柏叶口水库支护工程施工技术

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摘要：喷射混凝土具有支护及时、强度高、密实性强、操作简单灵活（不需要立模和振捣）等特点。特别是在软弱围岩地质条件下，配合锚杆或者其他支护措施，将起到很好的支护加固效果。河北省水利工程局在承建的山西省柏叶口水库工程建设中，基础支护采用了锚杆加喷射混凝土的联合支护措施，为柏叶口水库坝体混凝土浇筑施工提供了较好的基础条件，保证了主体工程的顺利施工。

关键词：支护喷射混凝土水灰比 回弹 质量缺陷

中图分类号：TU37 文献标识码：A

1 工程概况

柏叶口水库位于山西省吕梁市交城县会立乡柏叶口村上游约500m的文峪河干流上，控制流域面积875km2，根据地形条件，大坝左岸布置正槽溢洪道，沿山坡呈直线开凿而成，其挑流位于大坝下游左岸。进水闸最大泄量为894m3/s，溢洪道总长305.45m。闸室、泄槽底板及边墙基础均座落在弱风化基岩上。泄槽段进口底板高程1128.0m，泄槽段长177m，断面为矩形，底宽由27m渐变为16m，。挑流段长15.15m，挑角25°，反弧段半径为20m，挑流鼻坎顶高程定为1067.5m。

2支护工程

本工程支护范围包括石方明挖边坡的永久和临时支护。

2.1 锚杆

支护使用的锚杆采用全长粘结型水泥卷锚杆。

（1）材料

锚杆的材料按施工图纸的要求，选用Ⅱ级螺纹钢筋，使用前平直、除锈、除油；注浆锚杆的水泥砂浆采用32.5的普通硅酸盐水泥；砂采用粒径小于2.5mm的中细砂，使用前过筛；水泥砂浆标号必须满足施工图纸的要求，注浆锚杆水泥砂浆的强度等级不低于20Mpa。

（2）锚杆制安

锚杆孔的开孔按施工图纸布置的钻孔位置进行，拟采用YT-28型气腿式风钻钻孔，其孔位偏差不大于100mm；锚杆的孔轴方向应与可滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角应大于45°。

水泥卷应在规定的贮存期内使用，使用前通过试验，验证水泥卷的性能，受潮结块的水泥卷不得使用。水泥卷的直径应与锚杆孔孔径及锚杆直径相匹配，装入锚杆孔内的水泥卷数量应保证插入锚杆后孔内没有空隙。

2.2喷射混凝土

喷射混凝土是以压缩空气为动力，使用混凝土喷射机，将掺有外加剂的混凝土拌和料与高雅水混和，通过喷嘴喷射到石方开挖边坡表面，并迅速形成一层支护结构，从而对围岩起到支护作业。

（1）材料控制

水泥：选用符合国家标准的普通硅酸盐水泥，水泥标号为425#，进场水泥必须有生产厂的质量证明书。

骨料：细骨料采用坚硬耐久的中、粗砂，细度模数大于2.5，使用时的含水率控制在5～7%；粗骨料采用坚硬耐久的碎石，粒径小于15mm；喷射混凝土中不得使用含有活性二氧化硅的骨料。

外加剂：为了缩短凝结时间，提高早期强度，增加一次喷层厚度，减少回弹损失，常常在喷射混凝土拌和物中掺加速凝剂。速凝剂的质量符合施工图纸要求并有生产厂的质量证明书，初凝时间不大于5分钟，终凝时间不大于10分钟。

水灰比：严格控制喷射混凝土的水灰比。一般情况水灰比控制在0.4-0.5之间。水灰比太大，喷射混凝土表面会出现流淌、滑移、拉裂；水灰比太小，则喷射混凝土表面易出现干斑，作业中粉尘大，回弹多。

(2)施工工艺流程

喷射混凝土施工工艺流程见图1。

图1喷射混凝土工艺流程图

（3）喷射混凝土施工工艺

喷射混凝土施工工艺系统由供料、供气、供水三个子系统组成。这三部分系统的不同组合方式产生的不同施工工艺和施工技术，对喷射混凝土的质量有显著影响。

首先确定喷射混凝土的配合比，通过室内试验和现场试验选定，并符合施工图纸的要求。在保证喷层性能指标的前提下，尽量减少水泥和水的用量。

喷射混凝土前对喷射面进行检查，清除开挖面的浮石、墙脚的石碴和堆积物，埋设控制喷射混凝土厚度的标志；对施工机械设备，风、水管路和电线进行全面检查和试运行；在受喷面滴水部位埋设导管排水，导水效果不好的含水层设盲沟排水，对淋水处设截水圈排水。

根据施工技术要求及环保要求，本工程喷射混凝土采用湿喷法。湿喷法是将干料提前与水混合，然后再在喷头处与速凝剂汇合到达受喷面上的一种方法。这种喷射混凝土施工工艺粉尘和回填量均较低，生产环境状况较好；设计水能与干料拌和均匀，水灰质量比能准确控制，生产率较高。

喷射混凝土作业分段分片依次进行，喷射顺序自下而上分层喷射，凹凸不平处，先喷凹处，后一层在前一层混凝土终凝后进行。如终凝1h后再行喷射，先用风水清洗喷层面；喷射作业紧跟开挖工作面，混凝土终凝至下一循环爆破时间不少于3h。在喷射时应连续向喷射机供料；保持喷射机工作风压稳定；完成或因故中断喷射作业时，将喷射机和输料管内的积料清除干净。喷射混凝土的回弹率控制在拱顶不大于25%，边墙不大于15%。冬季施工喷射作业区的气温不低于+5℃，混合料进入喷射机的温度不低于+5℃。

（4）钢筋网喷射混凝土

网喷混凝土时除符合上述规定外，还符合下列规定：

钢筋网的间距为200mm，钢筋采用φ8mmⅠ级钢筋。网喷混凝土支护厚度达到施工图纸要求；钢筋网与锚杆或其他锚固装置联结牢固，喷射时钢筋不得晃动。开始喷射时，减少喷头与受喷面的距离，并调节喷射角度，以保证钢筋与壁面的之间混凝土的密实性；喷射中有脱落的混凝土被钢筋网架住，要及时清除。

土质边坡喷射混凝土支护遵守下列规定：喷射混凝土支护作业前，将边坡整平、压实，自坡底开始自下而上分段分片依次进行喷射；严禁在冻土和松散土面上喷射混凝土。

（5）喷射混凝土养护

喷射混凝土终凝2小时后，喷水养护，养护时间不少于14天。气温低于+5℃时，不得喷水养护。当喷射混凝土周围空气湿度达到或超过85%时，经监理人同意，可准予自然养护。

3施工质量缺陷及预防

（1）开裂原因及防止措施

1）喷射混凝土层出现不同程度的开裂，其原因多是由于喷射混凝土表面层收缩及其产生的拉应力远远大于混凝土的极限受拉变形值和抗拉强度而使混凝土表面层先行开裂所致。

2）防止措施

①保证喷射混凝土施工后14天以内具有潮湿的养护条件。

②在满足喷射混凝土强度和工艺要求的情况下，尽可能地减少单位水泥用量。一般每立方混凝土水泥用量不大于450kg。

③选用普通硅酸盐水泥。

④对于起支承作用，封闭作用和粘结作用的喷射混凝土层，厚度不宜小于5cm。

2）回弹

回弹既浪费材料，又在一定程度上改变了混凝土的配合比，影响喷层强度，因此要控制回弹物。通过按配合比施工，掺加速凝剂，调整工作风压、水压和水量以及喷层厚度、喷射距离等方式减少回弹量。

（3）粉尘防止措施

①适当增加砂的含水率，以6%为宜，对减少粉尘有明显效果。

②加强通风，以迅速排除作业时产生的粉尘。

③采用双水环供水喷嘴，使干料得到充分湿润，以减少粉尘。

④加长拢料管，以40～100cm为宜，以增加水与干料混合的机会，降低粉尘。

（4）管路堵塞原因及预防

1）堵塞原因

①干混合料中夹有大块石子，水泥结块或其他杂物。

②喷射机操作失误。喷射机开始操作时，先启动电机后打开进气阀，或停止工作时，先关闭进气阀后停止电机，致使干混合料不能及时送走，而堆积在喷射出料弯管内。

③供给喷射压缩空气风量不够或压力过低，使干混合料在输送中同有足够的力量克服管路阻力而停留在途中。

④输送管弯曲过甚，弯曲部位太多。或喷射机出料弯管内壁粘结水泥太厚，内径缩小，从而使输送阻力增加。

2）预防措施

①干混合料加入喷射机前，应严格过筛。筛网的孔径，以适用的石子最大粒径而定。

②严格按操作规程操作喷射机。工作开始时，应先给风，后开动喷射机电机，停止同时，应使喷射机和管路接头保持良好的密封，以防止跑风漏气。

③按喷射机性能要求供给足够风量和压力的压缩空气，并保持风量和风压的稳定。

④定期清除喷射机出料弯管内壁的粘结料。喷射中应改善可能将输料胶管拉直，须弯曲时，拐弯半径不能太小更不能出现死弯。

参考文献

[1]GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范

[2]DL/T5144-2001水工混凝土施工规范