浅谈隧道施工中干喷法喷射混凝土的配合比设计
中铁十四局集团二公司测试中心 王之敏
在隧道施工中，特别是在开挖以后，为确保施工安全，施工支护的及时性及适用性就显出了其重要的地位。施工单位常常都采用锚杆与喷射混凝土联合作为临时支护，在我国现行规范中称之为锚喷支护。由于锚喷支护中喷射混凝土配合比的设计不能象普通混凝土的配合比设计那样，按照统一的规范及方法在试验室内完成，而必须在施工现场运用行之有效的方法，通过反复试验来选定。笔者通过近几年来在隧道施工试验中所总结的经验，结合沥青混凝土生产配合比中检测冷料仓集料流量 的方法及喷射混凝土施工工艺的特殊性，就干喷法喷射混凝土配合比的设计来浅谈一下自己的一些观点及设计方法。
在2003年6月，笔者在山东博山参与了省道仲临路璞邱岭隧道的建设，并对该工程中的喷射混凝土的配合比进行了设计。根据图纸要求，混凝土的设计强度为20MPa，施工工艺为干喷法。在设计过程中，首先对当地的原材料及速凝剂的厂家进行了全面的考察，根据考察试验结果对原材料进行了选定，选定过程如下： 一、 水泥
选用当地生产规模最大、质量最好的山东建设锦宏水泥
1
有限公司生产的“建设”牌P.O32.5R水泥。 二、 骨料
由于当地的砂厂很少，所以在有数的几个砂厂中选用了池上镇赵庄砂厂产的河砂，经过试验，该砂的细度模数为2.6，属于Ⅱ区中砂，符合喷射混凝土的设计要求。在碎石选用过程中，由于喷射混凝土施工工艺的特殊性，碎石的最大粒径不宜大于15mm，如果粒径太大，不仅会增大回弹率，而且很容易堵住喷射机喷头，造成伤人事故，而且喷射混凝土与普通混凝土一样，在同等条件下，如果骨料级配越好，砼就越密实，强度也会越高，砼的耐久性也就越好。所以根据这个道理，笔者在选用碎石时，采用了《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）中提供的集料（砂石）混合级配范围，如下：
筛孔（mm） 合格范围 优良范围 15 10 5 2.5 1.2 0.6 0.3 0.15 4-8 5-7 100 62-90 40-70 26-54 18-41 13-31 5-22 100 78-82 50-60 34-43 23-31 17-22 10-15 在众多碎石厂家中，经过反复试验调整，只有池上镇石料厂产的5-15mm碎石与赵庄砂厂的砂混合后的级配符合要求范围，最佳掺配比例为：砂：碎石=48：52，混合后的筛分结果如下：
2
筛孔（mm） 合格范围 实际结果 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 4-8 5.6 100 62-90 40-70 26-54 18-41 13-31 5-22 100 89.4 45.0 38.9 34.4 22.8 13.4 混合后的级配虽然达不到优良范围，但能符合合格要求，所以碎石就选定为池上镇石料厂的5-15mm碎石。 三、 速凝剂
选用的是山东寿光速凝剂厂生产的J-85型速凝剂，速凝剂的试验结果如下：初凝时间为2分钟10秒，终凝时间为3分钟，符合规范及施工要求。
原材料选定以后，进入试喷阶段。试喷时采用的喷射机是施工中使用的河南省煤炭科学研究所科明机电产的PZ-5（B）K-Ⅰ型混凝土喷射机，试喷前首先对喷射机进行了检查，经检查，喷射机无漏气、无堵塞现象，生产能力以及对气压和水压的控制均能满足施工要求。喷射机检查无误后，对现场砂子的含水率进行检测，实测含水率为6%。由于干喷时出于对粉尘污染大小的考虑，所以喷射时砂的含水率宜控制在5%—7%左右，即使在做配合比设计时也无须对砂子进行干燥处理。试喷时，在施工现场首先找个合适的岩面，然后采用规范给定的初喷配合比：灰骨比1：4，即水泥：骨料=1：4，砂率按选用原材料时经试验确定的砂率48%，进行干料拌合，即：水泥：砂：碎石=1：1.92：2.08。试拌时，
3
所用的原材料数量如下：水泥：砂：碎石=250kg：480kg：520kg,速凝剂按水泥用量的4%加入，由于砂的含水率为6%，所以对砂的用量根据含水量进行换算，实际用量应为：480×（1+6%）=509Kg`，原材料干拌好以后，运到喷射机前备用，并在短时间内让经验丰富的喷射工进行试喷，在喷射过程中，喷射机的工作气压与水压调整到规范要求的范围（气压在0.1-0.15MPa之间，水压在0.15-0.2MPa之间），喷射距离严格控制在0.6m至1.2m之间，并让喷射工反复调整进水开关，直至喷出的混凝土湿润光泽、粘塑性好、无干斑或滑移流淌现象为止，然后停止进料，固定好进水开关，使进水开关保持在刚才位置，并做好标记。对进水开关在此位置时的喷水量进行单独计量，计量原理就是测出一段时间内所喷出的水的数量，如同沥青混凝土生产配合比中对冷料仓各种集料流量的检测。具体方法如下：用喷射机向预先备好的大桶（宜为口小肚大，容积最小为100升的塑料桶或铁桶）内喷水，用秒表控制时间，计量结果为：10.4Kg/min。然后停止进水，单独喷干料，对所喷出的干料用同样的方法进行单独计量，结果为：131kg/min。再根据灰骨比、砂率及砂的含水率，算出每分钟喷出的干料中的水泥重量：为26.2kg，每分钟喷出的砂为53.3kg，其中所含的水为3kg，于是得出此时的水灰比为：（10.4+3）/26.2=0.51，得出水灰比后，重新喷射混合料，制取大板（大板试模宜为：45cm×35cm×12cm
4
的木底试模）试件，并对混合料的容重进行检测（向容量桶内喷混合料），结果为：2230kg/m3，于是根据容重算出此配合比的每立方用量：水泥：砂：石子：水=405：777：842：206，水灰比为0.51，速凝剂用量为水泥用量的4%。再根据普通混凝土配合比设计规范要求，分别把水灰比向上浮动0.03及0.06，即W/C=0.48及W/C=0.45，又得出两个配合比（假定容重都为2230kg/m3），如下：
水泥：砂：石子：水：速凝剂 W/C 429：766：829：206：17.2 0.48 458：752：814：206：18.3 0.45
用以上两个配比分别按上述方法进行试喷，制取大板试件，并检测拌合物容重，检测结果与假定容重相吻合，都为2230kg/m3，所以不必进行修正。
强度检测：在大板标养7天时，切割成10×10×10标准试件，一组进行7天抗压，一组进行28天抗压，结果如下：
W/C 7天抗压强度结果（MPa） 28天抗压强度结果（MPa） 0.45 19.9 28.4 0.48 16.5 25.7 0.51 15.7 23.8 根据28天强度结果，画出灰水比与强度关系图，在图中找出试配强度所对应的灰水比，并换算出水灰比，然后得
5
隧道中干喷法喷射混凝土的配合比设计
