水利工程中噴射混凝土施工技術(shù)探討

李 揚(yáng)

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

噴射混凝土施工技術(shù)以水泥、砂、石、外加劑等為原材料，按照試驗(yàn)確定的配合比拌制混凝土，用噴射機(jī)將混凝土噴射至待加固的部位，混凝土固結(jié)后產(chǎn)生穩(wěn)定的薄層支護(hù)結(jié)構(gòu)，起到預(yù)防失穩(wěn)、防坍塌的效果，該技術(shù)已在水利工程中廣泛應(yīng)用，

1 工程概況

西干渠工程屬Ⅲ等中型水利工程，包括引水口、1 條干渠、29 條支渠及田間工程。控制灌溉面積30.05 萬畝，包括林地4.99 萬畝和農(nóng)田25.06萬畝。干渠總長122.61km，其中，隧洞64 座，總長80.40km；倒虹吸8 座，總長15.93km；暗涵，長13.84km；渡槽52 座，總長12.45km；其他渠系建筑物101 座。

2 水利工程中噴射混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

以噴射混凝土的方式在待加固區(qū)域設(shè)置強(qiáng)度和柔性均良好的支護(hù)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)圍巖變形，避免工程建設(shè)過程中出現(xiàn)圍巖大幅變形的異常狀況。噴射混凝土與圍巖表面穩(wěn)定黏結(jié)，混凝土在噴射過程中充分填充圍巖的縫隙，將原本松散的巖面黏結(jié)為整體結(jié)構(gòu)，圍巖的完整性和強(qiáng)度均有所提高；噴射混凝土還具備封閉圍巖的能力，建成圍巖防護(hù)層，緩解應(yīng)力集中問題，阻止圍巖繼續(xù)風(fēng)化。圖1 為噴射混凝土施工工藝流程圖。

圖1 噴射混凝土施工工藝流程圖

3 噴射混凝土施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 材料選取

（1）水泥：普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于P·O32.5 級(jí)；水泥進(jìn)場時(shí)安排質(zhì)量檢驗(yàn)，出具質(zhì)量證明資料；受潮、結(jié)塊的水泥不可入場使用。

（2）骨料：粗骨料以卵石為宜，最大粒徑不超過15mm；細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.5 以上、含水率5%～7%、潔凈且質(zhì)地堅(jiān)硬的中粗砂。骨料級(jí)配需合理，具體見表1。

表1 噴射混凝土骨料級(jí)配比

（3）水：通過檢測單位化驗(yàn)合格的水，不含影響混凝土正常固結(jié)的雜物。

（4）速凝劑：根據(jù)初凝時(shí)間、終凝時(shí)間分別不超過5min、10min 的要求選擇速凝劑，用量經(jīng)試驗(yàn)后確定。速凝劑的質(zhì)量需達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)廠商在提供材料時(shí)需附帶質(zhì)量證明資料。

3.2 施工要求

3.2.1 混凝土配合比

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場檢驗(yàn)后確定合適的配合比，拌和站工作人員嚴(yán)格按照配合比稱量原材料。配合比設(shè)計(jì)兼顧強(qiáng)度、回彈量、粘附性多項(xiàng)要求，保證按照該配合比拌制后的混凝土具有良好的性能。

3.2.2 混凝土拌和

拌和設(shè)備采用攪拌機(jī)，配套高精度的稱量裝置，保證材料用量合理；拌和時(shí)間不少于1min，使原材料均勻混合。

3.2.3 混凝土的存放和運(yùn)輸

（1）隨拌隨用，盡可能縮短混凝土拌和后至使用前的間歇時(shí)間，具體依據(jù)是否摻入速凝劑而定，若摻入存放時(shí)間不超過20min，未摻入可延長至2h。

（2）提前規(guī)劃混凝土的運(yùn)輸路線，準(zhǔn)備具有足夠裝載能力的運(yùn)輸車，駕駛?cè)藛T裝載混凝土后，按照規(guī)劃路線平穩(wěn)駕駛車輛；混凝土運(yùn)輸過程中做好防護(hù)，保證其不受雨水及外部環(huán)境因素影響。

3.3 混凝土的噴射施工

（1）分段、分片、分層噴射混凝土，從下部開始向上部噴射，分段長度不超過6m。從低處開始噴射，將凹陷部位填補(bǔ)平整，再從下部向上分層進(jìn)行。

（2）分段噴射混凝土?xí)r，為保證后續(xù)噴射有效進(jìn)行，在上次噴射混凝土?xí)r留出寬度為200～300mm 的斜面，進(jìn)行后一次噴射時(shí)先用壓力水潤濕斜面。

（3）分片噴射時(shí)，按照先鋼架與壁面之間、再相鄰鋼架間的流程進(jìn)行，全程自下而上。對于邊墻，首先噴射墻腳部位的混凝土，再向上推進(jìn)。

（4）分層噴射時(shí)，前一層混凝土終凝后安排后一層噴射，以此類推，直至噴射層數(shù)達(dá)到要求、厚度達(dá)標(biāo)為止。若在前一層終凝1h 后安排后一層噴射，需先用風(fēng)、水進(jìn)行清理，避免存在雜物影響層間黏結(jié)穩(wěn)定性。各層噴射厚度保持均勻，單層噴射厚度適中，過薄易加大噴射的回彈量，過厚會(huì)影響噴射混凝土的黏結(jié)力。一次噴射厚度需根據(jù)噴射部位、是否摻入速凝劑靈活控制，見表2。例如，拱部、邊墻的一次噴射厚度分別為5～6cm、7～10cm。頂部噴射混凝土?xí)r，兩次間隔時(shí)間需控制在2～4h，避免混凝土墜落。

（5）合適的速度噴射后，混凝土具有密實(shí)性。風(fēng)壓對混凝土噴射速度有明顯影響，風(fēng)壓偏小，噴射速度低，混凝土的壓實(shí)力不足，難以保證混凝土成型后的強(qiáng)度；風(fēng)壓偏大，噴射速度加快，噴射的可控性變差，有明顯的回彈問題。因此，噴射前需觀測風(fēng)壓，在風(fēng)壓達(dá)到0.5MPa 時(shí)開始噴射，根據(jù)噴射部位動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)壓，如拱部0.4～0.65MPa、邊墻0.3～0.5MPa。

（6）噴射角度盡可能保持90°，噴嘴與受噴面距離為1.5～2.0m，以減小混凝土的回彈量，提高混凝土噴射后的密實(shí)性。噴射施工人員需控制噴嘴的運(yùn)動(dòng)路徑，使其做橫向環(huán)形運(yùn)動(dòng)，一圈壓半圈，連續(xù)進(jìn)行混凝土噴射作業(yè)。鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋受噴面時(shí)，為保證混凝土正常噴射，根據(jù)遮蓋情況適當(dāng)傾斜噴嘴，至少達(dá)到70°。

（7）噴射混凝土終凝2h 后，進(jìn)入養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，采取灑水養(yǎng)護(hù)的方法，時(shí)間不少于14d，灑水次數(shù)根據(jù)混凝土的濕潤程度而定。養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，避免外部因素影響混凝土的正常成型。

（8）噴射混凝土需注意以下幾點(diǎn)：適配PZ-5 型混凝土噴射機(jī)，正式噴射前試運(yùn)行，檢驗(yàn)設(shè)備的性能，判斷設(shè)備是否滿足混凝土噴射要求；噴射連續(xù)進(jìn)行，非必要不中斷；輸料管穩(wěn)定、可靠，可承受超過0.8MPa 的壓力；空氣壓縮機(jī)性能良好，滿足噴射工作風(fēng)壓和耗風(fēng)量要求；根據(jù)噴射機(jī)的施工能力準(zhǔn)備適配的拌和設(shè)備，保證混凝土生產(chǎn)量充足，避免現(xiàn)場停機(jī)等料，如500L 的強(qiáng)制式拌和機(jī)就具有可行性；供水設(shè)備功能穩(wěn)定，噴頭水壓超過輸料管的空氣壓力。

3.4 操作要求

3.4.1 噴射機(jī)的操作要求

①噴射機(jī)供料具有連續(xù)性，料斗內(nèi)始終有充足的存料，滿足持續(xù)噴射要求。②先開風(fēng)、開水，再開機(jī)，最后給料，有序進(jìn)行各環(huán)節(jié)操作，噴射完成后，先停機(jī)，后關(guān)風(fēng)。③噴頭部位的工作風(fēng)壓穩(wěn)定在0.1MPa 左右。④噴射機(jī)連續(xù)運(yùn)行，若由于材料供應(yīng)中斷或其他原因無法繼續(xù)噴射時(shí)，及時(shí)清理輸料管和噴料機(jī)的殘留混凝土，以防固結(jié)。

3.4.2 噴射人員的操作要求

①噴射人員需加強(qiáng)對現(xiàn)場施工環(huán)境的觀察，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工方式，如根據(jù)噴出料情況調(diào)節(jié)風(fēng)壓。②噴頭與受噴面的距離適宜，保持垂直，噴射人員應(yīng)緩慢移動(dòng)噴頭，使其橫向環(huán)形移動(dòng)，使噴射成型的噴層具有均勻性。③加強(qiáng)水灰比控制，使噴射到位的混凝土保持光澤，有良好的粘塑性，保證表觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量均達(dá)標(biāo)。

4 噴射混凝土施工控制措施

4.1 混凝土回彈量控制

水利工程中，混凝土噴射施工普遍采用潮噴方法，但存在回彈量偏高的問題，混凝土在噴射過程中有明顯的損失。因此，需在保證施工質(zhì)量的前提下，減小噴射混凝土的回彈量，將指標(biāo)穩(wěn)定在15%～24%。

4.1.1 分段分層噴射

根據(jù)噴射工程量進(jìn)行劃分，分段長度不大于6m。為避免混凝土由于重力發(fā)生滑落，甚至直接脫落，應(yīng)從下向上噴射混凝土。

嚴(yán)格控制噴射混凝土的風(fēng)壓，有效控制增加的風(fēng)壓值，增加的風(fēng)壓值計(jì)算公式如下：

式中：△p—增加的風(fēng)壓值（N/cm2）；

△L—輸料管增加長度（m）。

水壓超過輸料風(fēng)管10～15N/cm2較為合適，在此參數(shù)關(guān)系下，從噴槍混合室內(nèi)壁小孔處以較快的速度噴射高壓水，并在短時(shí)間內(nèi)將混凝土拌和均勻。水灰比可影響噴射混凝土的回彈量，理論上以0.45～0.50 為宜，具體需根據(jù)實(shí)際施工條件靈活調(diào)整。

4.1.2 噴射距離和角度

按照0.6～1.2m 的噴射距離進(jìn)行施工，該值偏低或偏高均會(huì)增加回彈量。從工程施工機(jī)具配置情況來看，噴頭長度普遍為0.5～0.6m，混凝土噴射過程中有回彈現(xiàn)象，為避免骨料反彈傷害噴射人員，應(yīng)以0.6～1.2m 的噴射距離進(jìn)行施工，但這并非易事，因此，可將噴頭加長至1.2～1.5m，改善噴射條件，在距受噴巖面2.0m 的位置噴射即可。同時(shí)，盡可能保持噴嘴與受噴面垂直。

4.1.3 風(fēng)壓

由于風(fēng)壓增加，噴射速度加快，引起骨料回彈，不利于噴射人員操作；風(fēng)壓偏低時(shí)，噴射動(dòng)力不足，受噴面的混凝土缺乏密實(shí)性。綜合考慮噴射效果和操作安全等多項(xiàng)要求，認(rèn)為輸料管長度為20m時(shí)，風(fēng)壓控制在100～130N/cm2較為合理。

4.2 噴射混凝土厚度控制

（1）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)厚度和規(guī)范控制噴射混凝土厚度，保證建設(shè)成型的初支結(jié)構(gòu)和圍巖可協(xié)同發(fā)揮穩(wěn)固性作用，抑制圍巖變形，為工程施工提供安全保障。

（2）初期支護(hù)采用鋼拱架時(shí)，可能出現(xiàn)鋼拱架間噴層厚度不足，鋼拱架部位噴射過厚的問題，整體形態(tài)呈縱向波浪形。若此問題未得到處理，將誘發(fā)以下不良影響：局部噴射層厚度不足，圍巖大幅度變形時(shí)無法提供足夠的抗力，圍巖失穩(wěn)；二次襯砌混凝土澆筑時(shí)，防水板易受擠壓而破損。因此，噴射人員必須規(guī)范操作，在進(jìn)行全斷面螺旋噴射時(shí)，適度加大鋼架間的噴射力度，保證各部位噴射均勻。

5 結(jié)語

綜上所述，在水利工程施工中，噴射混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用水平直接影響施工安全和施工質(zhì)量，施工單位需遵循因地制宜的原則，優(yōu)化噴射混凝土施工技術(shù)，拌制優(yōu)質(zhì)的混凝土，以科學(xué)的方法，將混凝土噴射到位。施工期間加強(qiáng)控制，如混凝土回彈量控制、噴射厚度控制，最終保證噴射混凝土的施工效果。