陶卓

（甘肅綠洲新生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司,甘肅 蘭州 730010）

1 項(xiàng)目背景

某高速公路項(xiàng)目有隧道4779m/4座,隧道初支噴射混凝土超耗的有效控制對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的利潤起到至關(guān)重要的作用。4 座隧道某月初支噴射混凝土超耗情況如表1 所示。

表1 4 座隧道某月初支噴射混凝土超耗情況表

當(dāng)月總共統(tǒng)計(jì)進(jìn)尺為402.75m,主要以IV 級(jí)圍巖為主,統(tǒng)計(jì)段落設(shè)計(jì)噴射混凝土用量1820.7m3, 實(shí)際用量4220m3,綜合回彈率為31.1%,綜合超耗率為134.0%。

2 速凝劑對(duì)回彈率的影響

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

調(diào)研選擇出至少3 家優(yōu)于同行業(yè)水平的速凝劑,通過與水泥凈漿凝結(jié)試驗(yàn)對(duì)比,得到每種速凝劑初凝時(shí)間、終凝時(shí)間,確定出效果最佳速凝劑。在噴射混凝土中使用不同摻量速凝劑,計(jì)算出不同摻量速凝劑下噴射混凝土的回彈率,確定出噴射混凝土最佳速凝劑摻量。要求隧道噴射一般地段選用初凝時(shí)間不大于5min,終凝時(shí)間不大于10min 的速凝劑；潮濕或有裂隙水噴射地段選用初凝時(shí)間不大于3min,終凝時(shí)間不大于8min 的速凝劑,且對(duì)噴射混凝土強(qiáng)度影響最小的速凝劑。

2.2 材料選取

2.2.1 水泥。在本次研究中,選用興安海螺、臨桂南方兩種硅酸鹽水泥,水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5MPa,硅酸鹽水泥具有與速凝劑相容性好、能速凝、早強(qiáng)、快硬、后期強(qiáng)度較高的特性。

2.2.2 速凝劑。選用兩種一等品粉劑進(jìn)行試驗(yàn),分別為貴州凱襄和江蘇蘇博特有堿性速凝劑。

2.3 水泥和速凝劑凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

分別用不同的速凝劑及摻量和水泥組合進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,貴州凱襄速凝劑與興安海螺水泥的匹配度最為理想,結(jié)合現(xiàn)場施工使用水泥情況,優(yōu)先選用貴州凱襄一等品速凝劑。試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 水泥和速凝劑品種及摻量對(duì)初凝時(shí)間的影響

3 噴射混凝土配合比對(duì)回彈率的影響

3.1 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)要求,選取了兩種不同的細(xì)集料,分別為自制機(jī)制砂和外購天然河砂。其余材料相同。配合比分別為水泥：水：砂（機(jī)制砂）：碎石：速凝劑=480：240：806：745：28.8；水泥：水：砂（河砂）：碎石：速凝劑=452：240：822：759：27.1。

3.2 配合比驗(yàn)證

機(jī)制砂試驗(yàn)組噴射混凝土回彈率邊墻最小為8%,拱部最小為21.4%；天然河砂組噴射混凝土邊墻最低回彈率為6.8%,拱部最低回彈率為18.1%。噴射混凝土用砂宜選用中粗砂,細(xì)度模數(shù)大于2.5,含泥量小于5%,含水率控制在以質(zhì)量計(jì)5%～7%為宜,粒徑0.2mm 的顆粒不宜超過20%。碎石粒徑最大不宜超過15mm,且應(yīng)選用合理的連續(xù)級(jí)配集料。試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示,經(jīng)驗(yàn)證,強(qiáng)度指標(biāo)均滿足要求。在保證回彈率較小的同時(shí),為控制成本,使用自制機(jī)制砂更為經(jīng)濟(jì),經(jīng)濟(jì)性對(duì)比如表4 所示。

表3 不同配合比（細(xì)集料）實(shí)測(cè)回彈率

表4 每延米噴射砼經(jīng)濟(jì)比對(duì)（未計(jì)超挖）

4 施工技術(shù)參數(shù)比對(duì)回彈率的影響

4.1 風(fēng)壓控制

噴射作業(yè)時(shí),輸料管長度一般應(yīng)控制在20m 左右,噴嘴與噴射機(jī)出料口的高差小于5 米,試驗(yàn)證明,噴射機(jī)風(fēng)壓宜控制在0.25MP 左右,此時(shí)回彈率較小,風(fēng)壓過大或者過小都會(huì)致回彈率增大。在施工中操作手要根據(jù)拌合料輸送距離、噴射方向、機(jī)具型號(hào)、軟管的直徑變動(dòng),視噴射的狀況和噴射混凝土易粘附程度加以修正噴射壓力,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 風(fēng)壓對(duì)回彈率的影響

4.2 水壓控制

試驗(yàn)表明,噴嘴處水壓控制在1MPa 時(shí)回彈率最小,此時(shí)噴射混凝土效果也較好。水壓過大,噴射混土在未凝固前被水沖洗形成“淌流”,下垂甚至脫落；水壓過小干拌料不能充分濕潤水化表面出現(xiàn)干斑粉塵、回彈率都顯著增大,并且混凝土硬化后強(qiáng)度達(dá)不到要求,控制噴嘴水量最重要方面是防止骨料的含水量出現(xiàn)很大變動(dòng),試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6、圖1 所示。

圖1 水壓對(duì)回彈率的影響

表6 水壓對(duì)回彈率的影響

4.3 噴射角度對(duì)回彈率的影響

試驗(yàn)表明在噴射作業(yè)過程中噴射角度應(yīng)垂直于受噴面時(shí)回彈率最低,回彈率為20.7%。螺旋的直徑以30cm 為宜,使料束以一圈壓半圈作橫向運(yùn)動(dòng)效果最佳,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7、圖2 所示。

圖2 噴射角度對(duì)回彈率的影響

表7 噴射角度對(duì)回彈率的影響

4.4 噴射距離對(duì)回彈率的影響

距離對(duì)噴射混凝土質(zhì)量和回彈率都有很大的影響。試驗(yàn)表明,距離控制在2.2m（算上噴嘴上0.8～1.0 m）時(shí)回彈率最小。距離太遠(yuǎn),會(huì)使噴射混凝土回彈率增大,距離太近回彈顆粒會(huì)傷害到噴射手且回彈率也會(huì)增大。實(shí)際施工中,通常在噴頭上接上一根0.8～1m 塑料管,它的作用是使水泥充分與水拌和,且混凝土束較集中,回彈骨料也不會(huì)傷害到操作人員,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表8、圖3 所示。

圖3 噴射距離對(duì)回彈率的影響

表8 噴射距離對(duì)回彈率的影響

4.5 一次噴射厚度控制

噴射混凝土一次性噴射厚度拱頂為8cm,邊墻邊墻為13cm 時(shí),回彈率最小。一次噴射過厚會(huì)造成混凝土下垂或脫落。當(dāng)對(duì)開挖面進(jìn)行初噴,形成0.5～1cm 的砂漿塑性層后在進(jìn)行復(fù)噴,效果會(huì)更好。

4.6 噴射順序控制

為了減少噴射混凝土因重力作用而引起的滑動(dòng)或脫落現(xiàn)象,噴射時(shí)應(yīng)分段、分部、分塊,按先墻后拱、自下而上進(jìn)行噴射。當(dāng)巖面有較大凹洼時(shí),應(yīng)在初噴時(shí)找平,保證巖面凹陷處應(yīng)先噴和多噴,而凸出處應(yīng)后噴和少噴。

4.7 噴嘴選擇

為了能夠盡量減少回彈率,特采用傳統(tǒng)圓形噴頭和扇形噴頭做了噴射對(duì)比試驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,噴頭選用圓頭時(shí)回彈率相對(duì)較小。

5 結(jié)論

把各種最佳技術(shù)影響參數(shù)進(jìn)行組合,得出最佳回彈率為20.6%,平均超耗率為65.95%,具體參數(shù)如表9 所示。

表9