摘　要：隧道噴射混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計的技術(shù)分析時，采用了以灰骨比控制的思路入手，既水泥與細(xì)集料和粗集料的重量比入手，引用材料力學(xué)相關(guān)理論對混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，通過現(xiàn)場試配及修正，設(shè)計出經(jīng)濟(jì)適用的隧道初支噴射混凝土配合比。所得結(jié)論對同類工程具有指導(dǎo)作用。

　　關(guān)鍵詞：隧道  噴射混凝土　灰骨比 配合比

　　Abstract: The tunnel shotcrete with the than the technical analysis of the design, the use of gray bone than the control, the idea to start, both cement and fine aggregate and coarse aggregate weight than the start, citing the theory of mechanics of materials inside the concrete structure.mechanical analysis and design, through on-site test with correction, the early support of affordable tunnel shotcrete mix proportion. Guiding role in the conclusion on similar projects.

　　Key Words: tunnel; shotcrete; ash bone; cementaggregate ratio中圖分類號：  TV544+923     文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A         文章編號：

　　1 概述

　　隧道拆合單洞全長5291米，為廣東某高速公路控制性重點工程,該隧道初期支護(hù)噴射混凝土設(shè)計標(biāo)號為20Mpa，因為噴射混凝土的配合比設(shè)計方法和技術(shù)要求不同于普通混凝土，它具有自身的工藝特點。本項目施工過程中通過各方面技術(shù)分析、現(xiàn)場試配，確定了一組較合理的隧道初期支護(hù)噴射混凝土配合比，施工操作性強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)合理，降低工程造價。

　　2 設(shè)計思路

　　噴射混凝土配合比的設(shè)計與普通混凝土配合比的設(shè)計有很大差別，不能按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ 55-2000來設(shè)計。噴射混凝土配合比的設(shè)計不僅要滿足混凝土強(qiáng)度、和易性的要求，而且要滿足施工工藝--噴射施工的需要。同時還要經(jīng)濟(jì)合理、注重環(huán)境保護(hù)。所以，配合比設(shè)計初步按以下幾個參數(shù)分析入手：

　　1．噴射工藝

　　噴射混凝土按混凝土混合料在噴槍處的狀態(tài)分干噴、濕噴和潮噴混凝。

　　由于干噴法粉塵高、回彈大，所以排除使用干噴工藝。濕噴工藝大大減少了噴射時的粉塵，但濕噴工藝設(shè)備復(fù)雜、費用昂貴。且經(jīng)過詢問隧道協(xié)作隊伍的噴漿手，該隊伍噴漿手習(xí)慣使用潮噴法作業(yè)，綜上各種因素，最終確定采用潮噴法施工。

　　2. 試配強(qiáng)度

　　普通配合比設(shè)計均參照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ 55-2000中公式（2-1）

　　fcu,0≥fcu,k+1.645σ                （2-1）

　　若按此規(guī)程設(shè)計C20噴射混凝土，標(biāo)準(zhǔn)差按規(guī)范要求C20選取4，試配抗壓強(qiáng)度為（2-2）：

　　fcu,k≥20+1.645*4=26.58 Mpa        （2-2）

　　此方法反應(yīng)的是采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的配置狀態(tài)下得出的試配強(qiáng)度與實際施工強(qiáng)度之間存在著一定的保證系數(shù)關(guān)系，該方法使用精密儀器稱取外加劑、骨料、水泥、水，并在適溫狀態(tài)下攪拌及充分振搗后，入標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓試模成形，而潮噴法噴射混凝土的配合比試件并非是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行試驗，是通過工地實際拌料情況，噴漿手實地操噴大板（450mm×350mm×120mm試模）成形。

　　所以大板試件同期養(yǎng)護(hù)的后的28天抗壓強(qiáng)度就應(yīng)該為該配合比的實際施工強(qiáng)度，按普通混凝土設(shè)計規(guī)范的出的試配強(qiáng)度偏高，因是室內(nèi)試驗，采用后不一定滿足而且還提高了施工成本。所以不能按照（2-1）公式執(zhí)行。

　　通過參照評定規(guī)范并與總監(jiān)辦、中心試驗室協(xié)商，茶林頂隧道C20噴射混凝土試配強(qiáng)度為（2-3）：

　　fcu,0≥fcu,k/0.95=20/0.95=21.05 Mpa    （2-3）

　　3.技術(shù)指標(biāo)

　　噴射混凝土初支應(yīng)具備：支承圍巖、卸載、填平補強(qiáng)圍巖、分配外力等技術(shù)功能，且應(yīng)經(jīng)濟(jì)、成本上也要給予控制，所以設(shè)計配合比時不光要考慮抗壓強(qiáng)度，還要從噴射混凝土的：彈性模量是否滿足柔性要求，回彈量是否經(jīng)濟(jì)等角度去進(jìn)行優(yōu)化配合比設(shè)計。

　　4．配合比設(shè)計參數(shù)

　　(1) 水灰比

　　規(guī)范對噴射混凝土的水灰比要求為0.40-0.45,但噴射混凝土施工工藝決定了其用水量具有不可控性，完全要依靠噴漿手的經(jīng)驗及回彈量來確定。所以，在進(jìn)行配合比設(shè)計的技術(shù)分析時，采用了以灰骨比控制的思路入手。既水泥與細(xì)集料和粗集料的重量比入手，引用材料力學(xué)相關(guān)理論對混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，選用灰骨比為1:4。

　　（2）砂率

　　按錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范要求GB50086-2001執(zhí)行，試配砂率選擇為50%-60%。

　　（3）速凝劑

　　要求生產(chǎn)廠家技術(shù)人員將該配合比所使用水泥樣品帶回，并對該水泥與速凝劑之間的協(xié)調(diào)性進(jìn)行試驗分析，最終推薦摻量，在進(jìn)行配合比設(shè)計試驗時，速凝劑生產(chǎn)廠家委派技術(shù)人員來工地配合項目部試驗室完成配合比試驗。

　　（4）水泥和集料

　　錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范GB50086-2001要求水泥標(biāo)號不低于32.5，但隧道施工技術(shù)規(guī)范要求不低于42.5。廣東市場兩種水泥差價在20元左右，42.5水泥不光抗壓強(qiáng)度較高，其抗彎折能力也較強(qiáng)，通過對初支噴射混凝土的受力分析：其應(yīng)該具備較高抗彎折能力（規(guī)范要求大于6 Mpa），所以本配合比根據(jù)行業(yè)規(guī)范對隧道噴射混凝土采用42.5號水泥，其他技術(shù)指標(biāo)按國標(biāo)內(nèi)容執(zhí)行。集料選擇應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r選用規(guī)范要求的類型，粗集料選用5-10mm的級配碎石，細(xì)集料選用細(xì)度模數(shù)為2.92左右的中粗河砂。

　　3 設(shè)計方法和步驟

　　3.1確定水泥用量

　　水泥用量太大不僅不經(jīng)濟(jì)，而且太大的水泥用量也會導(dǎo)致混凝土硬化后的干縮量增大；水泥用量太小，會使噴射混凝土的回彈量增加，早期強(qiáng)度增長緩慢。水泥用量初步擬定按經(jīng)驗公式（3-1）

　　C0=782.4 Dmax-0.2377·B          （3-1）

　　=782.4*10-0.2377*1=452kg

　　式中：C0-水泥用量；

　　B-檢驗調(diào)整系數(shù)，B=1

　　Dmax-集料的最大粒徑

　　綜合考慮，確定每方最大水泥用量為452 kg，擬定三組試配試件水泥用量為 452kg、422kg、392kg。

　　3.2 砂率的選擇

　　由于噴射混凝土是靠噴射過程中水泥和骨料的相互碰撞、壓實形成的。為盡可能地利用沖擊能量，噴射混凝土的砂率要比普通混凝土的砂率要大。同時較大的砂率對混凝土粘聚性、工作性也有很大的影響。砂率大回彈量小，但強(qiáng)度較底，但強(qiáng)度下降，砂率大回彈量大，但強(qiáng)度有保證，因此，在配合比設(shè)計時，我們依據(jù)規(guī)范要求，擬定50%、55%、60%三個砂率。

　　3.2 容重

　　由于無法事先確定用水量，可先按灰骨比、水泥及砂率配置，在配合比試驗使，在噴水管上裝上水表，記單位用料時的用水量，便可求得該試樣配合比的用水量, 由于所用水泥、集料及外加劑已知，已精確定W與水泥用量Ｃ、砂用量Ｓ、用量Ｇ及外加劑用量Ｅ的比例關(guān)系便為已知，見比例關(guān)系（3-2），噴射混凝土理論容重為2200Kg/m3，就推出該配合比混凝土的每方各種材料實際使用情況，從而調(diào)整只按灰骨比、水泥及砂率控制的配合比。

　　Ｃ：Ｓ：Ｇ：Ｅ：W=1：Ｓ/Ｃ：Ｇ/Ｃ：Ｅ/Ｃ：W/Ｃ　　　　　 (3-2)

　　3.3 現(xiàn)場試驗

　　第一步 配料

　　現(xiàn)場按灰骨比1:4，三個水泥用量452kg、422kg、392kg，及三個砂率50%、55%、60%,速凝劑摻量為４%（廠家技術(shù)分析后確定），擬定7個配比如下：

　　①水泥：452    砂：904     碎石：904　　速凝劑：18.08

　　②水泥：452    砂：994     碎石：813    速凝劑：18.08

　　③水泥：452    砂：1084    碎石：723    速凝劑：18.08

　　④水泥：422    砂：844     碎石：844    速凝劑：16.88

　　⑤水泥：422    砂：928     碎石：760    速凝劑：16.88

　　⑥水泥：422    砂：1012    碎石：675    速凝劑：16.88

　　⑦水泥：392    砂：784     碎石：784   速凝劑：15.68

　　第二步　噴料入模

　　噴射混凝土配合比調(diào)整的目的就是使混凝土不僅滿足強(qiáng)度的需要，而且也要滿足施工工作性的需要。以不堵管、回彈少、附著性好的噴射混凝土配合比為最佳噴射混凝土配合比，所以在噴射過程中要詳細(xì)記錄每組配合比的用水量及其他噴射情況，并及時與噴漿手溝通，參考噴漿手意見。噴射過程如下：

　　Ａ. 在噴射作業(yè)面附近將模具敞開一側(cè)朝下，以與水平成80°左右的夾角置于墻角，放置牢靠；

　　Ｂ、現(xiàn)在模具外的邊墻上噴射，待操作正常后，將噴頭移至模具位置，由下而上逐層向模內(nèi)噴滿混凝土；

　　Ｃ、將噴滿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。

　　第三步　養(yǎng)護(hù)

　　并記錄如相應(yīng)的配合比記錄資料，隨即將其平放在隧道內(nèi)進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)。七天后，脫模后用切割機(jī)將其切割成100*100*100的立方體，隨后繼續(xù)養(yǎng)生至２８天。

　　第四步　試驗及選取并調(diào)整

　　28天同條件養(yǎng)護(hù)到期，根據(jù)各組配合比用水量，按公式(3-2)推算出每組配合比混凝土各每方材料用量，見公式（3-3）

　　C'=2200/(1：Ｓ/Ｃ：Ｇ/Ｃ：Ｅ/Ｃ：W/Ｃ)

　　S'=(2200/(1：Ｓ/Ｃ：Ｇ/Ｃ：Ｅ/Ｃ：W/Ｃ))* Ｓ/Ｃ

　　Ｇ'=(2200/(1：Ｓ/Ｃ：Ｇ/Ｃ：Ｅ/Ｃ：W/Ｃ))* Ｇ/Ｃ

　　Ｅ'=(2200/(1：Ｓ/Ｃ：Ｇ/Ｃ：Ｅ/Ｃ：W/Ｃ)) *Ｅ/Ｃ

　　W'=(2200/(1：Ｓ/Ｃ：Ｇ/Ｃ：Ｅ/Ｃ：W/Ｃ)) * W/Ｃ         （3-3）

　　Ｃ'、Ｓ'、Ｇ' 、Ｅ' 、W'的重量既為每組配合比每方試配材料理論用量，其和為2200，根據(jù)試件實測表觀密度M'除以2200，就得到配比修正系數(shù)￡。試配的九組配合比就可以得出如下：

　　水泥用量＝Ｃ'*￡  Kg

　　砂用量＝Ｓ'*￡  Kg

　　碎石用量＝Ｇ'*￡  Kg

　　速凝劑用量=Ｅ'　　Kg

　　用水量＝W'　　Kg

　　算出每組的平均重量對時間分組進(jìn)行試壓得出9組配合比試件的強(qiáng)度，然后根據(jù)記錄的回彈量情況，選取既經(jīng)濟(jì)又滿足施工要求的經(jīng)修正后的配合比，即為茶林頂隧道初支C20噴射混凝土的配合。

　　4 總結(jié)

　　噴射混凝土施工隨著地下工程的不斷發(fā)展，也勢必將越來越廣泛，但相關(guān)指導(dǎo)性的規(guī)范尚未完善，只有靠工程技術(shù)人員在日常的工作生產(chǎn)中不斷積累，總結(jié)寶貴的技術(shù)經(jīng)驗，為噴射混凝土的科學(xué)應(yīng)用貢獻(xiàn)自己的一份力量。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2] GB50086-2001，錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范要求[S] ．

　　[3] 陳建勛等．隧道工程試驗檢測技術(shù)．人民交通出版社，2004．