湿喷混凝土施工技术的应用
关键词：混凝土施工，技术交流，质量控制
针对干喷和潮喷在工艺上的局限，为适应城市地铁隧道的快速施工，满足高质量、高标准的要求，应尽量采用和推广湿喷技术，以便改善洞内施工环境，节约成本，并提高施工效率。
1工程简介
某地铁两段间全长778m,起止里程为YCK12+622～YCK13+400,左右线间距15.2m,隧道断面呈马蹄形,开挖断面尺寸为33㎡～38㎡隧道埋深17m～25m。初期支护采用C20喷射混凝土,并作为衬砌结构的主要承载单元,承担全部土压力和水压力。根据不同地质情况,喷射混凝土厚度为15cm～30cm。喷射混凝土在地面机械拌制,通过竖井中21m长的串筒垂直运输至井下2m3斗车,然后由电瓶车牵引至工作面。本区间地下水发育,多为孔隙水及裂隙水。
2湿喷设备的选择
由于地铁隧道断面不大,一次需喷量较少,选择了生产能力适中的TK-961型转子活塞式湿喷机。该机能实现均匀连续小团粒喂料和对湿料团的稀薄流输送,提高了混凝土的均匀性,保证了喷射混凝土的施工质量。该机作业时机旁粉尘小于10mg/m3,改善了施工环境;平均回弹小于18%,一次喷射厚度大大增加,实际生产率较高,缩短了工序时间。该机还易清洗,维修简单,上料高度低,操作简单方便。
3原材料的选择
3.1水泥
喷射混凝土宜用铝酸三钙、硅酸三钙含量多的32.5MPa、42.5MPa(GB175—1999)的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,这两种水泥与常用速凝剂的相溶性好,能速凝、快硬,后期强度较高。
对市场上主要的32.5MPa与42.5MPa水泥进行了对比试验,试验结果见表2。
注:强度试验时水泥用量为480kg/m3,试验时气温为13.5℃,
DS-2A速凝剂掺量为5%,8604型速凝剂掺量为4%。
喷射混凝土使用水泥还应注意水泥的温度和风化程度。
水泥温度高,预水化加速,导致喷射时混凝土凝结慢、掉块多。温度不同的水泥与速凝剂的凝结时间测定反映了这一问题。因此要求喷射混凝土用水泥温度不宜超过30℃或超过气温5℃,以减小喷射混凝土拌合物预水化对凝结时间的影响。
水泥风化受潮对速凝剂的使用效果及各龄期强度有不利影响,因此要求喷射混凝土用水泥从出厂到使用不宜超过20天,以保证水泥新鲜、不受潮。
3.2骨料
喷射混凝土用细骨料宜用细度模数为2.5至3.7的中粗河砂。砂子过细会使混凝土干缩增大;砂子过粗,则会增加回弹。
喷射混凝土用粗骨料应采用坚硬耐久的碎石、卵石或两者的混合物,其最大粒径不得超过输料管管径的1/4。经对比试验,使用较大粒径的骨料,并不能明显提高喷射混凝土的强度,相反会产生许多缺点,如增加了机械的磨损、刮擦,并大大增加回弹损失。本工地输料管管径为55mm,因此粗骨料应为5mm～10mm的碎石。粗细骨料应混合,并达到喷射混凝土对骨料级配的要求(见表3)。
在地铁施工中选择54%的中砂(细度模数为2.8)和46%的5mm～10mm的碎石混合达到要求,提高了喷射混凝土拌合料的可泵性、流动性,并有利于骨料在受喷面的粘附,提高了喷射混凝土的容重和经济性。
粗骨料针片状含量多易引起管路堵塞,故不宜大于10%。
4湿喷混凝土施工工艺
根据工程实际,制定了指导施工的湿喷施工工艺,其流程见图2。
4.1喷射施工
a.为保证喷射混凝土后,满足结构断面及净空的要求,对Ⅱ、Ⅲ级无格栅拱架处,应安设自行制作的简易喷射模架,模架采用ф15的钢管制作,既轻巧又不易变形。
b.喷射前应检查开挖断面尺寸,撬落危石,清除突出物,并用高压风或水冲洗受喷面的粉尘和杂物,提高喷射混凝土与岩面的粘结强度。对围岩渗漏水处,应采用铺设400g/m2的无纺布分散水流,并适当提高速凝剂掺量,可解决喷射混凝土不易喷上造成回弹大的问题。
c.湿喷机应尽量靠近受喷面,缩短输料管长度,并使输料管顺直或以大半径弯曲放置,防止混凝土管出现急拐弯和“憋死”现象。
d.喷射司机检查湿喷机是否完好,系统风压大于0.5MPa才能开机。作业开始时,先送风,后开机、再给料;结束时,应待料喷完后再关风。另外,开始时应先下料后开速凝剂,结束时先关速凝剂后停止下料。
e.喷射司机的操作主要是正确控制工作风压和喷射料流的均匀性。喷射机的操作影响回弹、混凝土的密实性和料流的均匀性,喷射机处的工作风压需根据适宜的喷射速度调整,工作风压同输料管长度、喷嘴离喷射机出料口的高度、拌合料配合比、含水率等有关,喷嘴处料流应始终一致。操纵喷射机必须保持料流的连续性与均匀性。喷射中,喷射司机根据喷射手的要求(用手势作信号),在0.3MPa～0.5MPa范围内调整工作风压,同时调整下料速度,使混凝土拌合料以期望的输送率和速度从喷嘴射出。
f.喷射手应在避开钢筋及其它构件的前提下,尽可能使喷嘴垂直于受喷面,同时根据喷射料流速度使喷嘴与受喷面保持0.8m～1.5m的距离,以降低回弹,提高密实度。特别是在格栅拱架处,应实施多角度喷射及适当降低喷射速度,以保证格栅内部及附近混凝土的密实性。
g.喷射手应使喷嘴稳定而系统地作圆形或椭圆形(横向40cm～60cm、高15cm～20cm)移动。同时按照自下而上的顺序向上堆喷,可形成均匀的产品,降低回弹并避免下部窝积回弹料。
h.采用分层喷射,每层喷射厚度为8cm～15cm,利于减小回弹。每层喷射厚度以保证喷射混凝土不滑移、不坠落为原则。每次喷射应尽量喷至设计厚度,避免补喷造成的回弹增大。
i.喷射手应观察料流的变化,当料流不能从喷嘴均匀喷出时,应立即通知喷射司机停止作业,并立即查找原因,遇到堵管应立即采取有效措施及时清除,问题解决后才可继续喷射。
j.喷射作业完毕或因故中断喷射时,必须将喷射机及输料管内的积料清洗干净。
5喷射混凝土的质量控制
（1）应对每批进场的原材料进行检查,合格后方可用作喷射混凝土的材料。
（2）随时对喷射混凝土施工的各个工序进行检查,尤其应对速凝剂的掺量进行测试检查,保证速凝剂不超掺;对放置时间长的拌合料应停止使用。
（3）经常对喷射混凝土的回弹率进行测试,对粉尘大小进行目测,若回弹率和粉尘增大应及时采取措施。
（4）经常对喷射混凝土拌合料的强度进行测试,以控制拌合料的质量。
（5）经常钻芯取样对喷射混凝土的强度进行检测,与大板切割法制取的试件进行对比,以控制受喷面混凝土的质量。
（6）经常用电钻钻孔对喷射混凝土进行厚度检测,用测试数据指导施工,保证喷射混凝土厚度。
