喷射混凝土施工-水工程地质缺陷加固技术

7.3.2.1　原材料

（1）应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，必要时，采用特种水泥。水泥强度等级不应低于32.5MPa。

（2）应采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5。干法喷射时，砂的含水率宜控制在5%～7%；当采用防粘料喷射机时，砂含水率可为7%～10%。

（3）应采用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不宜大于15mm，当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石材。

（4）喷射混凝土用的骨料级配宜控制在表7.16所给的范围内。

表7.16　喷射混凝土骨料通过各筛径的累计重量百分数　单位：%

（5）应采用符合质量要求的外加剂，掺外加剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。在使用速凝剂前，应做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，初凝不应大于5min，终凝不应大于10min；在采用其他类型的外加剂或几种外加剂复合使用时，也应做相应的性能试验和使用效果试验。

（6）当工程需要采用外掺料时，掺量应通过试验确定，加外掺料后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。

（7）混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，不得使用污水及pH值小于4的酸性水和含硫酸盐量按计算超过混合用水重量1%的水。

7.3.2.2　施工机具

（1）干法喷射混凝土机的性能应符合下列要求：

1）密封性能良好，输料连续均匀；

2）生产能力（混合料）为3～5m3/h；允许输送的骨料最大粒径为25mm；

3）输送距离（混合料），水平不小于100m，垂直不小于30m。

（2）湿法喷射混凝土机的性能应符合下列要求：

1）密封性能良好，输料连续均匀；

2）生产率大于5m3/h，允许骨料最大粒径为15mm；

3）混凝土输料距离，水平不小于30m，垂直不小于20m；

4）机旁粉尘小于10mg/m3。

（3）选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求；当工程需要选用单台空压机工作时，其排风量不应小于9m3/min；压风进入喷射机前，必须进行油水分离。

（4）混合料的搅拌宜采用强制式搅拌机。

（5）输料管应能承受0.8MPa以上的压力，并应有良好的耐磨性能。

（6）干法喷射混凝土施工供水设施应保证喷头处的水压为0.15～0.20MPa。

7.3.2.3　混合料的配合比与拌制

（1）混合料配合比应遵守下列规定：

1）干法喷射水泥与砂、石之重量比宜为1.0∶4.0～1.0∶4.5；水灰比宜为0.40～0.45；湿法喷射水泥与砂、石之重量比宜为1.0∶3.5～1.0∶4.0；水灰比宜为0.42～0.50，砂率宜为50%～60%；

2）速凝剂或其他外加剂的掺量应通过试验确定；

3）外掺料的添加量应符合有关技术标准的要求，并通过试验确定。

（2）原材料按重量计，称量的允许偏差应符合下列规定：

1）水泥和速凝剂均为±2%；

2）砂、石均为±3%。

（3）混合料搅拌时间应遵守下列规定：

1）采用容量小于400L的强制式搅拌机时，搅拌时间不得少于60s；

2）采用自落式或滚筒式搅拌机时，搅拌时间不得少于120s；

3）采用人工搅拌时，搅拌次数不得少于3次；

4）混合料掺有外加剂或外掺料时，搅拌时间应适当延长。

（4）混合料在运输、存放过程中，应严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入，装入喷射机前应过筛。

（5）干混合料宜随拌随用。无速凝剂掺入的混合料，存放时间不应超过2h，干混合料掺速凝剂后，存放时间不应超过20min。

（6）用于湿法喷射的混合料拌制后，应进行坍落度测定，其坍落度宜为8～12cm。

7.3.2.4　喷射前的准备工作

（1）喷射作业现场，应做好下列准备工作：

1）拆除作业面障碍物、清除开挖面的浮石和墙脚的岩渣、堆积物；

2）用高压风水冲洗受喷面；对遇水易潮解、泥化的岩层，则应用压风清扫岩面；

3）埋设控制喷射混凝土厚度的标志；

4）喷射机司机与喷射手不能直接联系时，应配备联络装置；

5）作业区应有良好的通风和足够的照明装置。

（2）喷射作业前，应对机械设备、风、水管路，输料管路和电缆线路等进行全面检查及试运转。

（3）受喷面有滴水、淋水时，喷射前应按下列方法做好治水工作：

1）有明显出水点时，可埋设导管排水；

2）导水效果不好的含水岩层，可设盲沟排水；

3）竖井淋帮水，可设截水圈排水。

（4）采用湿法喷射时，宜备有液态速凝剂，并应检查速凝剂的泵送及计量装置性能。

7.3.2.5　喷射作业

（1）喷射作业应遵守下列规定：

1）喷射作业应分段分片依次进行，喷射顺序应自下而上；

2）素喷混凝土一次喷射厚度应按照表7.17选用；

表7.17　素喷混凝土一次喷射厚度　单位：mm

3）分层喷射时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用风水清洗喷层表面；

4）喷射作业紧跟开挖工作面，对混凝土终凝到下一循环放炮时间，不应小于3h。

（2）喷射机司机的操作应遵守下列规定：

1）作业开始时，应先送风，后开机，再给料；结束时，应待料喷完后，再关风；

2）向喷射机供料应连续均匀；机器正常运转时，料斗内应保持足够的存料；

3）喷射机的工作风压，应满足喷头处的压力在0.1MPa左右；

4）喷射作业完毕或因故中断喷射时，必须将喷射机和输料管内的积料清除干净。

（3）喷射手的操作应遵守下列规定：

1）喷射手应经常保持喷头具有良好的工作性能；

2）喷头与受喷面应垂直，宜保持0.60～1.00m的距离；

3）干法喷射时，喷射手应控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

（4）喷射混凝土的回弹率，边墙不应大于15%，拱部不应大于25%。

（5）竖井喷射作业应遵守下列规定：

1）喷射机宜设置在地面，喷射机如置于井筒内时，应设置双层吊盘；

2）采用管道下料时，混合料应随用随下；

3）喷射与开挖单行作业时，喷射区段高宜与掘进段高相同，在每一段高内，可分成1.50～2.00m的小段，各小段的喷射作业应由下而上进行。

（6）喷射混凝土养护应遵守下列规定：

1）喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护；养护时间，一般工程不得少于7d，重要工程不得少于14d；

2）气温低于+5℃时，不得喷水养护。

（7）冬期施工应遵守下列规定：

1）喷射作业区的气温不应低于+5℃；

2）混合料进入喷射机的温度不应低于+5℃；

3）喷射混凝土强度在下列数值时，不得受冻：

①普通硅酸盐水泥配制的喷射混凝土低于设计强度等级30%时；

②矿渣水泥配制的喷射混凝土低于设计强度等级40%时。

7.3.2.6　钢纤维喷射混凝土施工

（1）钢纤维喷射混凝土的原材料除应符合本规范的有关规定外，还应符合下列规定：

1）钢纤维长度偏差不应超过长度公称值的±5%；

2）钢纤维不得有明显的锈蚀和油渍及其他妨碍钢纤维与水泥粘结的杂质；钢纤维内含有的因加工不良造成的粘连片、铁屑及杂质的总重量不应超过钢纤维重量的1%；

3）水泥标号不宜低于425号；(www.chuimin.cn)

4）骨料粒径不宜大于10mm。

（2）钢纤维喷射混凝土施工除应遵守本章有关规定外，还应符合下列规定：

1）搅拌混合料时，宜采用钢纤维播料机往混合料中添加钢纤维，搅拌时间不宜小于180s；

2）钢纤维在混合料中应分布均匀，不得成团；

3）在钢纤维喷射混凝土的表面宜再喷射一层厚度为10mm的水泥砂浆，其强度等级不应低于钢纤维喷射混凝土的强度等级。

7.3.2.7　钢筋网喷射混凝土施工

（1）喷射混凝土中钢筋网的铺设要遵守下列规定：

1）钢筋使用前应清除污锈；

2）钢筋网宜在岩面喷射一层混凝土后铺设，钢筋与壁面的间隙，宜为30mm；

3）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设；

4）钢筋网应与锚杆或其他锚定装置连接牢固，喷射时钢筋不得晃动。

（2）钢筋网喷射混凝土作业除应符合本章有关规定外，还应符合下列规定：

1）开始喷射时，应减小喷头与受喷面的距离，并调节喷射角度，以保证钢筋与壁面之间混凝土的密实性；

2）喷射中如有脱落的混凝土被钢筋网架住，应及时清除。

7.3.2.8　钢架喷射混凝土施工

（1）架设钢架应遵守下列规定：

1）安装前，应检查钢架制作质量是否符合设计要求；

2）钢架安装允许偏差，横向和高程均为±50mm，垂直度为±2°；

3）钢架立柱埋入底板深度应符合设计要求，并不得置于浮渣上；

4）钢架与壁面之间必须楔紧，相邻钢架之间应连接牢靠。（2）钢架喷射混凝土施工除应符合本章有关规定外，还应遵守下列规定：

1）钢架与壁面之间的间隙必须用喷射混凝土充填密实；

2）喷射顺序，应先喷射钢架与壁面之间的混凝土，后喷射钢架之间的混凝土；

3）除可缩性钢架的可缩节点部位外，钢架应被喷射混凝土覆盖。

7.3.2.9　水泥裹砂喷射混凝土施工

（1）水泥裹砂喷射混凝土施工所用设备除应遵守本规范第8.2节的规定外，还应符合下列要求：

1）砂浆输送泵宜选用液压双缸式、螺旋式或挤压式，也可采用单缸式。砂浆泵的性能应符合下列要求：

①砂浆输送能力不应小于4m3/h；

②砂浆输送能力在0～4m3/h内宜为无级可调；

③砂浆输出压力应能保证施工过程中输料管叉管处砂浆的压力不小于0.3MPa；

④使用单缸式砂浆输送泵时，应保证喷射作业时砂浆的输送脉冲间隔时间不超过0.4s。

2）砂浆拌制设备宜采用反向双转式或行星式水泥裹砂机，也可以采用强制式混凝土搅拌机。

（2）水泥裹砂喷射混凝土的配合比除应遵守第7.3.2.3条有关条文规定外，还应符合下列要求：

1）水泥用量宜为350～400kg/m3；

2）水灰比宜为0.4～0.52；

3）砂率宜为55%～70%；

4）裹砂砂浆内的含砂量宜为总用砂量的50%～75%；

5）裹砂砂浆内的水泥用量宜为总水泥用量的90%；砂浆内宜掺高效减水剂。

（3）水泥裹砂砂浆的拌制应遵守下列规定：

1）水泥裹砂造壳时的水灰比宜为0.2～0.3，造壳搅拌时间为60～150s，二次加水后的搅拌时间宜为30～90s；减水剂应在二次加水时加入搅拌机；

2）使用掺和料时，则掺和料应与水泥同时加入搅拌机。

（4）混合料的拌制应遵守第7.3.2.3条有关条文的规定。

（5）水泥裹砂喷射混凝土作业除应遵守第7.3.2.5条有关规定外，还应遵守下列规定：

1）作业开始时，喷射机先送风；砂浆泵按预定输送量送裹砂砂浆；待喷头开始喷出砂浆时，喷射机输送混合料；

2）调整砂浆泵的压力，使喷出的混凝土具有适宜的稠度；

3）喷射作业结束时，喷射机先停止送料后，砂浆泵停止输送砂浆，待喷头处没有物料喷出时，停止送风；

4）一次喷射厚度可按照表7.17的规定增加20%。

7.3.2.10　喷射混凝土强度质量的控制

（1）重要工程的喷射混凝土施工，宜根据喷射混凝土现场28d龄期抗压强度的试验结果，按本规范附录D的格式绘制抗压强度质量图，控制喷射混凝土抗压强度。

（2）喷射混凝土的匀质性，可以现场28d龄期喷射混凝土抗压强度的标准差和变异系数，按表7.18的控制水平表示。

表7.18　喷射混凝土的匀质性指标

（3）喷射混凝土施工中应达到的平均抗压强度可按下式计算：

式中　fck——施工阶段喷射混凝土应达到的平均抗压强度，MPa；

fc——喷射混凝土抗压强度设计值，MPa；

S——标准差，MPa。

7.3.2.11　联合支护施工

（1）锚杆、钢筋网喷射混凝土作业。

1）钢筋网的钢筋规格、钢材质量、网格尺寸，应满足设计要求。铺设前应做除锈、除污处理。

2）钢筋网可人工在现场铺设，也可在加工厂焊接成一定尺寸的钢筋网片，运至现场成片铺设。钢筋网应沿开挖面铺设，与岩面距离宜为30～50mm。钢筋网应同锚杆连接牢固，相邻铺设的钢筋网应搭接，搭接时纵横钢筋网应对应，搭接长度不应小于200mm。

3）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被第一层喷射混凝土覆盖后再铺设。

4）钢筋网喷射混凝土作业时，应遵守下列规定：

①应适当减少喷头与受喷面的距离，并调整喷射角度，避免喷头正对钢筋；

②喷射中如有脱落的混凝土被钢筋网架住，或回弹物散落在钢筋网与岩面之间应及时清除。

5）钢筋网的保护层厚度不应小于20mm，对于过水的水工隧洞不宜小于50mm。

（2）锚杆、钢拱架、钢筋网喷射混凝土支护作业。

1）钢拱架喷射混凝土作业应根据围岩变形特性及时施作。

2）钢拱架的架设应遵守下列规定：

①对设计要求铺设钢拱架部位的岩体，应严格按设计要求的轮廓线开挖；

②钢拱架应根据设计图纸并考虑可能发生的超挖在专门加工厂分3～4段制成半成品，运至施工现场快速拼装。分段制作的半成品钢拱架，应能适应地下洞室可能发生的断面尺寸的变化；

③检查钢拱架制作质量是否符合设计要求；

④钢拱架安装允许偏差：横向间距和高程为±50mm，垂直度为±2°；

⑤钢拱架同壁面应紧密接触，与围岩的空隙应用喷射混凝土充填。

3）锚杆采用梅花形布置时，每榀钢拱架至少应与3根锚杆相连接。

4）钢拱架安装后，应立即铺设钢筋网并在钢拱架之间喷射混凝土，喷射混凝土厚度应根据设计或原位监测结果确定，但不应小于70mm。

5）安装钢拱架部位，应加密布设原位监测仪器，加密观测次数，及时整理观测资料，分析围岩及支护的稳定状况，必要时调整支护参数和施工方法。

（3）特殊地质条件下的联合支护施工。

1）在松散、软弱、破碎等稳定性差的围岩中进行锚喷支护施工时，应遵守下列规定：

①应及时进行施工期现场量测，监视围岩或支护后的变形情况，掌握好支护时机，及时调整支护方案和支护参数；

②支护应紧跟工作面进行，必要时应及时封闭掌子面、设置超前锚杆与封闭仰拱；

③喷射混凝土作业完成后4h，锚杆安装完成后8h，监测仪器埋设后1h方可进行下一循环的开挖作业。

2）在岩石破碎、地下水发育的地段，可采用集中导水或超前灌浆的办法开挖，开挖后立即喷射防水型早强混凝土封闭开挖面，再设置钢拱架、锚杆等其他综合性支护措施。

3）在易风化、吸水膨胀、失水剥落等围岩中，开挖后应立即用喷射混凝土封闭开挖面。

4）对可能塌落或滑动的危石进行加固时应遵守下列规定：

①对出现在拱部的危石应先喷射混凝土再安装锚杆；

②对边墙出露的大面积塌滑区，应根据危石的结构情况采用先锚后挖或边挖边锚的原则逐层施工。

5）在特殊地质条件下，各种支护施作后，应加强安全监测工作，遇有异常变化应立即采取补强措施。