影響噴錨混凝土施工質量的因素分析

摘 要 錨噴支護技術是目前洞室施工中采用的主要襯砌方式，具有速度快造價低的優勢，但是其質量影響因素卻很復雜，有些指標到目前也不是很清楚。本文從技術層面對影響噴錨混凝土施工質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。

關鍵詞 噴錨混凝土;質量;因素分析

前言

噴錨混凝土技術是當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，具有明顯的優勢。它無須支設模板及支架，混凝土入倉與壓實同時完成，能夠快速凝結硬化，并在較短時間內承受外部荷載。如果噴錨混凝土與錨桿、鋼筋網片或預應力錨索、鋼拱架等工藝結合使用，可以起到深層加固圍巖，加大結構物內部尺寸，提高安全等級作用。目前已成為地下發電廠房，地下大型洞室穹頂施工不可替代的施工技術。

根據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地點進行充分混合，把混合料加入噴錨機中，利用風壓作用將混合料送至噴錨機的噴嘴，在噴嘴處加上水和速凝劑，利用強大的風壓將此種混合料噴至作業面上，快速凝固形成圍巖的支護層。可以用于臨時支護也可用于永久支護[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械內，通過軟管利用風壓將混凝土送到噴錨機的噴嘴，在噴嘴處加上速凝劑，在風壓的作用下將混凝土噴射至作業面上?？梢杂糜谂R時支護也可用于永久支護。

通過這兩種作業方式進行比較，濕噴法具有作業粉塵少、反彈量小、混凝土質量容易控制、運輸距離遠、一次作業方量大等優點，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、輸水渠道襯砌、地鐵工程豎井、區間隧道、水池底板及其他需要快速修補的工程，也是我國目前大力推廣的一項綠色施工技術。本文也主要依據濕噴法工藝，從影響噴錨混凝土的質量方面來分別介紹。

1原材料方面

原材料是影響噴錨混凝土質量的主要因素，恰當的材料品種和類型能夠確保噴錨混凝土的各項性能最優。

（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、低熱及抗硫酸鹽和防干縮性能，低堿及含有摻和料的復合水泥也是噴錨混凝土的首選，強度等級不小于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，可以使混凝土及時凝結硬化，與圍巖緊密地黏結在一起，快速提高混凝土的早期強度，及時形成支撐為后續施工提供安全保障。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，對于作業環境及操作人員更安全;混凝土的強度損失比也大幅降低，與有堿速凝劑相比，強度損失比可從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，應做水泥的相容性試驗。

（3）粗細骨料。噴錨混凝土粗骨料應采用堅硬耐久的碎石，石子最大粒徑不宜大于15mm，宜采用連續級配，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%。 細骨料應采用堅硬、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，國內外規范相差比較大。國內規范規定粒徑相對較大，砂率一般為40%～50%，這會相應提高混凝土的強度指標，但同時也增加了的混凝土的反彈量。在歐美施工規范中，混合料的級配相比于國內規范要偏細，并且又將混合料進一步細分成兩種級別細料和粗料。細料中砂率達到95%以上，最大粒徑要求不大于9.5mm。主要用于對于構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度高低，而且還是影響反彈量的重要指標，并且會造成不同程度混凝土干縮。

（4）鋼筋網片或鋼筋。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。作業時，應適當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性，鋼筋間距也應適當降低，以提高配筋率。規范要求鋼筋網片宜選用HRB335圓形鋼筋，直徑宜為6～12mm;間距宜為100～300mm;鋼筋保護層厚度不應小于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，防止混凝土出現表面裂縫。鋼纖維直徑宜為0.40～0.80mm，長度宜為25～35mm，抗拉強度不低于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顯著提高混凝土的抗拉強度，但是當鋼纖維摻量達到50～100kg/m3時可以明顯提高混凝土的抗折強度。這一點非常重要，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片的情況下也能承受較大的荷載。但是過量摻加鋼纖維時，有可能會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度，彌補由于細骨料過多而導致的強度不足、開裂等缺陷。

2配合比設計方面

配合比設計階段是決定噴錨混凝土質量的關鍵時期。噴錨混凝土的配合比設計一般分成兩個階段，第一階段為室內配合比設計，第二階段為現場試噴大板階段。在第一階段時就要考慮清楚本項目上是采用干噴法還是濕噴法，是使用人工噴錨機還是大型濕噴臺車，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度的影響程度。第二階段是噴錨混凝土的主要設計階段，在現場試噴時，應多噴一些大板樣品，按照規定的試驗方法切割成不同尺寸的試件，檢驗噴錨混凝土的抗壓、抗折、抗滲、抗凍指標，如有必要還要檢驗混凝土的反彈量、鋼纖維含量及粘接強度等等進行綜合判斷。

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，當混凝土的溫度低于5度或高于35度時，就不適合拌制噴錨混凝土了。

（2）噴射作業。操作人員作業水平是影響噴錨混凝土質量的一個重要因素。在噴錨作業前，應進行培訓考核，合格后方可上崗。現場作業應堅持自下而上、分層分塊分區域進行的原則，下層混凝土終凝后才開始進行上層混凝土的噴射施工，以利于結合。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力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。噴射速度要適當，以利于混凝土的壓實。風壓過大，噴射速度增大，反彈增加;風壓過小，噴射速度過小，壓實力小，影響噴混凝土密度和強度。噴嘴與受噴面間距宜為0.6～1.8m。噴嘴應連續、緩慢作橫向環行移動，噴層厚度應大致均勻，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，應先從遠離出水處開始，逐漸向滲漏處逼近。施工時應備足速凝劑，并應經常檢查速凝劑的泵送及計量裝置。

（3）養護。噴射混凝土終凝后，應及時噴水霧養護，養護時間不小于14d。氣溫低于5℃時，不得噴水養護。

（4）反彈量。噴射過程中應及時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檢驗檢測項目

全面而準確地檢測噴錨混凝土的各項指標，是直接反映噴錨混凝土質量的主要手段，也是評定混凝土質量的基礎。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環節對噴錨混凝土的影響都是巨大的，必須控制好每一項影響因素才能保證最終的質量[2]。

（1）混凝土坍落度指標。坍落度指標是反映混凝土和易性的一個主要指標，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軟管的程度。不同的噴錨機械，對坍落度要求也不同，人工噴錨機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，相應提高混凝土的坍落度。

（2）抗壓強度?？箟簭姸仁菄娚涞阶鳂I面上混凝土的實際強度值，影響抗壓強度的因素很多?；炷恋拿芏?、速凝劑摻量、混凝土的反彈量等都是影響抗壓強度的主要因素。同一種配比的混凝土，在作業過程中，由于噴射時風壓、噴嘴角度、受噴面距離不等，強度會出現巨大差異。因此在作業過程中，應嚴格控制混凝土密度值，不得低于2200kg/m3，速凝劑的摻量根據不同的作業環境適當調節，控制混凝土的反彈量。作業前對操作手要進行有針對性培訓考核，合格后方可上崗。

從大板里面鉆取芯樣做抗壓強度指標，只能反映出一般作業水平。還需要到作業面上鉆取芯樣檢測其實際強度值，這個芯樣才是綜合考慮了速凝劑摻量、反彈量、風壓大小、養護等各種因素在內的真實水平?，F場巖芯測值與大板巖芯測值因作業環境不同而存在較大差異，規范規定現場巖芯的抗壓強度最低值不得低于設計值的85%。

（3）早期強度。噴錨混凝土與普通混凝土相比，快速增長的早期強度顯得十分重要，它是支護結構能夠迅速承受圍巖荷載的關鍵特性。對保證作業面的安全具有十分重要的意義。早期強度是指噴射完后，6分鐘至24小時之間的強度。速凝劑的品種及摻量是影響早期強度的主要原因。我國規范規定，噴射混凝土1d齡期的抗壓強度應不低于5.0MPa。歐美標準規定，6分鐘強度不低于0.1～0.5MPa，24小時強度值不低于2MPa～18MPa。測試方法采用試針法。

（4）抗折強度，殘留強度及韌度。鋼纖維混凝土的抗折強度是混凝土能承受的最大彎曲強度，這一點對于需要抵抗彎曲變形的結構非常重要。特別是地下廠房穹頂及大型洞室頂拱部位，能夠準確地檢測出實際抗折強度要比單純從理論上進行推算更加地可靠。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，韌度檢測是結構安全驗算的重要基礎。我國規范規定鋼纖維砼的最低抗折強度不低于3.8MPa、韌度等級不低于1級，即梁的底部撓度在產生不超過1mm時，殘余抗彎強度不低于1.3MPa，這些試驗須通過室內專業儀器才可檢測出來，但所用試件必須從現場大板中切割。

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

如何檢測黏結強度相應規范也給出了專業方法，但在實際執行過程中，測試工作受鉆機穩定性，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強度。因此現場一般采用敲擊試驗，更加能夠真實地反映出結合面的空鼓情況。檢測人員在經過簡單培訓后，均可勝任此項工作。相關規范也給出了檢測標準，單個面積不得超過0.02m2，總面積不超過10%，作為綜合評定噴錨混凝土黏結情況的綜合指標。

（6）厚度檢測。具有一定厚度的噴射混凝土是保證結構受力的基礎。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域進行，每一層噴射混凝土厚度不得超過混凝土與圍巖的黏結能力，后一層混凝土應在前一層混凝土終凝后再接著噴，如果中間間隔時間太長，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結束語

由于上述噴錨混凝土所表現的諸多特點，就決定了它是與普通混凝土完全不同的兩種事物，我們只有在工程實踐中認真研究這種特性，充分掌握其真實性能，才能充分發揮其應有的作用，做出優質的噴錨混凝土，解決工程實際問題。

參考文獻

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

[2] 張軼華.橋梁工程施工質量監理要點分析[J].大眾標準化，2019（18）：79-80.

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

作者簡介

張寶紅（1972-），男，河南安陽人;學歷：本科，職稱：高級工程師，現就職單位：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。