水利工程中喷射混凝土施工技术探讨

李 扬

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730030）

喷射混凝土施工技术以水泥、砂、石、外加剂等为原材料，按照试验确定的配合比拌制混凝土，用喷射机将混凝土喷射至待加固的部位，混凝土固结后产生稳定的薄层支护结构，起到预防失稳、防坍塌的效果，该技术已在水利工程中广泛应用，

1 工程概况

西干渠工程属Ⅲ等中型水利工程，包括引水口、1 条干渠、29 条支渠及田间工程。控制灌溉面积30.05 万亩，包括林地4.99 万亩和农田25.06万亩。干渠总长122.61km，其中，隧洞64 座，总长80.40km；倒虹吸8 座，总长15.93km；暗涵，长13.84km；渡槽52 座，总长12.45km；其他渠系建筑物101 座。

2 水利工程中喷射混凝土施工技术的应用价值

以喷射混凝土的方式在待加固区域设置强度和柔性均良好的支护结构，适应围岩变形，避免工程建设过程中出现围岩大幅变形的异常状况。喷射混凝土与围岩表面稳定黏结，混凝土在喷射过程中充分填充围岩的缝隙，将原本松散的岩面黏结为整体结构，围岩的完整性和强度均有所提高；喷射混凝土还具备封闭围岩的能力，建成围岩防护层，缓解应力集中问题，阻止围岩继续风化。图1 为喷射混凝土施工工艺流程图。

图1 喷射混凝土施工工艺流程图

3 喷射混凝土施工技术应用

3.1 材料选取

（1）水泥：普通硅酸盐水泥，强度等级不低于P·O32.5 级；水泥进场时安排质量检验，出具质量证明资料；受潮、结块的水泥不可入场使用。

（2）骨料：粗骨料以卵石为宜，最大粒径不超过15mm；细骨料为细度模数2.5 以上、含水率5%～7%、洁净且质地坚硬的中粗砂。骨料级配需合理，具体见表1。

表1 喷射混凝土骨料级配比

（3）水：通过检测单位化验合格的水，不含影响混凝土正常固结的杂物。

（4）速凝剂：根据初凝时间、终凝时间分别不超过5min、10min 的要求选择速凝剂，用量经试验后确定。速凝剂的质量需达标，生产厂商在提供材料时需附带质量证明资料。

3.2 施工要求

3.2.1 混凝土配合比

经室内试验和现场检验后确定合适的配合比，拌和站工作人员严格按照配合比称量原材料。配合比设计兼顾强度、回弹量、粘附性多项要求，保证按照该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

拌和设备采用搅拌机，配套高精度的称量装置，保证材料用量合理；拌和时间不少于1min，使原材料均匀混合。

3.2.3 混凝土的存放和运输

（1）随拌随用，尽可能缩短混凝土拌和后至使用前的间歇时间，具体依据是否掺入速凝剂而定，若掺入存放时间不超过20min，未掺入可延长至2h。

（2）提前规划混凝土的运输路线，准备具有足够装载能力的运输车，驾驶人员装载混凝土后，按照规划路线平稳驾驶车辆；混凝土运输过程中做好防护，保证其不受雨水及外部环境因素影响。

3.3 混凝土的喷射施工

（1）分段、分片、分层喷射混凝土，从下部开始向上部喷射，分段长度不超过6m。从低处开始喷射，将凹陷部位填补平整，再从下部向上分层进行。

（2）分段喷射混凝土时，为保证后续喷射有效进行，在上次喷射混凝土时留出宽度为200～300mm 的斜面，进行后一次喷射时先用压力水润湿斜面。

（3）分片喷射时，按照先钢架与壁面之间、再相邻钢架间的流程进行，全程自下而上。对于边墙，首先喷射墙脚部位的混凝土，再向上推进。

（4）分层喷射时，前一层混凝土终凝后安排后一层喷射，以此类推，直至喷射层数达到要求、厚度达标为止。若在前一层终凝1h 后安排后一层喷射，需先用风、水进行清理，避免存在杂物影响层间黏结稳定性。各层喷射厚度保持均匀，单层喷射厚度适中，过薄易加大喷射的回弹量，过厚会影响喷射混凝土的黏结力。一次喷射厚度需根据喷射部位、是否掺入速凝剂灵活控制，见表2。例如，拱部、边墙的一次喷射厚度分别为5～6cm、7～10cm。顶部喷射混凝土时，两次间隔时间需控制在2～4h，避免混凝土坠落。

（5）合适的速度喷射后，混凝土具有密实性。风压对混凝土喷射速度有明显影响，风压偏小，喷射速度低，混凝土的压实力不足，难以保证混凝土成型后的强度；风压偏大，喷射速度加快，喷射的可控性变差，有明显的回弹问题。因此，喷射前需观测风压，在风压达到0.5MPa 时开始喷射，根据喷射部位动态调整风压，如拱部0.4～0.65MPa、边墙0.3～0.5MPa。

（6）喷射角度尽可能保持90°，喷嘴与受喷面距离为1.5～2.0m，以减小混凝土的回弹量，提高混凝土喷射后的密实性。喷射施工人员需控制喷嘴的运动路径，使其做横向环形运动，一圈压半圈，连续进行混凝土喷射作业。钢架、钢筋网覆盖受喷面时，为保证混凝土正常喷射，根据遮盖情况适当倾斜喷嘴，至少达到70°。

（7）喷射混凝土终凝2h 后，进入养护环节，采取洒水养护的方法，时间不少于14d，洒水次数根据混凝土的湿润程度而定。养护过程中应加强防护，避免外部因素影响混凝土的正常成型。

（8）喷射混凝土需注意以下几点：适配PZ-5 型混凝土喷射机，正式喷射前试运行，检验设备的性能，判断设备是否满足混凝土喷射要求；喷射连续进行，非必要不中断；输料管稳定、可靠，可承受超过0.8MPa 的压力；空气压缩机性能良好，满足喷射工作风压和耗风量要求；根据喷射机的施工能力准备适配的拌和设备，保证混凝土生产量充足，避免现场停机等料，如500L 的强制式拌和机就具有可行性；供水设备功能稳定，喷头水压超过输料管的空气压力。

3.4 操作要求

3.4.1 喷射机的操作要求

①喷射机供料具有连续性，料斗内始终有充足的存料，满足持续喷射要求。②先开风、开水，再开机，最后给料，有序进行各环节操作，喷射完成后，先停机，后关风。③喷头部位的工作风压稳定在0.1MPa 左右。④喷射机连续运行，若由于材料供应中断或其他原因无法继续喷射时，及时清理输料管和喷料机的残留混凝土，以防固结。

3.4.2 喷射人员的操作要求

①喷射人员需加强对现场施工环境的观察，动态调整施工方式，如根据喷出料情况调节风压。②喷头与受喷面的距离适宜，保持垂直，喷射人员应缓慢移动喷头，使其横向环形移动，使喷射成型的喷层具有均匀性。③加强水灰比控制，使喷射到位的混凝土保持光泽，有良好的粘塑性，保证表观质量和内部质量均达标。

4 喷射混凝土施工控制措施

4.1 混凝土回弹量控制

水利工程中，混凝土喷射施工普遍采用潮喷方法，但存在回弹量偏高的问题，混凝土在喷射过程中有明显的损失。因此，需在保证施工质量的前提下，减小喷射混凝土的回弹量，将指标稳定在15%～24%。

4.1.1 分段分层喷射

根据喷射工程量进行划分，分段长度不大于6m。为避免混凝土由于重力发生滑落，甚至直接脱落，应从下向上喷射混凝土。

严格控制喷射混凝土的风压，有效控制增加的风压值，增加的风压值计算公式如下：

式中：△p—增加的风压值（N/cm2）；

△L—输料管增加长度（m）。

水压超过输料风管10～15N/cm2较为合适，在此参数关系下，从喷枪混合室内壁小孔处以较快的速度喷射高压水，并在短时间内将混凝土拌和均匀。水灰比可影响喷射混凝土的回弹量，理论上以0.45～0.50 为宜，具体需根据实际施工条件灵活调整。

4.1.2 喷射距离和角度

按照0.6～1.2m 的喷射距离进行施工，该值偏低或偏高均会增加回弹量。从工程施工机具配置情况来看，喷头长度普遍为0.5～0.6m，混凝土喷射过程中有回弹现象，为避免骨料反弹伤害喷射人员，应以0.6～1.2m 的喷射距离进行施工，但这并非易事，因此，可将喷头加长至1.2～1.5m，改善喷射条件，在距受喷岩面2.0m 的位置喷射即可。同时，尽可能保持喷嘴与受喷面垂直。

4.1.3 风压

由于风压增加，喷射速度加快，引起骨料回弹，不利于喷射人员操作；风压偏低时，喷射动力不足，受喷面的混凝土缺乏密实性。综合考虑喷射效果和操作安全等多项要求，认为输料管长度为20m时，风压控制在100～130N/cm2较为合理。

4.2 喷射混凝土厚度控制

（1）严格按照设计厚度和规范控制喷射混凝土厚度，保证建设成型的初支结构和围岩可协同发挥稳固性作用，抑制围岩变形，为工程施工提供安全保障。

（2）初期支护采用钢拱架时，可能出现钢拱架间喷层厚度不足，钢拱架部位喷射过厚的问题，整体形态呈纵向波浪形。若此问题未得到处理，将诱发以下不良影响：局部喷射层厚度不足，围岩大幅度变形时无法提供足够的抗力，围岩失稳；二次衬砌混凝土浇筑时，防水板易受挤压而破损。因此，喷射人员必须规范操作，在进行全断面螺旋喷射时，适度加大钢架间的喷射力度，保证各部位喷射均匀。

5 结语

综上所述，在水利工程施工中，喷射混凝土施工技术的应用水平直接影响施工安全和施工质量，施工单位需遵循因地制宜的原则，优化喷射混凝土施工技术，拌制优质的混凝土，以科学的方法，将混凝土喷射到位。施工期间加强控制，如混凝土回弹量控制、喷射厚度控制，最终保证喷射混凝土的施工效果。