影響噴錨混凝土施工質(zhì)量的因素分析

摘 要 錨噴支護(hù)技術(shù)是目前洞室施工中采用的主要襯砌方式，具有速度快造價(jià)低的優(yōu)勢，但是其質(zhì)量影響因素卻很復(fù)雜，有些指標(biāo)到目前也不是很清楚。本文從技術(shù)層面對影響噴錨混凝土施工質(zhì)量的因素作一全面介紹，希望能對類似工程施工提供一些參考。

關(guān)鍵詞 噴錨混凝土;質(zhì)量;因素分析

前言

噴錨混凝土技術(shù)是當(dāng)前在地下洞室開挖施工中采用的主要工藝，與普通混凝土相比較，具有明顯的優(yōu)勢。它無須支設(shè)模板及支架，混凝土入倉與壓實(shí)同時(shí)完成，能夠快速凝結(jié)硬化，并在較短時(shí)間內(nèi)承受外部荷載。如果噴錨混凝土與錨桿、鋼筋網(wǎng)片或預(yù)應(yīng)力錨索、鋼拱架等工藝結(jié)合使用，可以起到深層加固圍巖，加大結(jié)構(gòu)物內(nèi)部尺寸，提高安全等級作用。目前已成為地下發(fā)電廠房，地下大型洞室穹頂施工不可替代的施工技術(shù)。

根據(jù)目前噴錨混凝土施工工藝，分為干噴法和濕噴法。干噴法是將噴錨材料水泥、砂石、摻和料和外加劑等在作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行充分混合，把混合料加入噴錨機(jī)中，利用風(fēng)壓作用將混合料送至噴錨機(jī)的噴嘴，在噴嘴處加上水和速凝劑，利用強(qiáng)大的風(fēng)壓將此種混合料噴至作業(yè)面上，快速凝固形成圍巖的支護(hù)層?？梢杂糜谂R時(shí)支護(hù)也可用于永久支護(hù)[1]。

濕噴法是事先在混凝土拌和站將水、水泥、砂石、摻加料、外加劑等攪拌均勻，與普通混凝土攪拌程序相同，然后將混凝土放至噴錨機(jī)械內(nèi)，通過軟管利用風(fēng)壓將混凝土送到噴錨機(jī)的噴嘴，在噴嘴處加上速凝劑，在風(fēng)壓的作用下將混凝土噴射至作業(yè)面上?？梢杂糜谂R時(shí)支護(hù)也可用于永久支護(hù)。

通過這兩種作業(yè)方式進(jìn)行比較，濕噴法具有作業(yè)粉塵少、反彈量小、混凝土質(zhì)量容易控制、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、一次作業(yè)方量大等優(yōu)點(diǎn)，目前受到各國的普遍歡迎。除了用在地下隧洞施工外，還逐漸拓展到公路邊坡支護(hù)、輸水渠道襯砌、地鐵工程豎井、區(qū)間隧道、水池底板及其他需要快速修補(bǔ)的工程，也是我國目前大力推廣的一項(xiàng)綠色施工技術(shù)。本文也主要依據(jù)濕噴法工藝，從影響噴錨混凝土的質(zhì)量方面來分別介紹。

1原材料方面

原材料是影響噴錨混凝土質(zhì)量的主要因素，恰當(dāng)?shù)牟牧掀贩N和類型能夠確保噴錨混凝土的各項(xiàng)性能最優(yōu)。

（1）水泥。水泥作為噴錨混凝土的主要膠凝材料，相比于普通混凝土來講，要求具有早強(qiáng)、低熱及抗硫酸鹽和防干縮性能，低堿及含有摻和料的復(fù)合水泥也是噴錨混凝土的首選，強(qiáng)度等級不小于42.5MPa。

（2）速凝劑的選擇。速凝劑是噴錨混凝土施工中使用的重要外加劑，可以使混凝土及時(shí)凝結(jié)硬化，與圍巖緊密地黏結(jié)在一起，快速提高混凝土的早期強(qiáng)度，及時(shí)形成支撐為后續(xù)施工提供安全保障。目前在很多工程中，還要求pH值<3并且無腐蝕性即無堿速凝劑，這種無堿速凝劑相比于早期的pH值>12有堿速凝劑來講，對于作業(yè)環(huán)境及操作人員更安全;混凝土的強(qiáng)度損失比也大幅降低，與有堿速凝劑相比，強(qiáng)度損失比可從40%降至10%以下;摻量一般為膠凝材料的5%～10%。無堿速凝劑可以是液體也可以是粉末形狀，濕噴法必須采用液體形式。在使用速凝劑前，應(yīng)做水泥的相容性試驗(yàn)。

（3）粗細(xì)骨料。噴錨混凝土粗骨料應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的碎石，石子最大粒徑不宜大于15mm，宜采用連續(xù)級配，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%。 細(xì)骨料應(yīng)采用堅(jiān)硬、耐久的中粗砂，含泥量不大于3%，泥塊含量不大于0.5%。對于混合料的級配方面，國內(nèi)外規(guī)范相差比較大。國內(nèi)規(guī)范規(guī)定粒徑相對較大，砂率一般為40%～50%，這會(huì)相應(yīng)提高混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)，但同時(shí)也增加了的混凝土的反彈量。在歐美施工規(guī)范中，混合料的級配相比于國內(nèi)規(guī)范要偏細(xì)，并且又將混合料進(jìn)一步細(xì)分成兩種級別細(xì)料和粗料。細(xì)料中砂率達(dá)到95%以上，最大粒徑要求不大于9.5mm。主要用于對于構(gòu)筑物外觀要一定要求的部位比如公路交通洞表面襯砌，公路兩側(cè)邊坡，輸水渠道邊坡，水池底板等等。

粗料級別中砂率為60%至75%，最大粒徑要求不大于13mm。主要用于地下發(fā)電廠房頂拱襯砌，地下引水洞隧洞初支襯砌，工作豎井表面襯砌等要承受較大荷載的部位。

砂率大小不僅直接決定了混凝土的強(qiáng)度高低，而且還是影響反彈量的重要指標(biāo)，并且會(huì)造成不同程度混凝土干縮。

（4）鋼筋網(wǎng)片或鋼筋。在混凝土中主要起到抗拉作用，噴射混凝土中要求鋼筋直徑要盡量小些，以利于噴錨混凝土將鋼筋包裹不留下空隙。作業(yè)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少噴頭至受噴面的距離，提高噴射料流的沖擊力，迫使混凝土擠入鋼筋背后，保證鋼筋能被混凝土完全包裹并有一定密實(shí)性，鋼筋間距也應(yīng)適當(dāng)降低，以提高配筋率。規(guī)范要求鋼筋網(wǎng)片宜選用HRB335圓形鋼筋，直徑宜為6～12mm;間距宜為100～300mm;鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于20mm。

（5）鋼纖維。噴錨混凝土中加入鋼纖維的主要目的是為了提高混凝土的抗收縮性能和沖擊性能，防止混凝土出現(xiàn)表面裂縫。鋼纖維直徑宜為0.40～0.80mm，長度宜為25～35mm，抗拉強(qiáng)度不低于1000MPa，摻量一般為混凝土體積的1%～2%。加入一般摻量的鋼纖維不會(huì)顯著提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，但是當(dāng)鋼纖維摻量達(dá)到50～100kg/m3時(shí)可以明顯提高混凝土的抗折強(qiáng)度。這一點(diǎn)非常重要，使單純的鋼纖維噴錨混凝土能起到類似鋼筋混凝土的作用，對于Ⅱ類、Ⅲ類圍巖在無須增加鋼筋網(wǎng)片的情況下也能承受較大的荷載。但是過量摻加鋼纖維時(shí)，有可能會(huì)造成混凝土管堵塞或爆管，需要特別注意。

（6）其他摻和料。噴錨混凝土中適量摻加粉煤灰、硅粉、礦渣粉等可以顯著提高混凝土的耐久性和后期強(qiáng)度，彌補(bǔ)由于細(xì)骨料過多而導(dǎo)致的強(qiáng)度不足、開裂等缺陷。

2配合比設(shè)計(jì)方面

配合比設(shè)計(jì)階段是決定噴錨混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵時(shí)期。噴錨混凝土的配合比設(shè)計(jì)一般分成兩個(gè)階段，第一階段為室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)，第二階段為現(xiàn)場試噴大板階段。在第一階段時(shí)就要考慮清楚本項(xiàng)目上是采用干噴法還是濕噴法，是使用人工噴錨機(jī)還是大型濕噴臺車，是素噴錨混凝土還是鋼纖維噴錨混凝土，以及速凝劑摻量對強(qiáng)度的影響程度。第二階段是噴錨混凝土的主要設(shè)計(jì)階段，在現(xiàn)場試噴時(shí)，應(yīng)多噴一些大板樣品，按照規(guī)定的試驗(yàn)方法切割成不同尺寸的試件，檢驗(yàn)噴錨混凝土的抗壓、抗折、抗?jié)B、抗凍指標(biāo)，如有必要還要檢驗(yàn)混凝土的反彈量、鋼纖維含量及粘接強(qiáng)度等等進(jìn)行綜合判斷。

3施工控制方面

（1）拌和。溫度對噴錨混凝土具有顯著的影響，當(dāng)混凝土的溫度低于5度或高于35度時(shí)，就不適合拌制噴錨混凝土了。

（2）噴射作業(yè)。操作人員作業(yè)水平是影響噴錨混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要因素。在噴錨作業(yè)前，應(yīng)進(jìn)行培訓(xùn)考核，合格后方可上崗。現(xiàn)場作業(yè)應(yīng)堅(jiān)持自下而上、分層分塊分區(qū)域進(jìn)行的原則，下層混凝土終凝后才開始進(jìn)行上層混凝土的噴射施工，以利于結(jié)合。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的黏結(jié)力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。噴射速度要適當(dāng)，以利于混凝土的壓實(shí)。風(fēng)壓過大，噴射速度增大，反彈增加;風(fēng)壓過小，噴射速度過小，壓實(shí)力小，影響噴混凝土密度和強(qiáng)度。噴嘴與受噴面間距宜為0.6～1.8m。噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動(dòng)，噴層厚度應(yīng)大致均勻，一圈壓半圈。受噴面的小股水或裂隙滲漏水宜先導(dǎo)引再噴射混凝土，大股積水宜采用注漿堵水后再噴射混凝土。噴射時(shí)，應(yīng)先從遠(yuǎn)離出水處開始，逐漸向滲漏處逼近。施工時(shí)應(yīng)備足速凝劑，并應(yīng)經(jīng)常檢查速凝劑的泵送及計(jì)量裝置。

（3）養(yǎng)護(hù)。噴射混凝土終凝后，應(yīng)及時(shí)噴水霧養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14d。氣溫低于5℃時(shí)，不得噴水養(yǎng)護(hù)。

（4）反彈量。噴射過程中應(yīng)及時(shí)檢查混凝土的反彈率，控制邊墻反彈量不大于15%，拱部不大于25%。

4檢驗(yàn)檢測項(xiàng)目

全面而準(zhǔn)確地檢測噴錨混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)，是直接反映噴錨混凝土質(zhì)量的主要手段，也是評定混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)。與普通混凝土不同的是，噴錨混凝土施工工藝流程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)對噴錨混凝土的影響都是巨大的，必須控制好每一項(xiàng)影響因素才能保證最終的質(zhì)量[2]。

（1）混凝土坍落度指標(biāo)。坍落度指標(biāo)是反映混凝土和易性的一個(gè)主要指標(biāo)，由于噴錨混凝土的特殊性，坍落度僅表示混凝土是否能順利通過噴錨機(jī)軟管的程度。不同的噴錨機(jī)械，對坍落度要求也不同，人工噴錨機(jī)可以要求坍落度大一些，噴錨臺車可以要求小一些。對于不需要加過多速凝劑的部位比如水池底板、隧洞拱腳等部位，可以要求坍落度小一些;對于廠房頂拱等部位，則需要加大速凝劑摻量，相應(yīng)提高混凝土的坍落度。

（2）抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度是噴射到作業(yè)面上混凝土的實(shí)際強(qiáng)度值，影響抗壓強(qiáng)度的因素很多?；炷恋拿芏取⑺倌齽搅?、混凝土的反彈量等都是影響抗壓強(qiáng)度的主要因素。同一種配比的混凝土，在作業(yè)過程中，由于噴射時(shí)風(fēng)壓、噴嘴角度、受噴面距離不等，強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)巨大差異。因此在作業(yè)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土密度值，不得低于2200kg/m3，速凝劑的摻量根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境適當(dāng)調(diào)節(jié)，控制混凝土的反彈量。作業(yè)前對操作手要進(jìn)行有針對性培訓(xùn)考核，合格后方可上崗。

從大板里面鉆取芯樣做抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，只能反映出一般作業(yè)水平。還需要到作業(yè)面上鉆取芯樣檢測其實(shí)際強(qiáng)度值，這個(gè)芯樣才是綜合考慮了速凝劑摻量、反彈量、風(fēng)壓大小、養(yǎng)護(hù)等各種因素在內(nèi)的真實(shí)水平?，F(xiàn)場巖芯測值與大板巖芯測值因作業(yè)環(huán)境不同而存在較大差異，規(guī)范規(guī)定現(xiàn)場巖芯的抗壓強(qiáng)度最低值不得低于設(shè)計(jì)值的85%。

（3）早期強(qiáng)度。噴錨混凝土與普通混凝土相比，快速增長的早期強(qiáng)度顯得十分重要，它是支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠迅速承受圍巖荷載的關(guān)鍵特性。對保證作業(yè)面的安全具有十分重要的意義。早期強(qiáng)度是指噴射完后，6分鐘至24小時(shí)之間的強(qiáng)度。速凝劑的品種及摻量是影響早期強(qiáng)度的主要原因。我國規(guī)范規(guī)定，噴射混凝土1d齡期的抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于5.0MPa。歐美標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，6分鐘強(qiáng)度不低于0.1～0.5MPa，24小時(shí)強(qiáng)度值不低于2MPa～18MPa。測試方法采用試針法。

（4）抗折強(qiáng)度，殘留強(qiáng)度及韌度。鋼纖維混凝土的抗折強(qiáng)度是混凝土能承受的最大彎曲強(qiáng)度，這一點(diǎn)對于需要抵抗彎曲變形的結(jié)構(gòu)非常重要。特別是地下廠房穹頂及大型洞室頂拱部位，能夠準(zhǔn)確地檢測出實(shí)際抗折強(qiáng)度要比單純從理論上進(jìn)行推算更加地可靠。并且由于加入了鋼纖維的原因，在混凝土開裂后依然能夠承受一定的外部荷載，在工程上把這種特性稱為噴錨混凝土的韌度，韌度檢測是結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算的重要基礎(chǔ)。我國規(guī)范規(guī)定鋼纖維砼的最低抗折強(qiáng)度不低于3.8MPa、韌度等級不低于1級，即梁的底部撓度在產(chǎn)生不超過1mm時(shí)，殘余抗彎強(qiáng)度不低于1.3MPa，這些試驗(yàn)須通過室內(nèi)專業(yè)儀器才可檢測出來，但所用試件必須從現(xiàn)場大板中切割。

（5）黏結(jié)強(qiáng)度。噴錨混凝土與圍巖界面上的黏結(jié)能力，是衡量噴錨混凝土質(zhì)量好壞的一個(gè)評定指標(biāo)，也是噴錨混凝土能否正常工作的基礎(chǔ)。影響這一指標(biāo)的因素比較多，圍巖的類型，滲水情況、噴射層數(shù)、氣溫等等。規(guī)范規(guī)定，噴錨混凝土與巖石底層的黏結(jié)強(qiáng)度不低于0.2～0.8mpa，與混凝土底層的黏結(jié)強(qiáng)度不低于0.5～1mpa。

如何檢測黏結(jié)強(qiáng)度相應(yīng)規(guī)范也給出了專業(yè)方法，但在實(shí)際執(zhí)行過程中，測試工作受鉆機(jī)穩(wěn)定性，鉆頭扭矩、切割面水壓等因素影響，往往超過了界面上的黏結(jié)強(qiáng)度。因此現(xiàn)場一般采用敲擊試驗(yàn)，更加能夠真實(shí)地反映出結(jié)合面的空鼓情況。檢測人員在經(jīng)過簡單培訓(xùn)后，均可勝任此項(xiàng)工作。相關(guān)規(guī)范也給出了檢測標(biāo)準(zhǔn)，單個(gè)面積不得超過0.02m2，總面積不超過10%，作為綜合評定噴錨混凝土黏結(jié)情況的綜合指標(biāo)。

（6）厚度檢測。具有一定厚度的噴射混凝土是保證結(jié)構(gòu)受力的基礎(chǔ)。與普通混凝土不同的是，噴射混凝土要自下而上分層分塊分區(qū)域進(jìn)行，每一層噴射混凝土厚度不得超過混凝土與圍巖的黏結(jié)能力，后一層混凝土應(yīng)在前一層混凝土終凝后再接著噴，如果中間間隔時(shí)間太長，還需要將前一層混凝土表面粉塵沖洗干凈后再噴射一層[3]。

5結(jié)束語

由于上述噴錨混凝土所表現(xiàn)的諸多特點(diǎn)，就決定了它是與普通混凝土完全不同的兩種事物，我們只有在工程實(shí)踐中認(rèn)真研究這種特性，充分掌握其真實(shí)性能，才能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，做出優(yōu)質(zhì)的噴錨混凝土，解決工程實(shí)際問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛寶鋒.道路橋梁工程施工質(zhì)量缺陷成因與策略[J].門窗，2019（24）：210.

[2] 張軼華.橋梁工程施工質(zhì)量監(jiān)理要點(diǎn)分析[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2019（18）：79-80.

[3] 余德連.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量控制概述[J].四川水泥，2019（12）：243.

作者簡介

張寶紅（1972-），男，河南安陽人;學(xué)歷：本科，職稱：高級工程師，現(xiàn)就職單位：中國水利水電第十一工程局，研究方向：工程材料性能及檢測。