张石（张家口—石家庄）高速公路二期L13标隧道仰坡喷射混凝土配合比的设计

摘要：本文结合张石（张家口—石家庄）高速公路明铺隧道仰坡工程所用喷射混凝土，阐述喷射混凝土配合比的设计方法。

关键词：张石（张家口—石家庄）高速公路  喷射混凝土   配合比   调整

一、引言：

    喷射混凝土是借助喷射机械，利用空气或其他动力，将遇到配合比的水泥砂子石子以及外加剂等混合料通过喷枪喷射到受喷面上，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。

    喷射混凝土按混凝土混合料在喷枪处的状态分干喷、湿喷和潮喷混凝土。将混凝土拌合物输送至喷枪处加压喷出的混凝土称为湿喷混凝土。干喷法是将水泥、砂子、碎石按配比用强制式搅拌机搅拌均匀，再投入到干式喷射机内用压缩空气输送到喷枪处，加水混合后，以一定的压力和距离喷射到受喷面上。湿喷工艺大大减少了喷射时的粉尘，但湿喷工艺设备复杂、费用昂贵。潮喷是介于干喷和湿喷之间的工艺，将骨料预加水，浸润成潮湿状，再加水泥拌合，从而降低上料和喷射时的粉尘。

    喷射混凝土是集运输、浇注和振捣于一体，因其工序简单，施工灵活、机动而被广泛地应用在地下工程、边坡加固支护、基坑护壁、建筑结构修复、隧道支护等工程中。

    张石（张家口—石家庄）高速公路二期大部分位于张家口南部山区。从化稍营到蔚县，多山多峡谷的地形地貌决定了该工程多隧道多桥的工程特点，张石高速公路二期L13标仅仅2km的标段中，就有3段路基、4条隧道、2个涵洞、6座桥。明铺隧道是L13标的一项重要工程。该隧道仰坡混凝土为C25级喷射混凝土。

二、喷射混凝土配合比的设计思想

    就明铺隧道的仰坡C25级喷射混凝土配合比的设计，我们的设计思想是：首先，按照GB50086—2001《锚杆支护技术规范》的规定，根据施工工艺的不同选择、提出基准配合比（湿喷工艺：灰骨比为1:3.5～4.0，水灰比为0.4～0.5；干喷工艺：灰骨比为1:4～4.5，水灰比为0.4～0.45。砂率为50%～60%）。

    其次，以基准配合比为基础，在施工工地现场试喷，依据试喷情况进行对水泥、用水量以及砂率进行调整和对混凝土强度进行验证。 

三、原材料的选择：

     所有该工程原材料的选定都是按照国家规范和行业规范的要求并结合张南山区的实际情况选定的。

（1）水泥的选定：业主指定的水泥厂家有内蒙古乌兰水泥厂、天津冀东水泥有限公司、山西大同水泥厂、河北下花园晨光水泥有限公司、河北黄羊山水泥厂等五家。所有厂家的供应商都送来了样品，经送检、自检合格，综合考虑各方面的因素，最后选定了具有供应条件的内蒙古乌兰水泥厂的水泥。

各厂家的P.O32.5R水泥指标如下：

（2）砂子的选定：由于工程处于张南山区，当地老河道里的卵石经人工破碎筛选，质软粒粗。蔚县几个砂厂的砂子也大多数不符合要求。后经多处调查、比较，选定了离工地几十公里远的大黑沟的砂子。

各砂厂的砂子的比较

（3）粗骨料的选定：粗骨料碎石的选定是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，我们选用了怀来东八里碎石厂生产的5～10mm的碎石。

各碎石厂5～10mm的碎石比较

（4）速凝剂的选定：在张石高速公路二期工程开工前期，各地的外加剂厂商都送来了各自厂家的速凝剂样品，经送检、外检合格后，我们综合考虑各方面的因素，选定由施工单位推荐的河南义煤外加剂厂的SS－031速凝剂。

各地外加剂厂的速凝剂比较

（5）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的要求。

四、喷射混凝土配合比的拟定：

    由于喷射混凝土施工工艺的特殊性，喷射混凝土配合比的设计与普通混凝土的配合比的设计不同：普通混凝土的配合比的设计可以直接根据JGJ55-2000的规定进行设计，而喷射混凝土的配合比要经过实际试喷来确定，同时，其参数的确定也有各自的要求。具体来讲有以下三个方面的内容：

（1） 水泥的用量：

GB50086—2001《锚杆支护技术规范》规定喷射混凝土，湿喷工艺：灰骨比为1:3.5～4.0，水灰比为0.4～0.5；干喷工艺：灰骨比为1:4～4.5，水灰比为0.4～0.45。砂率为50%～60%：水泥用量太大不仅不经济，而且太大的水泥用量也会导致混凝土硬化后的干缩量增大；水泥用量太小，会使喷射混凝土的回弹量增加，早期强度增长缓慢。综合考虑，水泥用量定为390kg、410kg、430kg。

（2）砂率的选择：

由于喷射混凝土是靠喷射过程中水泥和骨料的相互碰撞、压实形成的。为尽可能地利用冲击能量，喷射混凝土的砂率要比普通混凝土的砂率要大。同时较大的砂率对混凝土粘聚性、工作性也有很大的影响。因此，在配合比设计时，我们依据规范要求，拟定50%、55%、60%三个砂率。

（3）单位用水量的确定：

     喷射混凝土用水量是通过试喷确定的。喷射混凝土用水量是否适当是靠现场操作人员调整水阀开关的大小来实现的。当混凝土表面出现流淌、成块拉裂或滑移时，应减少用水量；当混凝土表面出现干湿不一，附着性差，回弹量大时，应增大用水量。当混凝土表面即不出现干湿不一、又不流淌，此时，用水量最佳，用水量合适后，用水表计量用水量，并在试喷处作好试喷厚度标志和抗压强度试件（喷大板450mm×350mm×120mm，同条件养护和标准养护各两组）。

五、喷射混凝土配合比的调整

    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。

（1）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，通过几次试喷确定明铺隧道左线仰坡单方用水量为178kg，右线仰坡单方用水量为175kg。

试喷情况与用水量的记录

（2）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。通过对拟定50%、55%、60%三个砂率混凝土试喷的实测、调整，最终确定明铺隧道左线仰坡最佳砂率为56%，右线仰坡最佳砂率为54%。

现场砂率与回弹量的测试记录

   
    水泥用量的调整：在工地现场，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，水养至28天，用切割机切去周边，加工成100mm×100mm×100mm的试件.具体步骤如下：1、在喷射作业面附近将模具敞开一侧朝下，以与水平成80°左右的夹角置于墙角，放置牢靠。2、现在模具外的边墙上喷射，待操作正常后，将喷头移至模具位置，由下而上逐层向模内喷满混凝土。3、将喷满混凝土的模具小心移至安全地方，用三角抹刀刮平混凝土表面。4、在隧道内潮湿环境中养护1天脱模，将混凝土大板移至试验室，在标准条件下养护7天，用切割机切去周边和上表面（底部可不切割）后，加工成100mm×100mm×100mm的试件。5、加工好的试件继续在标准条件下继续养护至28天进行强度试验）。

    （3） 做7天、28天的试件强度试压，能满足设计强度的最小水泥用量的配合比为最佳混凝土。通过试压，确定明铺隧道左线仰坡水泥用量为396kg，明铺隧道右线仰坡水泥用量为389kg最佳。

综上所述，明铺隧道左线仰坡、明铺隧道右线仰坡的喷射混凝土配合比确定如下：

六、结束语

    喷射混凝土是张石高速公路二期工程中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，不能按照普通混凝土配合比的设计方法来设计。喷射混凝土配合比的设计不仅要满足混凝土强度、和易性的要求，而且要满足施工工艺——喷射施工的需要。同时还要经济合理、注重环境保护。因此，对喷射混凝土的设计要综合考虑，以满足设计和施工需要。

以上是我们在喷射砼配合比设计方面的做法，不当之处，敬请各界同仁不吝批评指正。

参考文献：

1、  GB50086—2001《锚杆支护技术规范》

2、  《张石高速公路施工技术规范》。