MMB30喷射混凝土施工技术研究

2023-06-05张庆祎

运输经理世界 2023年7期

张庆祎

（中交一公局集团有限公司，北京 100024）

0 引言

喷射混凝土并不只是一种材料，它既是浇筑过程的代名词，又是一种施工方式，其有着悠久的历史、巨大的创新潜力和良好的应用前景。喷射混凝土材料的配合比设计是按照使用要求和规定的参数来进行的。喷射混凝土于1914 年开始应用，随着工程设计和材料的应用变化，相关技术一直在不断创新。本文以黑山南北高速公路工程为背景，对MMB30 喷射混凝土配合比设计和施工工艺进行了探讨。

1 工程概况

黑山南北高速公路是黑山首条高速公路建设项目，主干道全长约180km，拟分五段建设，是黑山历史上首条高速公路，被誉为“世纪工程”，也是中国企业在欧洲实施的海拔最高、地质条件最复杂、桥隧比最高、施工难度最大的高速公路项目。中国路桥承建的南北高速公路优先段，是项目的一期工程，全长约41km，桥隧比高达60%，合同额约8 亿欧元。项目于2015 年5 月11 日正式开工，项目施工期间受突发公共卫生事件的影响导致项目延期。2021 年4 月，中国路桥与黑山方签署项目延期合同，商定项目于2021 年11月底完工。2021 年11 月30 日，项目主体工程顺利完工，进入调试、验收阶段。

2 MMB30 喷射混凝土施工技术概述

2.1 MMB30 喷射混凝土施工技术的特点

MMB30 喷射混凝土技术可用于多种不同结构的施工，如混凝土修复施工，隧道、巷道施工，边坡防护施工等[1]。MMB30 喷射混凝土施工技术具备多种优势：

其一，早期强度高；

其二，因为喷出的混凝土可以立刻附着并承受重力，所以可以在任意高度上使用；

其三，可在不平整的基面上使用；

其四，有较好的黏结性能；

其五，现场注浆厚度的灵活控制；

其六，无模板施工；

其七，可以允许一定范围的变形。

总之，MMB30 喷射混凝土是一种灵活、经济、快速的施工方法，但对机械化程度的要求较高，且需要由专业人员操作。

2.2 干喷与湿喷施工工艺的对比

从施工工艺上来看，喷射混凝土有两种施工方法，一是干喷，二是湿喷。干喷混凝土是指混合料在喷射前是不加水或加少量水的，在加水的情况下，是在喷枪口处加。湿喷混凝土是指混合料在喷射前已经加水拌和好了，状态同模筑混凝土，可以直接测坍落度。湿喷混凝土施工如图1 所示。

图1 喷射混凝土（湿喷）施工图

2.2.1 施工组织与成本比较

干喷机成本低廉，体积小，适合各种作业面，但喷浆速度较慢，效率基本只能达到湿喷机的一半，同时人工成本较高，两台设备同时工作时需要8 个人。此外，干喷的回弹量很大，达40%～50%[2]。

湿喷机价格昂贵，体积较大，如果小断面开挖还要单独配备前沿装置，但其喷浆速度较快，人工成本较低，一台机器配备两名工作人员即可。此外，湿喷回弹量比较小，理论上可以控制在20%以下（若超挖严重需单独考虑）。

经测算，如果隧道超过1000m，干喷和湿喷在成本上没有太大的差别。

2.2.2 质量比较

干喷混凝土是在喷枪口加水，水与水泥在空气中结合，短时间内难以充分混合，一部分水泥是无法发挥胶结作用的，而这些没有起到胶结作用的水泥会起反作用。同时，水灰比控制难度较大，完全依靠喷浆手的经验判断。若加水量不足，会导致回弹量增加，灰斑增加，粉尘增加；若加水量过多，则会导致流浆、滑动、掉块，凝固慢、强度低，进而导致混凝土构件强度不均匀。

湿喷混凝土是在拌和好的水泥，与水、外加剂有充分的反应时间，大部分水泥能和水接触到，水泥的利用率较高[3]。在喷射过程中，混凝土比较均匀，强度也比较均匀，均匀的强度即使低，整体质量也优于不均匀的强度。

2.2.3 环保性对比

干喷混凝土的喷浆手几乎是在裸岩下工作，随时会面临落石的威胁。干喷的粉尘更大，对施工人员的呼吸系统和皮肤都会产生一定程度的伤害。而湿喷模式下，这些问题可得到很大程度的缓解。

3 MMB30 喷射混凝土（湿喷）配合比设计

MMB30 喷射混凝土施工机械化程度高，施工效率高，对混凝土的和易性及泵送性能的要求也很高，即特别重视前期的喷射混凝土配合比设计，需要在满足标准及施工要求的前提下进行优化，以达到节省材料、提高施工效果的目的[4]。

一般情况下要满足如下要求：

其一，胶骨比宜为1∶4～1∶5。

其二，水胶比宜为0.4～0.5。

其三，砂率宜为45%～60%。

其四，水泥用量不宜小于400kg/m3。

3.1 水泥浆的量和集浆比

水泥混合液中的水泥，除填充骨料之间的间隙外，主要是包覆于骨料的表层，且要稍有剩余，从而保证水泥混合液具有一定的流动性。水灰比相同时，水泥的用量越大，混凝土的流动性越好。如果水泥浆液的掺入量太多，混凝土的骨料就会相对减少，即骨料的比重会减小，导致混凝土流浆严重，从而影响混凝土的稳定性、强度和耐用性；如果水泥浆液的掺入量过少，会影响骨料的表面、骨料之间的间隙，从而影响混凝土的流动性与和易性，进而影响施工效果。因此，要合理控制拌和物中的水泥含量，保证混凝土的流动性在合理范围内。

3.2 水灰比的影响

在一定用量的情况下，水泥配比较小时，水泥浆黏度增大，搅拌液流动性降低，不能满足现场施工的需要。水灰比的增加会导致水泥浆的稀疏和流动性增加，但也容易引起水泥浆离析，对混凝土的强度有很大的影响，所以水灰比的选择要合理。

根据以往的经验，最主要的影响因素是单位耗水量。但不能盲目提高混凝土的用量，水灰比太高会导致混凝土中出现大量空洞，从而影响混凝土的强度和耐用性，而且水灰比太高容易引起混凝土分层、离析、和易性下降，不利于混凝土的泵运的特性。因此，因此，在保证混凝土强度和耐久性的条件下，根据混凝土和易性及泵送性能要求来确定单位用水量。

3.3 砂率

砂率能够反映粗细集料的相对比例，它影响混凝土骨料的空隙和总表面积。在水泥浆用量一定的情况下，砂率过大，则集料的总表面积增大，包裹砂子的水泥浆层会变薄，砂粒间的摩阻力加大，会降低拌和物的流动性；砂率过小，虽然集料的表面积会减小，但由于砂浆量不足，不能在粗骨料周围形成足够的润滑层，也会降低拌和物的流动性，同时由于砂量不足，容易导致离析、泌水现象，影响混凝土的和易性。在不发生离析、不泌水的情况下，可以实现最大的流动性，即合理的含沙率。由于掺入的砂量对拌和料的性能有较大的影响，因此在拌和环节，要根据具体情况合理调节掺砂量。

3.4 温度和搅拌时间

混凝土拌和物的流动性、坍落度会随温度的增加而降低，根据以往的经验，每增加10℃，混凝土的坍落度就会降低20～40mm，在夏季施工时要格外注意对温度的控制，特别是在长距离输送混凝土时。另外，拌和时间对混凝土拌和物的品质也有一定的影响，因此应严格控制拌和时间，以保证其均匀度。

4 MMB30 喷射混凝土（湿喷）施工技术

4.1 MMB30 喷射混凝土施工操作

做好施工前的准备工作，包括：将台车移至作业面前、支好左右腿、关闭发动机、连接设备动力电缆、接通隧道水管、打开电源主开关、打开蓄电池充电开关、打开工作照明灯、检查所有管路及喷头、在料斗周围及喷浆臂上刷模板油、检查各种阀门是否打开、启动液压泵电机、准备水泥浆液并将水泥浆液注入料斗、润滑混凝土管道、设定湿喷工艺参数（如水泥配合比、凝固剂浓度等）。

混凝土入泵前，必须对其和易性进行检验，以保证其性能符合要求。施工过程包括：放料，打开搅拌器开关，启动空压机，操作遥控和喷浆臂，扳动正泵开关，打开送风开关，启动速凝剂泵开关。

混凝土输出流量、风量、速凝剂掺量、泵送输出流量也应随泵送压力调整，当泵送压力大于150bar 时，应降低泵送速率，以防止堵塞。泵的安全压强为小于150bar。喷射混凝土施工从隧道两边的底部开始，均匀向上喷水。两侧的墙壁可以一次喷射完成，上部则要分成2～3 个层次。喷射混凝土完毕后，清洁设备，切断其与管道和电力线的连接，并将机器送入安全的停放区域。

4.2 MMB30 喷射混凝土施工控制

首先，岩面使用喷射混凝土的面必须清除松散材料、岩渣及其他有害物质。用空压机进行清理，若岩石对水不敏感，也可用水枪。其次，将喷嘴和岩面的适用距离控制在1.0～2.0m，且喷嘴应与岩面保持垂直。规定一次喷射混凝土喷射最大厚度不得超过15cm，若要增加厚度，要等到前一层具有足够的强度支撑，下一层才可以施工，完成下一层喷射期间间隔不许超过3 天。预埋入喷射混凝土内的钢拱架、钢筋网片及其他钢筋应按照图纸施工，隧道衬砌钢筋网片及钢筋内侧最小保护层厚度不得小于2cm 或按照图纸要求。若使用多层钢筋，在前一层未被喷射混凝土覆盖之前，不得布置第二层。在完成每次喷射混凝土后，对反弹部位立即进行清除，尤其是因不同开挖顺序纵向喷射混凝土连接处，所有施工缝处的反弹也必须清除。在进行下次喷射混凝土前，若需要也可用气锤。任何情况下不允许反弹料再次进入施工现场，施工时应始终保持无反弹料。最后，养护环节，养护按需要进行。承包商建议喷射混凝土总厚度检测方式，由监理工程师批准，这可能包括喷射混凝土施工前安装可视管或喷射混凝土完成后钻孔。为防水膜准备施工面，喷射混凝土密封材料用于表面处理及防水膜后面填充。为避免在重压缩岩上喷射混凝土衬砌过大荷载，必须在喷射混凝土衬砌上设置变形槽，普通变形槽要有20～40cm 的开口宽度，并且沿径向布置。变形槽具体位置应根据地质条件进行确定。