張慶祎

（中交一公局集團(tuán)有限公司，北京 100024）

0 引言

噴射混凝土并不只是一種材料，它既是澆筑過程的代名詞，又是一種施工方式，其有著悠久的歷史、巨大的創(chuàng)新潛力和良好的應(yīng)用前景。噴射混凝土材料的配合比設(shè)計是按照使用要求和規(guī)定的參數(shù)來進(jìn)行的。噴射混凝土于1914 年開始應(yīng)用，隨著工程設(shè)計和材料的應(yīng)用變化，相關(guān)技術(shù)一直在不斷創(chuàng)新。本文以黑山南北高速公路工程為背景，對MMB30 噴射混凝土配合比設(shè)計和施工工藝進(jìn)行了探討。

1 工程概況

黑山南北高速公路是黑山首條高速公路建設(shè)項(xiàng)目，主干道全長約180km，擬分五段建設(shè)，是黑山歷史上首條高速公路，被譽(yù)為“世紀(jì)工程”，也是中國企業(yè)在歐洲實(shí)施的海拔最高、地質(zhì)條件最復(fù)雜、橋隧比最高、施工難度最大的高速公路項(xiàng)目。中國路橋承建的南北高速公路優(yōu)先段，是項(xiàng)目的一期工程，全長約41km，橋隧比高達(dá)60%，合同額約8 億歐元。項(xiàng)目于2015 年5 月11 日正式開工，項(xiàng)目施工期間受突發(fā)公共衛(wèi)生事件的影響導(dǎo)致項(xiàng)目延期。2021 年4 月，中國路橋與黑山方簽署項(xiàng)目延期合同，商定項(xiàng)目于2021 年11月底完工。2021 年11 月30 日，項(xiàng)目主體工程順利完工，進(jìn)入調(diào)試、驗(yàn)收階段。

2 MMB30 噴射混凝土施工技術(shù)概述

2.1 MMB30 噴射混凝土施工技術(shù)的特點(diǎn)

MMB30 噴射混凝土技術(shù)可用于多種不同結(jié)構(gòu)的施工，如混凝土修復(fù)施工，隧道、巷道施工，邊坡防護(hù)施工等[1]。MMB30 噴射混凝土施工技術(shù)具備多種優(yōu)勢：

其一，早期強(qiáng)度高；

其二，因?yàn)閲姵龅幕炷量梢粤⒖谈街⒊惺苤亓?，所以可以在任意高度上使用?/p>

其三，可在不平整的基面上使用；

其四，有較好的黏結(jié)性能；

其五，現(xiàn)場注漿厚度的靈活控制；

其六，無模板施工；

其七，可以允許一定范圍的變形。

總之，MMB30 噴射混凝土是一種靈活、經(jīng)濟(jì)、快速的施工方法，但對機(jī)械化程度的要求較高，且需要由專業(yè)人員操作。

2.2 干噴與濕噴施工工藝的對比

從施工工藝上來看，噴射混凝土有兩種施工方法，一是干噴，二是濕噴。干噴混凝土是指混合料在噴射前是不加水或加少量水的，在加水的情況下，是在噴槍口處加。濕噴混凝土是指混合料在噴射前已經(jīng)加水拌和好了，狀態(tài)同模筑混凝土，可以直接測坍落度。濕噴混凝土施工如圖1 所示。

圖1 噴射混凝土（濕噴）施工圖

2.2.1 施工組織與成本比較

干噴機(jī)成本低廉，體積小，適合各種作業(yè)面，但噴漿速度較慢，效率基本只能達(dá)到濕噴機(jī)的一半，同時人工成本較高，兩臺設(shè)備同時工作時需要8 個人。此外，干噴的回彈量很大，達(dá)40%～50%[2]。

濕噴機(jī)價格昂貴，體積較大，如果小斷面開挖還要單獨(dú)配備前沿裝置，但其噴漿速度較快，人工成本較低，一臺機(jī)器配備兩名工作人員即可。此外，濕噴回彈量比較小，理論上可以控制在20%以下（若超挖嚴(yán)重需單獨(dú)考慮）。

經(jīng)測算，如果隧道超過1000m，干噴和濕噴在成本上沒有太大的差別。

2.2.2 質(zhì)量比較

干噴混凝土是在噴槍口加水，水與水泥在空氣中結(jié)合，短時間內(nèi)難以充分混合，一部分水泥是無法發(fā)揮膠結(jié)作用的，而這些沒有起到膠結(jié)作用的水泥會起反作用。同時，水灰比控制難度較大，完全依靠噴漿手的經(jīng)驗(yàn)判斷。若加水量不足，會導(dǎo)致回彈量增加，灰斑增加，粉塵增加；若加水量過多，則會導(dǎo)致流漿、滑動、掉塊，凝固慢、強(qiáng)度低，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土構(gòu)件強(qiáng)度不均勻。

濕噴混凝土是在拌和好的水泥，與水、外加劑有充分的反應(yīng)時間，大部分水泥能和水接觸到，水泥的利用率較高[3]。在噴射過程中，混凝土比較均勻，強(qiáng)度也比較均勻，均勻的強(qiáng)度即使低，整體質(zhì)量也優(yōu)于不均勻的強(qiáng)度。

2.2.3 環(huán)保性對比

干噴混凝土的噴漿手幾乎是在裸巖下工作，隨時會面臨落石的威脅。干噴的粉塵更大，對施工人員的呼吸系統(tǒng)和皮膚都會產(chǎn)生一定程度的傷害。而濕噴模式下，這些問題可得到很大程度的緩解。

3 MMB30 噴射混凝土（濕噴）配合比設(shè)計

MMB30 噴射混凝土施工機(jī)械化程度高，施工效率高，對混凝土的和易性及泵送性能的要求也很高，即特別重視前期的噴射混凝土配合比設(shè)計，需要在滿足標(biāo)準(zhǔn)及施工要求的前提下進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)省材料、提高施工效果的目的[4]。

一般情況下要滿足如下要求：

其一，膠骨比宜為1∶4～1∶5。

其二，水膠比宜為0.4～0.5。

其三，砂率宜為45%～60%。

其四，水泥用量不宜小于400kg/m3。

3.1 水泥漿的量和集漿比

水泥混合液中的水泥，除填充骨料之間的間隙外，主要是包覆于骨料的表層，且要稍有剩余，從而保證水泥混合液具有一定的流動性。水灰比相同時，水泥的用量越大，混凝土的流動性越好。如果水泥漿液的摻入量太多，混凝土的骨料就會相對減少，即骨料的比重會減小，導(dǎo)致混凝土流漿嚴(yán)重，從而影響混凝土的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和耐用性；如果水泥漿液的摻入量過少，會影響骨料的表面、骨料之間的間隙，從而影響混凝土的流動性與和易性，進(jìn)而影響施工效果。因此，要合理控制拌和物中的水泥含量，保證混凝土的流動性在合理范圍內(nèi)。

3.2 水灰比的影響

在一定用量的情況下，水泥配比較小時，水泥漿黏度增大，攪拌液流動性降低，不能滿足現(xiàn)場施工的需要。水灰比的增加會導(dǎo)致水泥漿的稀疏和流動性增加，但也容易引起水泥漿離析，對混凝土的強(qiáng)度有很大的影響，所以水灰比的選擇要合理。

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，最主要的影響因素是單位耗水量。但不能盲目提高混凝土的用量，水灰比太高會導(dǎo)致混凝土中出現(xiàn)大量空洞，從而影響混凝土的強(qiáng)度和耐用性，而且水灰比太高容易引起混凝土分層、離析、和易性下降，不利于混凝土的泵運(yùn)的特性。因此，因此，在保證混凝土強(qiáng)度和耐久性的條件下，根據(jù)混凝土和易性及泵送性能要求來確定單位用水量。

3.3 砂率

砂率能夠反映粗細(xì)集料的相對比例，它影響混凝土骨料的空隙和總表面積。在水泥漿用量一定的情況下，砂率過大，則集料的總表面積增大，包裹砂子的水泥漿層會變薄，砂粒間的摩阻力加大，會降低拌和物的流動性；砂率過小，雖然集料的表面積會減小，但由于砂漿量不足，不能在粗骨料周圍形成足夠的潤滑層，也會降低拌和物的流動性，同時由于砂量不足，容易導(dǎo)致離析、泌水現(xiàn)象，影響混凝土的和易性。在不發(fā)生離析、不泌水的情況下，可以實(shí)現(xiàn)最大的流動性，即合理的含沙率。由于摻入的砂量對拌和料的性能有較大的影響，因此在拌和環(huán)節(jié)，要根據(jù)具體情況合理調(diào)節(jié)摻砂量。

3.4 溫度和攪拌時間

混凝土拌和物的流動性、坍落度會隨溫度的增加而降低，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，每增加10℃，混凝土的坍落度就會降低20～40mm，在夏季施工時要格外注意對溫度的控制，特別是在長距離輸送混凝土?xí)r。另外，拌和時間對混凝土拌和物的品質(zhì)也有一定的影響，因此應(yīng)嚴(yán)格控制拌和時間，以保證其均勻度。

4 MMB30 噴射混凝土（濕噴）施工技術(shù)

4.1 MMB30 噴射混凝土施工操作

做好施工前的準(zhǔn)備工作，包括：將臺車移至作業(yè)面前、支好左右腿、關(guān)閉發(fā)動機(jī)、連接設(shè)備動力電纜、接通隧道水管、打開電源主開關(guān)、打開蓄電池充電開關(guān)、打開工作照明燈、檢查所有管路及噴頭、在料斗周圍及噴漿臂上刷模板油、檢查各種閥門是否打開、啟動液壓泵電機(jī)、準(zhǔn)備水泥漿液并將水泥漿液注入料斗、潤滑混凝土管道、設(shè)定濕噴工藝參數(shù)（如水泥配合比、凝固劑濃度等）。

混凝土入泵前，必須對其和易性進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證其性能符合要求。施工過程包括：放料，打開攪拌器開關(guān)，啟動空壓機(jī)，操作遙控和噴漿臂，扳動正泵開關(guān)，打開送風(fēng)開關(guān)，啟動速凝劑泵開關(guān)。

混凝土輸出流量、風(fēng)量、速凝劑摻量、泵送輸出流量也應(yīng)隨泵送壓力調(diào)整，當(dāng)泵送壓力大于150bar 時，應(yīng)降低泵送速率，以防止堵塞。泵的安全壓強(qiáng)為小于150bar。噴射混凝土施工從隧道兩邊的底部開始，均勻向上噴水。兩側(cè)的墻壁可以一次噴射完成，上部則要分成2～3 個層次。噴射混凝土完畢后，清潔設(shè)備，切斷其與管道和電力線的連接，并將機(jī)器送入安全的停放區(qū)域。

4.2 MMB30 噴射混凝土施工控制

首先，巖面使用噴射混凝土的面必須清除松散材料、巖渣及其他有害物質(zhì)。用空壓機(jī)進(jìn)行清理，若巖石對水不敏感，也可用水槍。其次，將噴嘴和巖面的適用距離控制在1.0～2.0m，且噴嘴應(yīng)與巖面保持垂直。規(guī)定一次噴射混凝土噴射最大厚度不得超過15cm，若要增加厚度，要等到前一層具有足夠的強(qiáng)度支撐，下一層才可以施工，完成下一層噴射期間間隔不許超過3 天。預(yù)埋入噴射混凝土內(nèi)的鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片及其他鋼筋應(yīng)按照圖紙施工，隧道襯砌鋼筋網(wǎng)片及鋼筋內(nèi)側(cè)最小保護(hù)層厚度不得小于2cm 或按照圖紙要求。若使用多層鋼筋，在前一層未被噴射混凝土覆蓋之前，不得布置第二層。在完成每次噴射混凝土后，對反彈部位立即進(jìn)行清除，尤其是因不同開挖順序縱向噴射混凝土連接處，所有施工縫處的反彈也必須清除。在進(jìn)行下次噴射混凝土前，若需要也可用氣錘。任何情況下不允許反彈料再次進(jìn)入施工現(xiàn)場，施工時應(yīng)始終保持無反彈料。最后，養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，養(yǎng)護(hù)按需要進(jìn)行。承包商建議噴射混凝土總厚度檢測方式，由監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，這可能包括噴射混凝土施工前安裝可視管或噴射混凝土完成后鉆孔。為防水膜準(zhǔn)備施工面，噴射混凝土密封材料用于表面處理及防水膜后面填充。為避免在重壓縮巖上噴射混凝土襯砌過大荷載，必須在噴射混凝土襯砌上設(shè)置變形槽，普通變形槽要有20～40cm 的開口寬度，并且沿徑向布置。變形槽具體位置應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行確定。

4.3 MMB30 噴射混凝土回彈影響因素

影響MMB30 噴射混凝土回彈的主要因素是噴頭與基面之間的角度及距離，此外，還有速凝劑的摻量、噴漿作業(yè)區(qū)域、施工工藝、機(jī)械設(shè)備性能等因素。噴頭角度和距離對回彈的影響如圖2、3 所示。

圖2 噴頭的角度和距離對回彈的影響

圖3 噴頭的角度和距離對回彈的影響

5 結(jié)語

通過對MMB30 噴射混凝土施工工藝的研究，并在黑山南北高速公路工程中應(yīng)用，獲得了較好的效果，詳細(xì)介紹了噴漿混凝土的施工工藝，并對噴漿混凝土的施工工藝和回彈量的影響因素進(jìn)行分析，為今后MMB30 噴射混凝土在其他工程中的應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。