摘 要 锚喷支护技术是目前洞室施工中采用的主要衬砌方式，具有速度快造价低的优势，但是其质量影响因素却很复杂，有些指标到目前也不是很清楚。本文从技术层面对影响喷锚混凝土施工质量的因素作一全面介绍，希望能对类似工程施工提供一些参考。

关键词 喷锚混凝土;质量;因素分析

前言

喷锚混凝土技术是当前在地下洞室开挖施工中采用的主要工艺，与普通混凝土相比较，具有明显的优势。它无须支设模板及支架，混凝土入仓与压实同时完成，能够快速凝结硬化，并在较短时间内承受外部荷载。如果喷锚混凝土与锚杆、钢筋网片或预应力锚索、钢拱架等工艺结合使用，可以起到深层加固围岩，加大结构物内部尺寸，提高安全等级作用。目前已成为地下发电厂房，地下大型洞室穹顶施工不可替代的施工技术。

根据目前喷锚混凝土施工工艺，分为干喷法和湿喷法。干喷法是将喷锚材料水泥、砂石、掺和料和外加剂等在作业地点进行充分混合，把混合料加入喷锚机中，利用风压作用将混合料送至喷锚机的喷嘴，在喷嘴处加上水和速凝剂，利用强大的风压将此种混合料喷至作业面上，快速凝固形成围岩的支护层。可以用于临时支护也可用于永久支护[1]。

湿喷法是事先在混凝土拌和站将水、水泥、砂石、掺加料、外加剂等搅拌均匀，与普通混凝土搅拌程序相同，然后将混凝土放至喷锚机械内，通过软管利用风压将混凝土送到喷锚机的喷嘴，在喷嘴处加上速凝剂，在风压的作用下将混凝土喷射至作业面上。可以用于临时支护也可用于永久支护。

通过这两种作业方式进行比较，湿喷法具有作业粉尘少、反弹量小、混凝土质量容易控制、运输距离远、一次作业方量大等优点，目前受到各国的普遍欢迎。除了用在地下隧洞施工外，还逐渐拓展到公路边坡支护、输水渠道衬砌、地铁工程竖井、区间隧道、水池底板及其他需要快速修补的工程，也是我国目前大力推广的一项绿色施工技术。本文也主要依据湿喷法工艺，从影响喷锚混凝土的质量方面来分别介绍。

1原材料方面

原材料是影响喷锚混凝土质量的主要因素，恰当的材料品种和类型能够确保喷锚混凝土的各项性能最优。

（1）水泥。水泥作为喷锚混凝土的主要胶凝材料，相比于普通混凝土来讲，要求具有早强、低热及抗硫酸盐和防干缩性能，低碱及含有掺和料的复合水泥也是喷锚混凝土的首选，强度等级不小于42.5MPa。

（2）速凝剂的选择。速凝剂是喷锚混凝土施工中使用的重要外加剂，可以使混凝土及时凝结硬化，与围岩紧密地黏结在一起，快速提高混凝土的早期强度，及时形成支撑为后续施工提供安全保障。目前在很多工程中，还要求pH值<3并且无腐蚀性即无碱速凝剂，这种无碱速凝剂相比于早期的pH值>12有碱速凝剂来讲，对于作业环境及操作人员更安全;混凝土的强度损失比也大幅降低，与有碱速凝剂相比，强度损失比可从40%降至10%以下;掺量一般为胶凝材料的5%～10%。无碱速凝剂可以是液体也可以是粉末形状，湿喷法必须采用液体形式。在使用速凝剂前，应做水泥的相容性试验。

（3）粗细骨料。喷锚混凝土粗骨料应采用坚硬耐久的碎石，石子最大粒径不宜大于15mm，宜采用连续级配，含泥量不大于1%，泥块含量不大于0.5%。 细骨料应采用坚硬、耐久的中粗砂，含泥量不大于3%，泥块含量不大于0.5%。对于混合料的级配方面，国内外规范相差比较大。国内规范规定粒径相对较大，砂率一般为40%～50%，这会相应提高混凝土的强度指标，但同时也增加了的混凝土的反弹量。在欧美施工规范中，混合料的级配相比于国内规范要偏细，并且又将混合料进一步细分成两种级别细料和粗料。细料中砂率达到95%以上，最大粒径要求不大于9.5mm。主要用于对于构筑物外观要一定要求的部位比如公路交通洞表面衬砌，公路两侧边坡，输水渠道边坡，水池底板等等。

粗料级别中砂率为60%至75%，最大粒径要求不大于13mm。主要用于地下发电厂房顶拱衬砌，地下引水洞隧洞初支衬砌，工作竖井表面衬砌等要承受较大荷载的部位。

砂率大小不仅直接决定了混凝土的强度高低，而且还是影响反弹量的重要指标，并且会造成不同程度混凝土干缩。

（4）钢筋网片或钢筋。在混凝土中主要起到抗拉作用，喷射混凝土中要求钢筋直径要尽量小些，以利于喷锚混凝土将钢筋包裹不留下空隙。作业时，应适当减少喷头至受喷面的距离，提高喷射料流的冲击力，迫使混凝土挤入钢筋背后，保证钢筋能被混凝土完全包裹并有一定密实性，钢筋间距也应适当降低，以提高配筋率。规范要求钢筋网片宜选用HRB335圆形钢筋，直径宜为6～12mm;间距宜为100～300mm;钢筋保护层厚度不应小于20mm。

（5）钢纤维。喷锚混凝土中加入钢纤维的主要目的是为了提高混凝土的抗收缩性能和冲击性能，防止混凝土出现表面裂缝。钢纤维直径宜为0.40～0.80mm，长度宜为25～35mm，抗拉强度不低于1000MPa，掺量一般为混凝土体积的1%～2%。加入一般掺量的钢纤维不会显著提高混凝土的抗拉强度，但是当钢纤维掺量达到50～100kg/m3时可以明显提高混凝土的抗折强度。这一点非常重要，使单纯的钢纤维喷锚混凝土能起到类似钢筋混凝土的作用，对于Ⅱ类、Ⅲ类围岩在无须增加钢筋网片的情况下也能承受较大的荷载。但是过量掺加钢纤维时，有可能会造成混凝土管堵塞或爆管，需要特別注意。

（6）其他掺和料。喷锚混凝土中适量掺加粉煤灰、硅粉、矿渣粉等可以显著提高混凝土的耐久性和后期强度，弥补由于细骨料过多而导致的强度不足、开裂等缺陷。

2配合比设计方面

配合比设计阶段是决定喷锚混凝土质量的关键时期。喷锚混凝土的配合比设计一般分成两个阶段，第一阶段为室内配合比设计，第二阶段为现场试喷大板阶段。在第一阶段时就要考虑清楚本项目上是采用干喷法还是湿喷法，是使用人工喷锚机还是大型湿喷台车，是素喷锚混凝土还是钢纤维喷锚混凝土，以及速凝剂掺量对强度的影响程度。第二阶段是喷锚混凝土的主要设计阶段，在现场试喷时，应多喷一些大板样品，按照规定的试验方法切割成不同尺寸的试件，检验喷锚混凝土的抗压、抗折、抗渗、抗冻指标，如有必要还要检验混凝土的反弹量、钢纤维含量及粘接强度等等进行综合判断。

3施工控制方面

（1）拌和。温度对喷锚混凝土具有显著的影响，当混凝土的温度低于5度或高于35度时，就不适合拌制喷锚混凝土了。

（2）喷射作业。操作人员作业水平是影响喷锚混凝土质量的一个重要因素。在喷锚作业前，应进行培训考核，合格后方可上岗。现场作业应坚持自下而上、分层分块分区域进行的原则，下层混凝土终凝后才开始进行上层混凝土的喷射施工，以利于结合。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的黏结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，反弹增加;风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土密度和强度。喷嘴与受喷面间距宜为0.6～1.8m。喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，喷层厚度应大致均匀，一圈压半圈。受喷面的小股水或裂隙渗漏水宜先导引再喷射混凝土，大股积水宜采用注浆堵水后再喷射混凝土。喷射时，应先从远离出水处开始，逐渐向渗漏处逼近。施工时应备足速凝剂，并应经常检查速凝剂的泵送及计量装置。

（3）养护。喷射混凝土终凝后，应及时喷水雾养护，养护时间不小于14d。气温低于5℃时，不得喷水养护。

（4）反弹量。喷射过程中应及时检查混凝土的反弹率，控制边墙反弹量不大于15%，拱部不大于25%。

4檢验检测项目

全面而准确地检测喷锚混凝土的各项指标，是直接反映喷锚混凝土质量的主要手段，也是评定混凝土质量的基础。与普通混凝土不同的是，喷锚混凝土施工工艺流程中的任何一个环节对喷锚混凝土的影响都是巨大的，必须控制好每一项影响因素才能保证最终的质量[2]。

（1）混凝土坍落度指标。坍落度指标是反映混凝土和易性的一个主要指标，由于喷锚混凝土的特殊性，坍落度仅表示混凝土是否能顺利通过喷锚机软管的程度。不同的喷锚机械，对坍落度要求也不同，人工喷锚机可以要求坍落度大一些，喷锚台车可以要求小一些。对于不需要加过多速凝剂的部位比如水池底板、隧洞拱脚等部位，可以要求坍落度小一些;对于厂房顶拱等部位，则需要加大速凝剂掺量，相应提高混凝土的坍落度。

（2）抗压强度。抗压强度是喷射到作业面上混凝土的实际强度值，影响抗压强度的因素很多。混凝土的密度、速凝剂掺量、混凝土的反弹量等都是影响抗压强度的主要因素。同一种配比的混凝土，在作业过程中，由于喷射时风压、喷嘴角度、受喷面距离不等，强度会出现巨大差异。因此在作业过程中，应严格控制混凝土密度值，不得低于2200kg/m3，速凝剂的掺量根据不同的作业环境适当调节，控制混凝土的反弹量。作业前对操作手要进行有针对性培训考核，合格后方可上岗。

从大板里面钻取芯样做抗压强度指标，只能反映出一般作业水平。还需要到作业面上钻取芯样检测其实际强度值，这个芯样才是综合考虑了速凝剂掺量、反弹量、风压大小、养护等各种因素在内的真实水平。现场岩芯测值与大板岩芯测值因作业环境不同而存在较大差异，规范规定现场岩芯的抗压强度最低值不得低于设计值的85%。

（3）早期强度。喷锚混凝土与普通混凝土相比，快速增长的早期强度显得十分重要，它是支护结构能够迅速承受围岩荷载的关键特性。对保证作业面的安全具有十分重要的意义。早期强度是指喷射完后，6分钟至24小时之间的强度。速凝剂的品种及掺量是影响早期强度的主要原因。我国规范规定，喷射混凝土1d龄期的抗压强度应不低于5.0MPa。欧美标准规定，6分钟强度不低于0.1～0.5MPa，24小时强度值不低于2MPa～18MPa。测试方法采用试针法。

（4）抗折强度，残留强度及韧度。钢纤维混凝土的抗折强度是混凝土能承受的最大弯曲强度，这一点对于需要抵抗弯曲变形的结构非常重要。特别是地下厂房穹顶及大型洞室顶拱部位，能够准确地检测出实际抗折强度要比单纯从理论上进行推算更加地可靠。并且由于加入了钢纤维的原因，在混凝土开裂后依然能够承受一定的外部荷载，在工程上把这种特性称为喷锚混凝土的韧度，韧度检测是结构安全验算的重要基础。我国规范规定钢纤维砼的最低抗折强度不低于3.8MPa、韧度等级不低于1级，即梁的底部挠度在产生不超过1mm时，残余抗弯强度不低于1.3MPa，这些试验须通过室内专业仪器才可检测出来，但所用试件必须从现场大板中切割。

（5）黏结强度。喷锚混凝土与围岩界面上的黏结能力，是衡量喷锚混凝土质量好坏的一个评定指标，也是喷锚混凝土能否正常工作的基础。影响这一指标的因素比较多，围岩的类型，渗水情况、喷射层数、气温等等。规范规定，喷锚混凝土与岩石底层的黏结强度不低于0.2～0.8mpa，与混凝土底层的黏结强度不低于0.5～1mpa。

如何检测黏结强度相应规范也给出了专业方法，但在实际执行过程中，测试工作受钻机稳定性，钻头扭矩、切割面水压等因素影响，往往超过了界面上的黏结强度。因此现场一般采用敲击试验，更加能够真实地反映出结合面的空鼓情况。检测人员在经过简单培训后，均可胜任此项工作。相关规范也给出了检测标准，单个面积不得超过0.02m2，总面积不超过10%，作为综合评定喷锚混凝土黏结情况的综合指标。

（6）厚度检测。具有一定厚度的喷射混凝土是保证结构受力的基础。与普通混凝土不同的是，喷射混凝土要自下而上分层分块分区域进行，每一层喷射混凝土厚度不得超过混凝土与围岩的黏结能力，后一层混凝土应在前一层混凝土终凝后再接着喷，如果中间间隔时间太长，还需要将前一层混凝土表面粉尘冲洗干净后再喷射一层[3]。

5结束语

由于上述喷锚混凝土所表现的诸多特点，就决定了它是与普通混凝土完全不同的两种事物，我们只有在工程实践中认真研究这种特性，充分掌握其真实性能，才能充分发挥其应有的作用，做出优质的喷锚混凝土，解决工程实际问题。

参考文献

[1] 薛宝锋.道路桥梁工程施工质量缺陷成因与策略[J].门窗，2019（24）：210.

[2] 张轶华.桥梁工程施工质量监理要点分析[J].大众标准化，2019（18）：79-80.

[3] 余德连.混凝土结构工程施工质量控制概述[J].四川水泥，2019（12）：243.

作者简介

张宝红（1972-），男，河南安阳人;学历：本科，职称：高级工程师，现就职单位：中国水利水电第十一工程局，研究方向：工程材料性能及检测。