水利工程中噴射混凝土施工技術探討

李 揚

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

噴射混凝土施工技術以水泥、砂、石、外加劑等為原材料，按照試驗確定的配合比拌制混凝土，用噴射機將混凝土噴射至待加固的部位，混凝土固結后產生穩定的薄層支護結構，起到預防失穩、防坍塌的效果，該技術已在水利工程中廣泛應用，

1 工程概況

西干渠工程屬Ⅲ等中型水利工程，包括引水口、1 條干渠、29 條支渠及田間工程。控制灌溉面積30.05 萬畝，包括林地4.99 萬畝和農田25.06萬畝。干渠總長122.61km，其中，隧洞64 座，總長80.40km；倒虹吸8 座，總長15.93km；暗涵，長13.84km；渡槽52 座，總長12.45km；其他渠系建筑物101 座。

2 水利工程中噴射混凝土施工技術的應用價值

以噴射混凝土的方式在待加固區域設置強度和柔性均良好的支護結構，適應圍巖變形，避免工程建設過程中出現圍巖大幅變形的異常狀況。噴射混凝土與圍巖表面穩定黏結，混凝土在噴射過程中充分填充圍巖的縫隙，將原本松散的巖面黏結為整體結構，圍巖的完整性和強度均有所提高；噴射混凝土還具備封閉圍巖的能力，建成圍巖防護層，緩解應力集中問題，阻止圍巖繼續風化。圖1 為噴射混凝土施工工藝流程圖。

圖1 噴射混凝土施工工藝流程圖

3 噴射混凝土施工技術應用

3.1 材料選取

（1）水泥：普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于P·O32.5 級；水泥進場時安排質量檢驗，出具質量證明資料；受潮、結塊的水泥不可入場使用。

（2）骨料：粗骨料以卵石為宜，最大粒徑不超過15mm；細骨料為細度模數2.5 以上、含水率5%～7%、潔凈且質地堅硬的中粗砂。骨料級配需合理，具體見表1。

表1 噴射混凝土骨料級配比

（3）水：通過檢測單位化驗合格的水，不含影響混凝土正常固結的雜物。

（4）速凝劑：根據初凝時間、終凝時間分別不超過5min、10min 的要求選擇速凝劑，用量經試驗后確定。速凝劑的質量需達標，生產廠商在提供材料時需附帶質量證明資料。

3.2 施工要求

3.2.1 混凝土配合比

經室內試驗和現場檢驗后確定合適的配合比，拌和站工作人員嚴格按照配合比稱量原材料。配合比設計兼顧強度、回彈量、粘附性多項要求，保證按照該配合比拌制后的混凝土具有良好的性能。

3.2.2 混凝土拌和

拌和設備采用攪拌機，配套高精度的稱量裝置，保證材料用量合理；拌和時間不少于1min，使原材料均勻混合。

3.2.3 混凝土的存放和運輸

（1）隨拌隨用，盡可能縮短混凝土拌和后至使用前的間歇時間，具體依據是否摻入速凝劑而定，若摻入存放時間不超過20min，未摻入可延長至2h。

（2）提前規劃混凝土的運輸路線，準備具有足夠裝載能力的運輸車，駕駛人員裝載混凝土后，按照規劃路線平穩駕駛車輛；混凝土運輸過程中做好防護，保證其不受雨水及外部環境因素影響。

3.3 混凝土的噴射施工

（1）分段、分片、分層噴射混凝土，從下部開始向上部噴射，分段長度不超過6m。從低處開始噴射，將凹陷部位填補平整，再從下部向上分層進行。

（2）分段噴射混凝土時，為保證后續噴射有效進行，在上次噴射混凝土時留出寬度為200～300mm 的斜面，進行后一次噴射時先用壓力水潤濕斜面。

（3）分片噴射時，按照先鋼架與壁面之間、再相鄰鋼架間的流程進行，全程自下而上。對于邊墻，首先噴射墻腳部位的混凝土，再向上推進。

（4）分層噴射時，前一層混凝土終凝后安排后一層噴射，以此類推，直至噴射層數達到要求、厚度達標為止。若在前一層終凝1h 后安排后一層噴射，需先用風、水進行清理，避免存在雜物影響層間黏結穩定性。各層噴射厚度保持均勻，單層噴射厚度適中，過薄易加大噴射的回彈量，過厚會影響噴射混凝土的黏結力。一次噴射厚度需根據噴射部位、是否摻入速凝劑靈活控制，見表2。例如，拱部、邊墻的一次噴射厚度分別為5～6cm、7～10cm。頂部噴射混凝土時，兩次間隔時間需控制在2～4h，避免混凝土墜落。

（5）合適的速度噴射后，混凝土具有密實性。風壓對混凝土噴射速度有明顯影響，風壓偏小，噴射速度低，混凝土的壓實力不足，難以保證混凝土成型后的強度；風壓偏大，噴射速度加快，噴射的可控性變差，有明顯的回彈問題。因此，噴射前需觀測風壓，在風壓達到0.5MPa 時開始噴射，根據噴射部位動態調整風壓，如拱部0.4～0.65MPa、邊墻0.3～0.5MPa。

（6）噴射角度盡可能保持90°，噴嘴與受噴面距離為1.5～2.0m，以減小混凝土的回彈量，提高混凝土噴射后的密實性。噴射施工人員需控制噴嘴的運動路徑，使其做橫向環形運動，一圈壓半圈，連續進行混凝土噴射作業。鋼架、鋼筋網覆蓋受噴面時，為保證混凝土正常噴射，根據遮蓋情況適當傾斜噴嘴，至少達到70°。

（7）噴射混凝土終凝2h 后，進入養護環節，采取灑水養護的方法，時間不少于14d，灑水次數根據混凝土的濕潤程度而定。養護過程中應加強防護，避免外部因素影響混凝土的正常成型。

（8）噴射混凝土需注意以下幾點：適配PZ-5 型混凝土噴射機，正式噴射前試運行，檢驗設備的性能，判斷設備是否滿足混凝土噴射要求；噴射連續進行，非必要不中斷；輸料管穩定、可靠，可承受超過0.8MPa 的壓力；空氣壓縮機性能良好，滿足噴射工作風壓和耗風量要求；根據噴射機的施工能力準備適配的拌和設備，保證混凝土生產量充足，避免現場停機等料，如500L 的強制式拌和機就具有可行性；供水設備功能穩定，噴頭水壓超過輸料管的空氣壓力。

3.4 操作要求

3.4.1 噴射機的操作要求

①噴射機供料具有連續性，料斗內始終有充足的存料，滿足持續噴射要求。②先開風、開水，再開機，最后給料，有序進行各環節操作，噴射完成后，先停機，后關風。③噴頭部位的工作風壓穩定在0.1MPa 左右。④噴射機連續運行，若由于材料供應中斷或其他原因無法繼續噴射時，及時清理輸料管和噴料機的殘留混凝土，以防固結。

3.4.2 噴射人員的操作要求

①噴射人員需加強對現場施工環境的觀察，動態調整施工方式，如根據噴出料情況調節風壓。②噴頭與受噴面的距離適宜，保持垂直，噴射人員應緩慢移動噴頭，使其橫向環形移動，使噴射成型的噴層具有均勻性。③加強水灰比控制，使噴射到位的混凝土保持光澤，有良好的粘塑性，保證表觀質量和內部質量均達標。

4 噴射混凝土施工控制措施

4.1 混凝土回彈量控制

水利工程中，混凝土噴射施工普遍采用潮噴方法，但存在回彈量偏高的問題，混凝土在噴射過程中有明顯的損失。因此，需在保證施工質量的前提下，減小噴射混凝土的回彈量，將指標穩定在15%～24%。

4.1.1 分段分層噴射

根據噴射工程量進行劃分，分段長度不大于6m。為避免混凝土由于重力發生滑落，甚至直接脫落，應從下向上噴射混凝土。

嚴格控制噴射混凝土的風壓，有效控制增加的風壓值，增加的風壓值計算公式如下：

式中：△p—增加的風壓值（N/cm2）；

△L—輸料管增加長度（m）。

水壓超過輸料風管10～15N/cm2較為合適，在此參數關系下，從噴槍混合室內壁小孔處以較快的速度噴射高壓水，并在短時間內將混凝土拌和均勻。水灰比可影響噴射混凝土的回彈量，理論上以0.45～0.50 為宜，具體需根據實際施工條件靈活調整。

4.1.2 噴射距離和角度

按照0.6～1.2m 的噴射距離進行施工，該值偏低或偏高均會增加回彈量。從工程施工機具配置情況來看，噴頭長度普遍為0.5～0.6m，混凝土噴射過程中有回彈現象，為避免骨料反彈傷害噴射人員，應以0.6～1.2m 的噴射距離進行施工，但這并非易事，因此，可將噴頭加長至1.2～1.5m，改善噴射條件，在距受噴巖面2.0m 的位置噴射即可。同時，盡可能保持噴嘴與受噴面垂直。

4.1.3 風壓

由于風壓增加，噴射速度加快，引起骨料回彈，不利于噴射人員操作；風壓偏低時，噴射動力不足，受噴面的混凝土缺乏密實性。綜合考慮噴射效果和操作安全等多項要求，認為輸料管長度為20m時，風壓控制在100～130N/cm2較為合理。

4.2 噴射混凝土厚度控制

（1）嚴格按照設計厚度和規范控制噴射混凝土厚度，保證建設成型的初支結構和圍巖可協同發揮穩固性作用，抑制圍巖變形，為工程施工提供安全保障。

（2）初期支護采用鋼拱架時，可能出現鋼拱架間噴層厚度不足，鋼拱架部位噴射過厚的問題，整體形態呈縱向波浪形。若此問題未得到處理，將誘發以下不良影響：局部噴射層厚度不足，圍巖大幅度變形時無法提供足夠的抗力，圍巖失穩；二次襯砌混凝土澆筑時，防水板易受擠壓而破損。因此，噴射人員必須規范操作，在進行全斷面螺旋噴射時，適度加大鋼架間的噴射力度，保證各部位噴射均勻。

5 結語

綜上所述，在水利工程施工中，噴射混凝土施工技術的應用水平直接影響施工安全和施工質量，施工單位需遵循因地制宜的原則，優化噴射混凝土施工技術，拌制優質的混凝土，以科學的方法，將混凝土噴射到位。施工期間加強控制，如混凝土回彈量控制、噴射厚度控制，最終保證噴射混凝土的施工效果。