zhǔn)確至0.1cm）。③在同一噴射循環(huán)的邊墻，拱腰、拱頂處布置樣品盒。④依據(jù)配合比調(diào)整混凝土狀態(tài)生產(chǎn)混凝土。⑤噴射過程中，噴射手挪動泵管時防止泵管將標(biāo)注點(diǎn)鋼筋拉歪或碰倒。⑥噴射完以后，清理鋼筋樁上混凝土，按記錄點(diǎn)位對應(yīng)量取鋼筋露出噴射混凝土表面長度。⑦收回所有鋼筋樁下次再用。

2.2.2 樣品密度測量

①現(xiàn)場布設(shè)三個樣品盒，接取掉落樣品，現(xiàn)場稱取混凝土塊質(zhì)量，每份約300g，精確至0.01g。要求稱量在一次噴射作業(yè)完10分鐘之內(nèi)完成。②樣品稱量完后，待樣品結(jié)塊從樣品盒中取出，裝入已經(jīng)盛有固定體積植物油的量筒中，裝入前讀取體積數(shù)據(jù)V1。③將量筒移送室內(nèi)，12h后讀取量桶體積數(shù)據(jù)V2。④計算試樣密度。m1：現(xiàn)場稱量試樣質(zhì)量（g）；V1、V2：裝入試樣前后量桶的體積值（ml）。⑤平行測定結(jié)果差值不得大于0.03g/cm3，取算術(shù)平均值。平行測定的差值大于允許差值時應(yīng)重新測量。⑥注意事項：質(zhì)量測量要在一次噴射完成后馬上進(jìn)行，防止因為樣品的水分蒸發(fā)影響結(jié)果。測量體積所用液體物質(zhì)一定是不能與混凝土起反應(yīng)的物質(zhì)。

2.2.3 計算回彈率

回彈率：V——sufer軟件計算的回彈料體積；mp——單方噴射混凝土總質(zhì)量；n——單個循環(huán)使用總方量數(shù)。

3 三維坐標(biāo)法與稱量法測量噴射混凝土回彈率比對試驗現(xiàn)場

3.1 三維坐標(biāo)法與稱量法測量噴射混凝土回彈率比對試驗測試工具準(zhǔn)備

①格柵防水板（在防水板上以20cm-40cm間距畫出矩形網(wǎng)格并在節(jié)點(diǎn)處打孔φ15mm）；②鐵鍬2把（平口）、鐵錘1把、50L稱量桶2個；③長50cm的Φ12螺紋鋼筋樁200根（可根據(jù)測試面積調(diào)整準(zhǔn)備數(shù)量）；④簽字筆、記錄表；⑤鋼板尺（量程50cm）、鋼卷尺（量程5m或10m）；⑥電子秤（量程2000g，感量0.01g）；電子秤（量程100kg，感量0.01kg）；⑦樣品鐵飯盒（約15cm*15cm）3個、量筒（1000ml）3個、植物油3L。

3.2 三維坐標(biāo)法與稱量法測量噴射混凝土回彈率比對試驗計劃及過程

3.2.1 三維坐標(biāo)法與稱量法測量噴射混凝土回彈率比對試驗計劃①2019年7月11日，第一組三維布點(diǎn)坐標(biāo)法與稱量法比對試驗。②2019年7月13日，第二組三維坐標(biāo)法與稱量法比對試驗。③2019年7月15日，第三組三坐標(biāo)點(diǎn)法與稱量法比對試驗。

3.2.2 三維坐標(biāo)法與稱量法測量噴射混凝土回彈率比對試驗過程①提前和施工隊溝通今天計劃，并和開挖班溝通好把場地初平。②準(zhǔn)備好工具，提前進(jìn)場，到場先把工具搬運(yùn)至掌子面上臺階，然后一起平整場地，盡可能的將場地整平，不平整的地方用中粗砂填平。③場地整平后，鋪設(shè)已經(jīng)做好網(wǎng)格標(biāo)記并打好孔的防水板，2人按孔安裝鋼筋樁標(biāo)尺。④在噴射砼可能掉落的地方布置三個取樣盒接取回彈的噴射砼樣品，然后可以開始噴漿。⑤在罐車交替時，在樣品盒中樣品量達(dá)到檢測需要的樣品量后取走樣品盒，同時現(xiàn)場檢測樣品的質(zhì)量，待樣品完全凝固后將樣品裝入事先準(zhǔn)備好的量筒中，在室靜置12小時讀取量筒內(nèi)油液的體積差。⑥整個循環(huán)噴射完畢，2人查看樁刻度并將數(shù)據(jù)填入記錄表。⑦試驗數(shù)據(jù)采集完后，通過稱量法稱取防水板上的噴射砼質(zhì)量，記錄總質(zhì)量作為比對試驗數(shù)據(jù)。⑧收回所有檢測工具、數(shù)據(jù)整理。

4 三維坐標(biāo)法與稱量法測量噴射混凝土回彈率比對試驗測試結(jié)果分析

4.1 三維坐標(biāo)法測試噴射混凝土回彈率試驗結(jié)果

2019年7月11日，DK495+215.5-DK495+216.7左邊墻、DK495+221.3-DK495+212.5右邊墻、DK495+226.7-DK495+227.9拱頂進(jìn)行了第一組試驗，坐標(biāo)法試驗數(shù)據(jù)用surfer計算機(jī)軟件計算得出回彈率如表1。

表1 三維坐標(biāo)法回彈面實測試驗數(shù)據(jù)

4.2 稱量法測量噴射混凝土回彈率試驗結(jié)果

2019年7月11日，DK495+215.5-DK495+216.7左邊墻、DK495+221.3-DK495+212.5右邊墻、DK495+226.7-DK495+227.9拱頂，第一組稱量法試驗數(shù)據(jù)如表2。

表2 稱量法回彈面實測試驗數(shù)據(jù)

4.3 三維坐標(biāo)法與稱量法測量噴射混凝土回彈率比對試驗測試結(jié)果分析

將4.1、4.2三維坐標(biāo)法試驗數(shù)據(jù)用surfer計算機(jī)軟件計算得出綜合回彈率為19.5%，稱量法回彈率19.8%，比較接近。具體試驗數(shù)據(jù)見（表3）三維坐標(biāo)法計算回彈率與稱量法試驗數(shù)據(jù)匯總。經(jīng)過此次試驗證明，1#隧道目前施工噴射混凝土回彈率較高，應(yīng)該查找原因采取措施降低噴射混凝土回彈率。

表3 三維坐標(biāo)法計算回彈率與稱量法試驗數(shù)據(jù)匯總

5 總結(jié)

經(jīng)過現(xiàn)場試驗得出以下結(jié)論：①經(jīng)過三組基本試驗和三組比對試驗的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)比對分析，多方量試驗時三維坐標(biāo)法測量回彈混凝土質(zhì)量對與稱量法測量大致相同，偏差范圍基本在1%以內(nèi)，對于回彈率的測量較準(zhǔn)確。在測量方量足夠大時三維坐標(biāo)法測試回彈率和稱量法接近，在測量方量為1m3-2m3時差別較大，為稱量法局限性造成的誤差。②三維坐標(biāo)法試驗和稱量法試驗人工需求量相差較大，稱量法測量至少9人才能滿足測量要求，且體力勞動量較大，稱量時間較長，每次稱量約30kg，每次稱量時間在2分鐘，總耗時2方是4700kg，約157桶，約2.6小時。三維坐標(biāo)法總共需要3人可滿足測量要求，雖測量人員在布設(shè)測量樁耗時較多，但布樁總耗時1小時左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于稱量時間。且相對于測量整個循環(huán)而言，稱量法可操作性和時間效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三維坐標(biāo)法。對于測量總量相對較大的試驗，三維坐標(biāo)法的回彈率結(jié)果與實際結(jié)果偏差更小，且對于實際回彈率的反應(yīng)更加貼近實際，優(yōu)勢更明顯。③稱量法檢測還受掌子面冒水影響，造成稱量法無法適應(yīng)現(xiàn)場檢測環(huán)境，不能檢測或者與實際結(jié)果偏差較大。④三維坐標(biāo)測量法測量噴射混凝土回彈率，對現(xiàn)場正常施工的影響和施工進(jìn)度影響較小，方便隨時測試。綜上所述：三維坐標(biāo)法測量噴射混凝土回彈量有著傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，可在施工中推廣。