張石（張家口—石家莊）高速公路二期L13標(biāo)隧道仰坡噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)

摘要：本文結(jié)合張石（張家口—石家莊）高速公路明鋪隧道仰坡工程所用噴射混凝土，闡述噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：張石（張家口—石家莊）高速公路  噴射混凝土   配合比   調(diào)整

一、引言：

    噴射混凝土是借助噴射機(jī)械，利用空氣或其他動(dòng)力，將遇到配合比的水泥砂子石子以及外加劑等混合料通過(guò)噴槍噴射到受噴面上，在較短的時(shí)間內(nèi)凝結(jié)成為密實(shí)均勻的混凝土。與傳統(tǒng)的澆筑混凝土不同，噴射混凝土不需要立模、振搗，而是依據(jù)高速噴射的動(dòng)能將混合料連續(xù)噴敷到受噴面上，沖擊、擠壓達(dá)到密實(shí)。

    噴射混凝土按混凝土混合料在噴槍處的狀態(tài)分干噴、濕噴和潮噴混凝土。將混凝土拌合物輸送至噴槍處加壓噴出的混凝土稱為濕噴混凝土。干噴法是將水泥、砂子、碎石按配比用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌均勻，再投入到干式噴射機(jī)內(nèi)用壓縮空氣輸送到噴槍處，加水混合后，以一定的壓力和距離噴射到受噴面上。濕噴工藝大大減少了噴射時(shí)的粉塵，但濕噴工藝設(shè)備復(fù)雜、費(fèi)用昂貴。潮噴是介于干噴和濕噴之間的工藝，將骨料預(yù)加水，浸潤(rùn)成潮濕狀，再加水泥拌合，從而降低上料和噴射時(shí)的粉塵。

    噴射混凝土是集運(yùn)輸、澆注和振搗于一體，因其工序簡(jiǎn)單，施工靈活、機(jī)動(dòng)而被廣泛地應(yīng)用在地下工程、邊坡加固支護(hù)、基坑護(hù)壁、建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)、隧道支護(hù)等工程中。

    張石（張家口—石家莊）高速公路二期大部分位于張家口南部山區(qū)。從化稍營(yíng)到蔚縣，多山多峽谷的地形地貌決定了該工程多隧道多橋的工程特點(diǎn)，張石高速公路二期L13標(biāo)僅僅2km的標(biāo)段中，就有3段路基、4條隧道、2個(gè)涵洞、6座橋。明鋪隧道是L13標(biāo)的一項(xiàng)重要工程。該隧道仰坡混凝土為C25級(jí)噴射混凝土。

二、噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)思想

    就明鋪隧道的仰坡C25級(jí)噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)，我們的設(shè)計(jì)思想是：首先，按照GB50086—2001《錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，根據(jù)施工工藝的不同選擇、提出基準(zhǔn)配合比（濕噴工藝：灰骨比為1:3.5～4.0，水灰比為0.4～0.5；干噴工藝：灰骨比為1:4～4.5，水灰比為0.4～0.45。砂率為50%～60%）。

    其次，以基準(zhǔn)配合比為基礎(chǔ)，在施工工地現(xiàn)場(chǎng)試噴，依據(jù)試噴情況進(jìn)行對(duì)水泥、用水量以及砂率進(jìn)行調(diào)整和對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證。 

三、原材料的選擇：

     所有該工程原材料的選定都是按照國(guó)家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范的要求并結(jié)合張南山區(qū)的實(shí)際情況選定的。

（1）水泥的選定：業(yè)主指定的水泥廠家有內(nèi)蒙古烏蘭水泥廠、天津冀東水泥有限公司、山西大同水泥廠、河北下花園晨光水泥有限公司、河北黃羊山水泥廠等五家。所有廠家的供應(yīng)商都送來(lái)了樣品，經(jīng)送檢、自檢合格，綜合考慮各方面的因素，最后選定了具有供應(yīng)條件的內(nèi)蒙古烏蘭水泥廠的水泥。

各廠家的P.O32.5R水泥指標(biāo)如下：

（2）砂子的選定：由于工程處于張南山區(qū)，當(dāng)?shù)乩虾拥览锏穆咽?jīng)人工破碎篩選，質(zhì)軟粒粗。蔚縣幾個(gè)砂廠的砂子也大多數(shù)不符合要求。后經(jīng)多處調(diào)查、比較，選定了離工地幾十公里遠(yuǎn)的大黑溝的砂子。

各砂廠的砂子的比較

（3）粗骨料的選定：粗骨料碎石的選定是根據(jù)噴射混凝土噴射機(jī)輸送管直徑的大小以及當(dāng)?shù)刂車蠌S碎石的質(zhì)量和價(jià)格來(lái)選定的。在保證混凝土質(zhì)量要求的前提下，本著降低生產(chǎn)成本的目的，我們選用了懷來(lái)東八里碎石廠生產(chǎn)的5～10mm的碎石。

各碎石廠5～10mm的碎石比較

（4）速凝劑的選定：在張石高速公路二期工程開工前期，各地的外加劑廠商都送來(lái)了各自廠家的速凝劑樣品，經(jīng)送檢、外檢合格后，我們綜合考慮各方面的因素，選定由施工單位推薦的河南義煤外加劑廠的SS－031速凝劑。

各地外加劑廠的速凝劑比較

（5）水；混凝土的拌和水是當(dāng)?shù)氐纳絽^(qū)飲用水，其性能指標(biāo)經(jīng)檢驗(yàn)符合混凝土拌和用水的要求。

四、噴射混凝土配合比的擬定：

    由于噴射混凝土施工工藝的特殊性，噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)與普通混凝土的配合比的設(shè)計(jì)不同：普通混凝土的配合比的設(shè)計(jì)可以直接根據(jù)JGJ55-2000的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，而噴射混凝土的配合比要經(jīng)過(guò)實(shí)際試噴來(lái)確定，同時(shí)，其參數(shù)的確定也有各自的要求。具體來(lái)講有以下三個(gè)方面的內(nèi)容：

（1） 水泥的用量：

GB50086—2001《錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定噴射混凝土，濕噴工藝：灰骨比為1:3.5～4.0，水灰比為0.4～0.5；干噴工藝：灰骨比為1:4～4.5，水灰比為0.4～0.45。砂率為50%～60%：水泥用量太大不僅不經(jīng)濟(jì)，而且太大的水泥用量也會(huì)導(dǎo)致混凝土硬化后的干縮量增大；水泥用量太小，會(huì)使噴射混凝土的回彈量增加，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。綜合考慮，水泥用量定為390kg、410kg、430kg。

（2）砂率的選擇：

由于噴射混凝土是靠噴射過(guò)程中水泥和骨料的相互碰撞、壓實(shí)形成的。為盡可能地利用沖擊能量，噴射混凝土的砂率要比普通混凝土的砂率要大。同時(shí)較大的砂率對(duì)混凝土粘聚性、工作性也有很大的影響。因此，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，我們依據(jù)規(guī)范要求，擬定50%、55%、60%三個(gè)砂率。

（3）單位用水量的確定：

     噴射混凝土用水量是通過(guò)試噴確定的。噴射混凝土用水量是否適當(dāng)是靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員調(diào)整水閥開關(guān)的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)流淌、成塊拉裂或滑移時(shí)，應(yīng)減少用水量；當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)干濕不一，附著性差，回彈量大時(shí)，應(yīng)增大用水量。當(dāng)混凝土表面即不出現(xiàn)干濕不一、又不流淌，此時(shí)，用水量最佳，用水量合適后，用水表計(jì)量用水量，并在試噴處作好試噴厚度標(biāo)志和抗壓強(qiáng)度試件（噴大板450mm×350mm×120mm，同條件養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)各兩組）。

五、噴射混凝土配合比的調(diào)整

    噴射混凝土配合比調(diào)整的目的就是使混凝土不僅滿足強(qiáng)度的需要，而且也要滿足施工工作性的需要。以不堵管、回彈少、附著性好的噴射混凝土配合比為最佳噴射混凝土配合比，同時(shí)還應(yīng)注意環(huán)境保護(hù)。

（1）用水量的調(diào)整：依據(jù)上述單位用水量確定的思想，我們?cè)谑┕すさ噩F(xiàn)場(chǎng)對(duì)擬定的噴射混凝土配合比的用水量進(jìn)行試噴和調(diào)整，通過(guò)幾次試噴確定明鋪隧道左線仰坡單方用水量為178kg，右線仰坡單方用水量為175kg。

試噴情況與用水量的記錄

（2）砂率的調(diào)整：砂率的調(diào)整隨混凝土回彈量的大小而定。回彈量大時(shí)，應(yīng)增加砂率。?；貜椓啃r(shí)，應(yīng)減少砂率。通過(guò)對(duì)擬定50%、55%、60%三個(gè)砂率混凝土試噴的實(shí)測(cè)、調(diào)整，最終確定明鋪隧道左線仰坡最佳砂率為56%，右線仰坡最佳砂率為54%。

現(xiàn)場(chǎng)砂率與回彈量的測(cè)試記錄

   
    水泥用量的調(diào)整：在工地現(xiàn)場(chǎng)，采用噴大板切割法，即在450mm×350mm×120mm的模板內(nèi)噴入混凝土，然后將表面輕輕抹平，第二天拆模，水養(yǎng)至28天，用切割機(jī)切去周邊，加工成100mm×100mm×100mm的試件.具體步驟如下：1、在噴射作業(yè)面附近將模具敞開一側(cè)朝下，以與水平成80°左右的夾角置于墻角，放置牢靠。2、現(xiàn)在模具外的邊墻上噴射，待操作正常后，將噴頭移至模具位置，由下而上逐層向模內(nèi)噴滿混凝土。3、將噴滿混凝土的模具小心移至安全地方，用三角抹刀刮平混凝土表面。4、在隧道內(nèi)潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)1天脫模，將混凝土大板移至試驗(yàn)室，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7天，用切割機(jī)切去周邊和上表面（底部可不切割）后，加工成100mm×100mm×100mm的試件。5、加工好的試件繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)條件下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至28天進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)）。

    （3） 做7天、28天的試件強(qiáng)度試壓，能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的最小水泥用量的配合比為最佳混凝土。通過(guò)試壓，確定明鋪隧道左線仰坡水泥用量為396kg，明鋪隧道右線仰坡水泥用量為389kg最佳。

綜上所述，明鋪隧道左線仰坡、明鋪隧道右線仰坡的噴射混凝土配合比確定如下：

六、結(jié)束語(yǔ)

    噴射混凝土是張石高速公路二期工程中應(yīng)用很廣的一種混凝土。噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)與普通混凝土配合比的設(shè)計(jì)有很大差別，不能按照普通混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)。噴射混凝土配合比的設(shè)計(jì)不僅要滿足混凝土強(qiáng)度、和易性的要求，而且要滿足施工工藝——噴射施工的需要。同時(shí)還要經(jīng)濟(jì)合理、注重環(huán)境保護(hù)。因此，對(duì)噴射混凝土的設(shè)計(jì)要綜合考慮，以滿足設(shè)計(jì)和施工需要。

以上是我們?cè)趪娚漤排浜媳仍O(shè)計(jì)方面的做法，不當(dāng)之處，敬請(qǐng)各界同仁不吝批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

1、  GB50086—2001《錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》

2、  《張石高速公路施工技術(shù)規(guī)范》。