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摘要：喷射混凝土作为围岩开挖的主要支护构件起着相当大的作用，喷射混凝土是利用压缩空气把按一定的配合比的混凝土由喷射机的喷射口以高速高压喷出，从而在被喷面形成混凝土层。喷射砼的配合比设计和技术方法不同普通混凝土，它具有自身的工艺特点。其配比一般采用经验和图表计算来确定。本文结合施工情况，介绍了细石喷射混凝土技术混凝土配合比设计及选定、施工工艺的控制要点。
关键词：喷射混凝土 配比设计 调整 工艺控制
0 引言
随着我国基础建设的持续快速发展，地下工程的数量也在不断增长，象隧道工程多处在比较偏僻的无天然砂区，如果需要大量天然砂时，就必须从外地运送，不仅增加工程成本，而且直接影响工程的安全、质量和进度。最后，天然砂作为不可再生资源，在我国好多地方已经日趋贫乏，像广西三江县原天然砂非常丰富，近年由于基础建设的加速发展，现许多江河段已出现无砂可采的情况。本文喷射混凝土是由水、水泥及小石子、人工砂组成的混凝土，性能好、成本低、生产效率高。将人工砂喷射混凝土应用到隧道或地下工程的初期支护，不仅可以缓解天然砂的短缺问题，还有着良好的社会效益和经济效益。
本文结合三江县龙吉大道上寨隧道工程所用喷射混凝土，阐述喷射混凝土配合比的设计方法。
1 喷射混凝土的设计思路
喷射混凝土是利用压缩空气把按一定配合比的混凝土由喷射机的喷射口以高速高压喷出，从而在被喷面形成混凝土层。在较短的时间内凝结成为密实均匀的混凝土。与传统的浇筑混凝土不同，喷射混凝土不需要立模、振捣，而是依据高速喷射的动能将混合料连续喷敷到受喷面上，冲击、挤压达到密实。
喷射混凝土喷射施工方法有干、湿两种工艺，湿法喷射工艺是预先在搅拌机里将所有材料搅拌好再喷射，干法喷射工艺则是水泥和集料搅拌混合均匀后从一个喷嘴射出，同时从另一个喷嘴喷水，在喷水处开始和干料混合成混凝土，本项目采用的是干法工艺。该隧道仰坡、初衬混凝土为C20喷射混凝土。针对上寨隧道C20级喷射混凝土干法施工工艺，我们配合比的设计思想是：
1.1 首先，要认识到喷射混凝土是唯一能够与围岩大面积的、牢固接触的一种方式，是其他方式不能代替的。
1.2 喷射混凝土与岩层的附着力可以把作用在喷射混凝土上的外力分散到围岩上，同时也提供了隧道周边的裂隙和节理等以剪节阻力保持块体的平衡，防止局部掉块，在隧道壁面附近形成一承载环。
1.3 给予约束围岩变形的支护力，使围岩保持近于三维的应力壮态，控制围岩的应力释放。具有能够将土压力传递到钢支撑和锚杆上的作用。
1.4 必须能向上喷射到设计要求的厚度，并且回弹最少；4~8小时的强度应能具体有控制变形的能力；在速凝剂用量满足可喷性和早期强度的要求下，必须达到设计的28d强度，有良好的耐久性；不发生管路堵塞。
2 原材料的选择和技术要求
为此，我们决定干喷配合比时，参考了许多有关实例，对混凝土的品质、经济性、作业性等决定首先从原材料入手。
2.1 水泥、速凝剂的選定：综合考虑各方面的因素，水泥选定是海螺P.O42.5、鱼峰P.O42.5。（试验结果略）检验合格，加入速凝剂做了比对，两种水泥与湖南西利德XLD-1速凝剂相容性良好。
2.2 砂子的选定：随着三江县基础建设的持续快速发展，周边大型工程的数量也在不断增长，现已出现无砂可采的情况。我们最终选定了三江县斗江镇砂场的机制砂，（试验结果略）检验合格。
2.3 粗骨料的选定：卵石、碎石均可。为了减少回弹，粗骨料最大粒径不大于20mm，根据喷射混凝土喷射机输送管直径的大小以及当地周围石料厂碎石的质量和价格来选定的。在保证混凝土质量要求的前提下，本着降低生产成本的目的，我们选用了融安碎石场生产的4.75～16mm的碎石，（试验结果略）检验合格。
2.4 水：混凝土的拌和水是当地的山区饮用水，其性能指标经检验符合混凝土拌和用水要求，（试验结果略）检验合格。
3 喷射混凝土配合比的拟定
3.1 选择粗集料的最大粒径
粗集料的最大粒径Dmax不得大于喷射系统输料管道最小断面直径的1/3～2/5；亦不宜超过一次喷射厚度的1/3。喷射机管内直径为76mm。
Dm=76×1/3=25.33＞16mm
3.2 砂率按下式计算：
Sp=140.63Dmax-0.3447=140.63×16-0.3447=54%
式中：Sp——砂率（%）
Dmax—粗集料的最大粒径（mm）。
3.3 计算水泥用量
水泥用量按下式计算：
C0=782.4Dmax-0.2377·B=782.416-0.2347=405（Kg）
式中：C0—水泥用量
B—检验调整系数，取1。
3.4 选择速凝剂及其用量
Q0=△g×C0=3%×405=12.15（Kg）
式中：Q0—速凝剂用量
△g—速凝剂占水泥用量的百分比%
CO－水泥用量。
3.5 确定水灰比及其用水量
水灰比按下式计算：
W/C=0.45Sp＋0.2475=0.45×0.54+0.2475=0.49
式中：W/C—水灰比
Sp—砂率（%）。
用水量按下式计算：
W0=W/C·C0=0.49×405=198.45取199Kg
3.6 计算砂、石用量
砂、石占用体积
VS＋G=1000—[(W0/ρW＋C0/ρC＋Q0/ρq)＋10·α]
=1000－[(199/1＋405/3.1＋12.15/2.95)＋10×1]
=1000－331.555=656.236取656Kg
砂用量S0=VS＋G·SP·ρS=656×54%×2.641=936Kg
碎石用量G0=VS＋G·（1—SP）·ρq
=656×（1－54%）×2.68=809Kg
3.7 初步配合比
水泥：砂：碎石：速凝剂：水=405：936：809：12.15：199
=1：2.311：1.998：0.03：0.49
3.8 试配和调整
喷射混凝土配合比调整的目的就是使混凝土不仅满足强度的需要，而且也要满足施工工作性的需要，以不堵管、回弹少、附着性好的喷射混凝土配合比为最佳喷射混凝土配合比，同时还应注意环境保护。
3.8.1 砂率的调整：砂率的调整随混凝土回弹量的大小而定。回弹量大时，应增加砂率；回弹量小时，应减少砂率。通过基准配比得出，确定实喷率：实喷率按下式计算：
P=0.637×1.2018SP·M=0.637×1.20180.54×1.05=0.739
式中：P—实喷率
SP—砂率
M—施工技术控制系数（取1.05）。
3.8.2 确定回弹率
设1：S′0：G′0：Q′0：W0′—喷射混凝土初步配合比
W/C—水灰比；K—回弹率；γ′g—1m3干拌和物容重；γz—实喷混凝土容重
因为P=（1—K）·（1+1/1+S′0＋G′0＋Q′0×W/C）·γ′z/γz
所以K=[1—P/（1+1/1+S′0＋G′0＋Q′0×W/C）×γz/γz′]×100%
由初步配合比得出：1：S′0：G′0：Q′0=1：2.311：1.998：0.03测得拌和物的容重为2185.42Kg/m3，实喷容重为2310Kg/m3。
按K=[1—P/（1+1/1+S′0＋G′0＋Q′0×W/C）×γz/γz′]×100%计算
K=[1—0.739/（1+1/1+2.311＋1.988＋0.03×0.49）×2285.42/
2025.17]×100%
K=23.6%
3.8.3 用水量的调整：依据上述单位用水量确定的思想，我们在施工工地现场对拟定的喷射混凝土配合比的用水量进行试喷和调整，通过几次试喷确定隧道仰坡单方用水量为215kg。
3.8.4 水泥用量、用水量的调整：在工地现场，试喷时采用喷大板切割法，即在450mm×350mm×120mm的模板内喷入混凝土，然后将表面轻轻抹平，第二天拆模，取一组做1天的强度试验，用切割机切去周边，加工成100mm×100mm×100mm的试件，其他各留样做7天、28天强度试验。能满足设计强度的水灰比、最小水泥用量的配合比为最佳混凝土。通过试喷试验及强度检验，确定上寨隧道C20喷射砼水泥用量为439kg最佳。
综上所述，隧道仰坡的喷射混凝土配合比确定如下：
4 结束语
喷射混凝土在隧道工程、地下工程中使用量越来越多，应用很广的一种混凝土。喷射混凝土配合比的设计与普通混凝土配合比的设计有很大差别，有相同点，也有不同处，不能按照普通混凝土配合比的常规设计方法来设计。喷射混凝土配合比的设计在遵循规范的前提下，还应注重试喷的配比调整。喷射中，喷射面的混凝土不仅要满足喷面和回弹率少的要求，还应满足强度、和易性的要求，而且喷射混凝土的配比和品质，因喷射面的状态和喷射工的熟练程度面有很大的关系。为此，决定干喷射混凝土配比时，还应参考有关实例、附着的混凝土品质、经济性、作业性等决定。还应考虑压送中不产生闭塞和脉动；回弹及粉尘少；喷射混凝土不产生剥离、剥落及流淌，以满足设计和施工需要。
参考文献：
[1]周水兴，何兆益，邹毅松·路桥施工计算手册·人民交通出版社..
[2]张应力.现代混凝土配合比设计手册·人民交通出版社.
[3]中华人民共和国交通部发布.JTG/T F60—2009《公路隧道施工技术规范》·人民交通出版社.
[4]徐培华，王安玲·公路工程混合料配合比设计与试验技术手册·人民交通出版社.
[5]关宝树·隧道施工要点集·人民交通出版社.
关键词：喷射混凝土 配比设计 调整 工艺控制
0 引言
随着我国基础建设的持续快速发展，地下工程的数量也在不断增长，象隧道工程多处在比较偏僻的无天然砂区，如果需要大量天然砂时，就必须从外地运送，不仅增加工程成本，而且直接影响工程的安全、质量和进度。最后，天然砂作为不可再生资源，在我国好多地方已经日趋贫乏，像广西三江县原天然砂非常丰富，近年由于基础建设的加速发展，现许多江河段已出现无砂可采的情况。本文喷射混凝土是由水、水泥及小石子、人工砂组成的混凝土，性能好、成本低、生产效率高。将人工砂喷射混凝土应用到隧道或地下工程的初期支护，不仅可以缓解天然砂的短缺问题，还有着良好的社会效益和经济效益。
本文结合三江县龙吉大道上寨隧道工程所用喷射混凝土，阐述喷射混凝土配合比的设计方法。
1 喷射混凝土的设计思路
喷射混凝土是利用压缩空气把按一定配合比的混凝土由喷射机的喷射口以高速高压喷出，从而在被喷面形成混凝土层。在较短的时间内凝结成为密实均匀的混凝土。与传统的浇筑混凝土不同，喷射混凝土不需要立模、振捣，而是依据高速喷射的动能将混合料连续喷敷到受喷面上，冲击、挤压达到密实。
喷射混凝土喷射施工方法有干、湿两种工艺，湿法喷射工艺是预先在搅拌机里将所有材料搅拌好再喷射，干法喷射工艺则是水泥和集料搅拌混合均匀后从一个喷嘴射出，同时从另一个喷嘴喷水，在喷水处开始和干料混合成混凝土，本项目采用的是干法工艺。该隧道仰坡、初衬混凝土为C20喷射混凝土。针对上寨隧道C20级喷射混凝土干法施工工艺，我们配合比的设计思想是：
1.1 首先，要认识到喷射混凝土是唯一能够与围岩大面积的、牢固接触的一种方式，是其他方式不能代替的。
1.2 喷射混凝土与岩层的附着力可以把作用在喷射混凝土上的外力分散到围岩上，同时也提供了隧道周边的裂隙和节理等以剪节阻力保持块体的平衡，防止局部掉块，在隧道壁面附近形成一承载环。
1.3 给予约束围岩变形的支护力，使围岩保持近于三维的应力壮态，控制围岩的应力释放。具有能够将土压力传递到钢支撑和锚杆上的作用。
1.4 必须能向上喷射到设计要求的厚度，并且回弹最少；4~8小时的强度应能具体有控制变形的能力；在速凝剂用量满足可喷性和早期强度的要求下，必须达到设计的28d强度，有良好的耐久性；不发生管路堵塞。
2 原材料的选择和技术要求
为此，我们决定干喷配合比时，参考了许多有关实例，对混凝土的品质、经济性、作业性等决定首先从原材料入手。
2.1 水泥、速凝剂的選定：综合考虑各方面的因素，水泥选定是海螺P.O42.5、鱼峰P.O42.5。（试验结果略）检验合格，加入速凝剂做了比对，两种水泥与湖南西利德XLD-1速凝剂相容性良好。
2.2 砂子的选定：随着三江县基础建设的持续快速发展，周边大型工程的数量也在不断增长，现已出现无砂可采的情况。我们最终选定了三江县斗江镇砂场的机制砂，（试验结果略）检验合格。
2.3 粗骨料的选定：卵石、碎石均可。为了减少回弹，粗骨料最大粒径不大于20mm，根据喷射混凝土喷射机输送管直径的大小以及当地周围石料厂碎石的质量和价格来选定的。在保证混凝土质量要求的前提下，本着降低生产成本的目的，我们选用了融安碎石场生产的4.75～16mm的碎石，（试验结果略）检验合格。
2.4 水：混凝土的拌和水是当地的山区饮用水，其性能指标经检验符合混凝土拌和用水要求，（试验结果略）检验合格。
3 喷射混凝土配合比的拟定
3.1 选择粗集料的最大粒径
粗集料的最大粒径Dmax不得大于喷射系统输料管道最小断面直径的1/3～2/5；亦不宜超过一次喷射厚度的1/3。喷射机管内直径为76mm。
Dm=76×1/3=25.33＞16mm
3.2 砂率按下式计算：
Sp=140.63Dmax-0.3447=140.63×16-0.3447=54%
式中：Sp——砂率（%）
Dmax—粗集料的最大粒径（mm）。
3.3 计算水泥用量
水泥用量按下式计算：
C0=782.4Dmax-0.2377·B=782.416-0.2347=405（Kg）
式中：C0—水泥用量
B—检验调整系数，取1。
3.4 选择速凝剂及其用量
Q0=△g×C0=3%×405=12.15（Kg）
式中：Q0—速凝剂用量
△g—速凝剂占水泥用量的百分比%
CO－水泥用量。
3.5 确定水灰比及其用水量
水灰比按下式计算：
W/C=0.45Sp＋0.2475=0.45×0.54+0.2475=0.49
式中：W/C—水灰比
Sp—砂率（%）。
用水量按下式计算：
W0=W/C·C0=0.49×405=198.45取199Kg
3.6 计算砂、石用量
砂、石占用体积
VS＋G=1000—[(W0/ρW＋C0/ρC＋Q0/ρq)＋10·α]
=1000－[(199/1＋405/3.1＋12.15/2.95)＋10×1]
=1000－331.555=656.236取656Kg
砂用量S0=VS＋G·SP·ρS=656×54%×2.641=936Kg
碎石用量G0=VS＋G·（1—SP）·ρq
=656×（1－54%）×2.68=809Kg
3.7 初步配合比
水泥：砂：碎石：速凝剂：水=405：936：809：12.15：199
=1：2.311：1.998：0.03：0.49
3.8 试配和调整
喷射混凝土配合比调整的目的就是使混凝土不仅满足强度的需要，而且也要满足施工工作性的需要，以不堵管、回弹少、附着性好的喷射混凝土配合比为最佳喷射混凝土配合比，同时还应注意环境保护。
3.8.1 砂率的调整：砂率的调整随混凝土回弹量的大小而定。回弹量大时，应增加砂率；回弹量小时，应减少砂率。通过基准配比得出，确定实喷率：实喷率按下式计算：
P=0.637×1.2018SP·M=0.637×1.20180.54×1.05=0.739
式中：P—实喷率
SP—砂率
M—施工技术控制系数（取1.05）。
3.8.2 确定回弹率
设1：S′0：G′0：Q′0：W0′—喷射混凝土初步配合比
W/C—水灰比；K—回弹率；γ′g—1m3干拌和物容重；γz—实喷混凝土容重
因为P=（1—K）·（1+1/1+S′0＋G′0＋Q′0×W/C）·γ′z/γz
所以K=[1—P/（1+1/1+S′0＋G′0＋Q′0×W/C）×γz/γz′]×100%
由初步配合比得出：1：S′0：G′0：Q′0=1：2.311：1.998：0.03测得拌和物的容重为2185.42Kg/m3，实喷容重为2310Kg/m3。
按K=[1—P/（1+1/1+S′0＋G′0＋Q′0×W/C）×γz/γz′]×100%计算
K=[1—0.739/（1+1/1+2.311＋1.988＋0.03×0.49）×2285.42/
2025.17]×100%
K=23.6%
3.8.3 用水量的调整：依据上述单位用水量确定的思想，我们在施工工地现场对拟定的喷射混凝土配合比的用水量进行试喷和调整，通过几次试喷确定隧道仰坡单方用水量为215kg。
3.8.4 水泥用量、用水量的调整：在工地现场，试喷时采用喷大板切割法，即在450mm×350mm×120mm的模板内喷入混凝土，然后将表面轻轻抹平，第二天拆模，取一组做1天的强度试验，用切割机切去周边，加工成100mm×100mm×100mm的试件，其他各留样做7天、28天强度试验。能满足设计强度的水灰比、最小水泥用量的配合比为最佳混凝土。通过试喷试验及强度检验，确定上寨隧道C20喷射砼水泥用量为439kg最佳。
综上所述，隧道仰坡的喷射混凝土配合比确定如下：
4 结束语
喷射混凝土在隧道工程、地下工程中使用量越来越多，应用很广的一种混凝土。喷射混凝土配合比的设计与普通混凝土配合比的设计有很大差别，有相同点，也有不同处，不能按照普通混凝土配合比的常规设计方法来设计。喷射混凝土配合比的设计在遵循规范的前提下，还应注重试喷的配比调整。喷射中，喷射面的混凝土不仅要满足喷面和回弹率少的要求，还应满足强度、和易性的要求，而且喷射混凝土的配比和品质，因喷射面的状态和喷射工的熟练程度面有很大的关系。为此，决定干喷射混凝土配比时，还应参考有关实例、附着的混凝土品质、经济性、作业性等决定。还应考虑压送中不产生闭塞和脉动；回弹及粉尘少；喷射混凝土不产生剥离、剥落及流淌，以满足设计和施工需要。
参考文献：
[1]周水兴，何兆益，邹毅松·路桥施工计算手册·人民交通出版社..
[2]张应力.现代混凝土配合比设计手册·人民交通出版社.
[3]中华人民共和国交通部发布.JTG/T F60—2009《公路隧道施工技术规范》·人民交通出版社.
[4]徐培华，王安玲·公路工程混合料配合比设计与试验技术手册·人民交通出版社.
[5]关宝树·隧道施工要点集·人民交通出版社.