喷射混凝土是借助喷射机械, 利用压缩空气或其他动力, 将按一定比例配合的水泥、砂、石等拌合料, 通过管道以高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。
(1) 及时效应:喷射混凝土可在地下工程开挖后几小时内施作, 能充分利用开挖面的端部支承效应, 并迅速对裸露岩面提供连续的支护抗力, 避免围岩处于单轴或双轴受力状态, 保护围岩的固有强度, 以保持围岩稳定。 (2) 整合效应:喷射混凝土能射入岩层表面张开的节理裂隙, 把被裂隙分割的岩体整合起来, 有利于阻止岩块松动, 控制围岩变形发展;喷射混凝土填补隧道表面坑坑洼洼的不平整处, 避免或缓减了危岩处的应力集中, 并可使隧洞拱部岩层的法向应力转化为切向应力, 形成岩石拱, 有效发挥了岩层的自支承能力。 (3) 粘结效应:喷射混凝土与围岩紧密粘结和咬合, 在充分清洗围岩表面的条件下, 喷层与围岩间的粘结强度通常大于1.0MPa, 能在结合面上传递拉应力和剪应力。这样, 当喷射混凝土的粘结强度与抗剪强度足以抵抗局部危岩的坠落或滑移时, 则一定范围内的岩层将参与承载结构作用, 形成“岩石-喷射混凝土”共同工作的整体承载结构。 (4) 柔性效应:由于喷层可沿岩面施作薄层支护, 较厚的喷层支护可分期完成, 喷射混凝土当中也可掺入钢纤维等以显著改善其韧性;能与锚杆结合使用等特点, 喷射混凝土支护既有均匀连续的支护抗力, 又有良好的柔性, 对控制围岩的初始变形特别重要。
湿喷法喷射混凝土是将湿拌合料 (水泥、骨料、水) 借助喷射机由泵送或风送的方式输送至喷嘴处与液态速凝剂混合后喷射到受喷面。
喷射混凝土的骨料应按设计的质量配料, 只有在原材料表观密度经准确测定的情况下才可以换算后按体积进行配料。向搅拌机投料的顺序为:先投入细骨料, 再投入水泥, 加水拌合后投入粗骨料。对于湿法施工的喷射混凝土, 必须进行砂子含水率的测定, 以便修正混凝土的用水量, 获得期望的拌合物坍落度。在湿拌合料运到工地后应进行适当的搅拌以防止运输过程中离析带来的不利影响。
(1) 待喷面的准备工作:岩面的准备工作主要包括撬落危石和喷水冲洗。在松动岩层中, 必须清除松动的岩块;在剥落地层中, 只应迅速撬掉最松动的石板或石片, 更多的撬落并无好处;在超应力或挤压性地层中不应撬落岩石。冲洗待喷面可通过料管吹入压缩空气并在喷嘴处加水, 采用风——水射流冲洗断层泥最有效;对于土层, 其表面要严格压实和整平, 不能向冻结、松散和积水的地层表面喷射混凝土。凡有加强钢筋 (丝) 网时, 为了不至于出现反弹, 要将钢筋网牢固固定在受喷面的基层上。 (2) 喷射机的操作:喷射机的操作可影响回弹、混凝土的密实性和料流的均匀性。喷射机的操作主要是正确控制工作风压和保证喷嘴料流的均匀性。工作风压同输料管的程度、喷嘴离喷射机出料口水平的高度、拌合料的配合比、含水率等因素有关。当输料管路长20m且喷嘴与喷射机出料口的高差小于5m时, 喷射机处的工作风压一般为0.12m～0.14m。湿喷材料内的速凝剂分布取决于料流的均匀性。如果料流不匀, 则结构物内某些部分的材料只有很少的速凝剂, 而其他部位速凝剂又有些过度。速凝剂少的部分将造成材料脱落, 特别在坍落度高的情况下;而速凝剂过多的部分将使极限强度大大降低。 (3) 减小回弹和回弹物的窝积:回弹与原材料配合比、施工方法、喷射部位和一次喷层厚度关系很大。为此, 应选择较小的粗骨料尺寸, 增大水泥、砂率和用水量。喷射料流应与受喷面保持垂直, 这时回弹最小。回弹物的窝积一是由于钢筋遮挡, 从工艺角度来说, 喷射混凝土结构的钢筋直径不应超过40mm。二是由于直角边缘, 必须避免, 在样板根部要提供释放冲击力和逸出回弹物的条件。三是由于喷射手由上往下喷射也造成回弹物窝积, 必须避免。
喷射混凝土水泥用量较大, 凝结硬化速度快。为使混凝土的强度均匀增加, 减少产生不正常收缩, 必须认真做好混凝土的养护。喷射后的7d内对于养护最为关键, 此后喷射混凝土已取得足够的抗拉强度来抵制收缩应变, 并且靠近暴露面的渗透率也降低到足以使混凝土内部失水最少。喷射混凝土终凝两小时后, 应喷水养护。对于地下工程养护时间不少于7昼夜, 当地下工程内相对湿度大于85%时, 也可采用自然养护。喷射混凝土受冻前必须具有足够的强度。规范规定:普通硅酸盐水泥配制的喷射混凝土低于设计强度的30%和矿渣硅酸盐水泥配制的喷射混凝土低于设计强度的40%不得受冻。
在喷射混凝土施工中, 由于质量控制不严, 往往会造成喷射混凝土支护的局部损坏, 主要表现为以下几点。
(1) 开裂、剥落:岩层压力引起的喷射混凝土开裂或剥落, 通常有以下情况: (1) 松软破碎岩层中的巷道岔口三角柱处, 喷射混凝土厚度不足。 (2) 松软破碎岩层中的巷道顶板凸鼓处, 喷层厚度不足。 (3) 巷道表面有凸出的大块危岩未清除, 喷层厚度不足。 (4) 松软的塑性岩层中, 侧帮基底浮渣未清理。
必须保证喷层有足够的厚度和刚度, 以防止不稳定的以至塑性岩层的松裂或往巷道内挤压。此外, 还要在支护前排除一切不利因素, 如彻底清洗岩面和清理侧壁基底的浮渣, 撬掉活石。对于岔口三角柱处, 则更应谨慎处理, 除加大喷层厚度外, 必要时还应酌情配置钢筋网或钢骨架。
(2) 空鼓:造成空鼓的原因, 除部分为松动岩块没有清理以外, 一般是由粘结力不足而引起的: (1) 岩层表面没有清洗干净。 (2) 喷射前岩层表面没有充分湿润, 喷层内部分水分为干燥的岩石吸收, 水泥水化不充分, 影响了界面间的粘结力。 (3) 平整光滑的节理面。 (4) 围岩表面有渗水。
对于喷射混凝土支护层开裂、剥落、空鼓、渗漏等损坏的处理, 可按以下方法进行: (1) 由岩层压力引起的混凝土开裂或剥落, 应将开裂或脱落部分铲除干净, 然后补喷混凝土, 厚度应大于100mm, 必要时还可以敷设钢丝网或加设锚杆。 (2) 支护层渗漏严重, 而又影响使用者, 则应将水引走, 并凿除表层白色碳酸钙重新补喷混凝土, 必要时可敷设钢丝网后再喷混凝土。
喷射混凝土具有较高的力学强度和良好的耐久性, 特别是与岩层、混凝土、砖石、钢材有高的粘结强度, 可以在结合面上传递拉应力和剪应力, 在工艺方面也具有一系列现浇混凝土不能比拟的优点, 因此, 在地下工程如矿山巷道、交通隧道、地下铁路及各类用途的洞室 (地下电站、仓库等) 的支护衬砌中广泛应用。
摘要：综述了地下工程喷射混凝土的支护作用的原理, 在简要介绍喷射混凝土的施工步骤基础上探讨了喷层病害原因及防治措施。
关键词：喷射混凝土,支护,施工步骤
[1] 王国欣.喷射混凝土施工质量控制[J].陕西水利, 2002, 1.
[2] 冯宝红.隧道工程喷射混凝土施工质量控制分析[J].中国新技术新产品, 2010, 12.
推荐阅读：
智能混凝土应用07-21
高性能混凝土应用技术总结06-25
水利水电高压喷射灌浆技术研究论文07-27
三峡工程混凝土原材料及混凝土质量10-29
混凝土工程检查验收07-08
混凝土工程实施要点09-23
沥青混凝土路面工程施工方案10-11
船闸工程大体积混凝土浇筑施工方案09-11
地铁工程混凝土开裂原因及综合防治05-26
桥梁工程中大体积混凝土裂缝问题分析论文09-16
