一、噴射混凝土加固概述

噴射混凝土（錨噴混凝土）加固法是將錨桿錨入擬補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)中，掛設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，然后再噴射一定厚度的混凝土，形成與原結(jié)構(gòu)共同承受外載作用的組合結(jié)構(gòu)。所以，噴射混凝土是借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣將新混凝土混合料，通過管道高速噴射到已錨固好鋼筋網(wǎng)的受噴面上，待其凝結(jié)硬化形成一種鋼筋混凝土。噴射混凝土不需振搗，而是在高速噴射時(shí)，由水泥與骨料的反復(fù)連續(xù)撞擊而使混凝土壓密，同時(shí)又可采用較小的水灰比（常為0.4～0.45），使其與被加固結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生較高的粘結(jié)強(qiáng)度，故新舊結(jié)合面能夠傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。

噴射混凝土加固方法實(shí)質(zhì)就是增大橋梁受力斷面和補(bǔ)強(qiáng)鋼筋、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，使其能承受更大的外荷載。其中增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋幫助原結(jié)構(gòu)承受拉應(yīng)力，同時(shí)又是新增混凝土部分的骨架；噴射混凝土將補(bǔ)強(qiáng)鋼筋與原結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)組成整體受力結(jié)構(gòu)，并與錨桿一道在結(jié)合面上傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。

補(bǔ)強(qiáng)鋼筋主要起彌補(bǔ)原結(jié)構(gòu)抗彎能力不足，或者說承擔(dān)增加的外荷載作用。補(bǔ)強(qiáng)鋼筋一般采用Ⅱ級螺紋鋼，其強(qiáng)度要求以抗拉強(qiáng)度控制為主。

噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度是評定噴射質(zhì)量的主要指標(biāo)。噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度是指用噴射法將混凝土混合料，噴射在450mm×350mm×120mm的模型內(nèi)，當(dāng)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度，用切割機(jī)鋸掉周邊，加工成100mm×100mm×100mm的試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度20±3℃、相對濕度90％以上）養(yǎng)護(hù)28d，所測得的抗壓強(qiáng)度值乘以0.95的尺寸換算系數(shù)或在28d齡期時(shí)從實(shí)際噴射面上鉆芯取樣做成標(biāo)準(zhǔn)試件。噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度，受多種因素影響，如原材料的品種和質(zhì)量、混合料的設(shè)計(jì)（水灰比、水泥用量、砂率、粗骨料粒徑、外加劑品種與用量等），以及施工工藝和施工人員的操作方式（噴射壓力、噴嘴與受噴面的距離、角度以及混合料的停放時(shí)間等），都對抗壓強(qiáng)度有影響。試驗(yàn)資料表明，分層噴射的混凝士對抗壓強(qiáng)度沒有影響，因此，在噴射混凝土加固橋梁時(shí)，對于較厚的噴射混凝土，可采取分層噴射。

為確保噴射混凝土和橋梁原有結(jié)構(gòu)能夠共同受力，粘結(jié)強(qiáng)度是特別重要的。一般需分別考慮抗拉粘結(jié)強(qiáng)度與抗剪粘結(jié)強(qiáng)度?？估辰Y(jié)強(qiáng)度是衡量噴射混凝土在受到垂直于結(jié)合界面上的拉應(yīng)力時(shí)保持粘結(jié)的能力， 抗剪粘結(jié)強(qiáng)度則是抵抗平行于結(jié)合面上作用力的能力。實(shí)際上， 作用在結(jié)合面上的應(yīng)力， 常常是上述兩種應(yīng)力的結(jié)合， 而不能簡單區(qū)分。由于噴射時(shí)混凝土混合料高速連續(xù)沖擊受噴面，而且要在受噴面上形成5～ 10mm厚的砂漿層后，粗骨料才能嵌入。這樣水泥顆粒會(huì)牢固地粘附在受噴面上，因而噴射混凝土與原結(jié)構(gòu)表面有良好的粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)錨入原結(jié)構(gòu)內(nèi)的錨桿亦加強(qiáng)了新舊混凝土的粘結(jié)。國內(nèi)外試驗(yàn)資料表明，噴射混凝土與舊混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度為0.7～ 2.85MPa，界面的抗拉粘結(jié)強(qiáng)度為1.47～ 3.49MPa。

由于噴射混凝土水泥用量大、含水量大、又摻有速凝劑，因此比普通混凝土收縮大。同普通混凝土一樣，噴射混凝土的收縮也是由其硬化過程中的物理化學(xué)反應(yīng)以及混凝土的濕度變化引起的，其收縮變形又分干縮和熱縮。干縮主要由水灰比決定，較高的含水量會(huì)出現(xiàn)較大的收縮，而粗骨料則能限制收縮的發(fā)展。熱縮是由水泥水化過程的溫升值所決定。

摻配速凝劑對噴射混凝土的收縮值影響很大。在同樣的自然條件下養(yǎng)護(hù)，摻加占水泥重3％～4％的速凝劑的噴射混凝土的最終收縮率要比不摻速凝劑的大80％。

噴射混凝土在硬化過程中的空氣濕度和混凝土自身保水條件等，對噴射混凝土的收縮也有明顯的影響。當(dāng)噴射混凝土在潮濕條件下養(yǎng)護(hù)時(shí)間愈長，則收縮量愈小。如果噴射混凝土在硬化過程中，水分蒸發(fā)過快過多，當(dāng)剩余水量少于繼續(xù)水化所需的水量，則硬化過程就會(huì)暫時(shí)中止。

這時(shí)，噴射混凝土表面就會(huì)明顯地產(chǎn)生網(wǎng)狀收縮裂紋。

收縮變形是一個(gè)從混凝土表面逐步向內(nèi)部發(fā)展的過程，它能引起內(nèi)應(yīng)力和殘余變形。所以，噴射混凝土后應(yīng)及時(shí)噴水養(yǎng)生，保持噴射混凝土表面的濕潤狀態(tài)，則能夠減緩收縮，減弱內(nèi)應(yīng)力，從而減少噴射混凝土表面開裂的危害。

噴射混凝土的徐變變形是其在恒定荷載長期作用下變形隨時(shí)間增長的性能。其變形規(guī)律在定性上是同普通混凝土的徐變變形規(guī)律相一致的。

噴射混凝土中鋼筋網(wǎng)的作用在于承受拉應(yīng)力，從而能有效地傳遞溫度應(yīng)力，減少或避免噴射混凝土的收縮裂紋的產(chǎn)生。

二、加固原理

噴射混凝土加固方法是新奧法隧道施工方法在橋梁加固中的應(yīng)用，加固橋梁的原理就是通過新增加混凝土與受力鋼筋和原結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，組成噴射混凝土（內(nèi)含補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)）、錨桿及原結(jié)構(gòu)的整體組合結(jié)構(gòu)。通過噴射加固層與原結(jié)構(gòu)緊密粘結(jié)在一起，既阻止了原結(jié)構(gòu)繼續(xù)變形和開裂，又充分發(fā)揮原結(jié)構(gòu)的作用，共同承受外荷載。新形成的組合結(jié)構(gòu)既根治了原結(jié)構(gòu)因裂縫等原因造成的局部應(yīng)力集中病害，又恢復(fù)了原結(jié)構(gòu)變形的協(xié)調(diào)性，使其能夠承受更大外荷載。要注意的是原結(jié)構(gòu)承受原有荷載，新舊結(jié)構(gòu)共同承受新增恒載與活載。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

噴射混凝土加固橋梁實(shí)際上仍是增大構(gòu)件截面加固法，所以，加固設(shè)計(jì)原則仍按增大構(gòu)件截面的方法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。設(shè)計(jì)原則為：

（1）恒載內(nèi)力（包括新噴射的混凝土）按原構(gòu)件的截面模量進(jìn)行計(jì)算，即新噴上的混凝土恒載仍作用于原構(gòu)件上；

（2）活載內(nèi)力由加大后的組合體截面模量計(jì)算內(nèi)力，即新舊混凝土作為一個(gè)整體計(jì)算，對不同的混凝土標(biāo)號和新增的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋按其彈性模量進(jìn)行截面換算；

（3）仍按彈性理論進(jìn)行計(jì)算；

（4）強(qiáng)度驗(yàn)算按照噴射截面占原截面的比率，考慮是否按組合截面進(jìn)行有關(guān)驗(yàn)算；

（5）加固設(shè)計(jì)前，應(yīng)弄清橋梁的原始情況及病害原因，對橋梁的承載能力作出評價(jià)；

（6）采用的噴射混凝土與鋼筋的強(qiáng)度等級，不應(yīng)低于原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級。對于結(jié)合界面處兩種不同強(qiáng)度等級的混凝土共同作用時(shí)，應(yīng)以較低強(qiáng)度等級換算作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

四、加固方法噴射混凝土一般有干式和濕式兩種方式。

干式噴射混凝土在以往的橋梁加固中采用較多。但后來發(fā)展起來的濕式噴射混凝土，由于明顯優(yōu)于干式噴射混凝土，已成為世界各國噴射混凝土的主流， 目前我國也在推廣濕噴技術(shù)。

噴射混凝土混合料在干燥的情況下充分拌和，通過送料軟管靠壓縮空氣送到專用的噴嘴處，噴嘴內(nèi)裝有多孔集流腔，水在壓力下通過多孔集流腔與混合料拌和。噴射混凝土的運(yùn)輸、加水拌和及振搗三個(gè)程序，均是利用空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣通過噴射機(jī)使混凝土以連續(xù)高速噴向受噴面，并和受噴面形成整體一次完成。由于混凝土的混合料是在干燥狀態(tài)下拌和的，水則是在噴射過程中加入，所以，水灰比的掌握完全憑噴射機(jī)操作人員（ 稱噴射手）的經(jīng)驗(yàn)。因此， 噴射手的操作技藝是干式噴射混凝土加固橋梁施工成敗的關(guān)鍵。

濕式噴射混凝土的明顯特點(diǎn)是，所采用的噴射機(jī)允許混凝土混合料在進(jìn)入噴射機(jī)前或在噴射機(jī)中加人足夠的拌和水，拌和均勻，然后再通過送料軟管送至噴嘴噴射到受噴面上。

所以， 混凝土的水灰比能準(zhǔn)確控制， 有利于水和水泥的水化， 因而粉塵較小， 回彈較少，混凝土均質(zhì)性好， 強(qiáng)度易于保證。但設(shè)備較干噴機(jī)復(fù)雜， 速凝劑加入也較為困難。

五、施工要點(diǎn)

施工時(shí)，應(yīng)首先清洗被加固構(gòu)件的表面，按設(shè)計(jì)要求在構(gòu)件表面設(shè)置錨固鋼筋，并安放補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)。鋼筋周圍應(yīng)有足夠的間隙，以便噴射混凝土能完全包裹鋼筋。注意將鋼筋網(wǎng)牢固地綁扎或點(diǎn)焊在錨固筋上，以免噴射混合料時(shí)位置產(chǎn)生移動(dòng)。噴射混凝土前，應(yīng)先檢查噴射機(jī)是否正常，用高壓水沖洗掉打毛時(shí)剩余碎碴，并充分濕潤受噴面。

干噴時(shí)，將水泥、砂子、骨料按試驗(yàn)配合比在干燥時(shí)充分拌和，內(nèi)摻一定比例的速凝劑（ 一般按水泥質(zhì)量的2％ ～ 5％ ），然后送進(jìn)干噴機(jī)。濕噴時(shí)，按試驗(yàn)配合比將材料加水拌和成混凝土混合料后， 送進(jìn)濕噴機(jī)。

噴射混凝土施工時(shí)， 噴嘴與受噴面的最佳距離一般為0.8～ 1.5m， 距離過大將增加回彈量，并降低密實(shí)度，從而也降低了強(qiáng)度。噴嘴應(yīng)盡量與受噴面垂直，否則會(huì)降低混凝土密實(shí)度。當(dāng)對配有鋼筋網(wǎng)的受噴面進(jìn)行噴射時(shí)，噴嘴應(yīng)更靠近受噴面一些，且與垂直方向稍偏離一個(gè)小角度，以便獲得較好的握裹效果，同時(shí)便于排除回彈物。噴射混凝土下垂脫落和回彈量過大， 是向頂面噴射混凝土的兩大難題。下垂常常是噴層過厚或過濕造成的。

由于新噴上的混凝土混合料，其抗拉及粘結(jié)強(qiáng)度都很低，一旦噴射混凝土的自重大于其與頂部受噴面的粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，即出現(xiàn)下垂或脫落。因此較厚的噴射混凝土應(yīng)分層噴射，前后層噴射的間隔時(shí)間應(yīng)為2～ 4h。一次噴射厚度以噴射混凝土不滑移， 不墜落為度。既不能因噴層太厚而影響噴射混凝土的粘結(jié)力和凝聚力，又不能因噴層太薄而增加回彈?；貜椢镏兴嗪亢苌?，主要為粗骨料，凝結(jié)硬化后則是一種松散、多孔隙的塊體。因此，應(yīng)及時(shí)予以清除，不能使之聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)，更不能將其放人下批混合料中，否則將影響噴射混凝士的質(zhì)量。

噴射面自然整平， 不論從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性方面來講， 都是可取的。然而， 噴射面過于粗糙， 對于要求表面光滑和外形美觀的橋孔， 應(yīng)及時(shí)修整。一般可在噴射混凝土初凝后（ 即噴射后15～ 20min） 用刮刀將設(shè)計(jì)線以外多余的材料刮掉,然后再噴或抹一層砂漿;或在噴射面上直接噴或抹一層砂漿。目前， 也在發(fā)展一種模噴技術(shù)， 即在噴射面外設(shè)置模板，使噴射混凝土表面平整清潔。

噴射混凝土終凝兩小時(shí)后，應(yīng)及時(shí)噴水養(yǎng)生。養(yǎng)生時(shí)間應(yīng)不少于7d。對于水泥含量高，表面粗糙的薄層噴射混凝土結(jié)構(gòu)，養(yǎng)生是確保其強(qiáng)度的形成和避免表面開裂的重要措施。

干噴法噴射混凝土加固方法的流程小結(jié)如下圖8-5-2 所示。

噴射混凝土在施工工藝、材料及結(jié)構(gòu)等方面與普通現(xiàn)澆混凝土相比有許多特點(diǎn)，如不用或只用單面模板；混凝土混合料的運(yùn)輸、澆灌和搗固結(jié)合為一道工序；可通過輸料軟管在高空、深坑或狹小的工作區(qū)間向任意方位施作薄壁的或復(fù)雜造型的結(jié)構(gòu)； 設(shè)備與工序簡單、占地面積小、機(jī)動(dòng)靈活、節(jié)省勞動(dòng)力，具有廣泛的適應(yīng)性。用于橋梁加固補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，還具有施工

快速簡便、經(jīng)濟(jì)可靠、不中斷交通等特點(diǎn)。噴射混凝土在施工時(shí)，可在混合料中加入各種外加劑和外摻料，大大改善噴射混凝土的性能。例如，加入速凝劑，則噴射混凝士具有凝結(jié)快（ 2～ 4min初凝， 10min以內(nèi)終凝） 、早期強(qiáng)度高（ 一晝夜比普通混凝土提高2～ 4倍） 的特點(diǎn)。

噴射混凝土混合料時(shí)，由于高速高壓作用，噴射出的混凝土能射入寬度2mm以上的裂縫，并與被加固的結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合， 形成整體共同工作， 阻止原結(jié)構(gòu)繼續(xù)變形和開裂。在我國，噴射混凝土用于橋梁加固歷史很短，并且主要是在拱橋中，如增大拱肋截面、增加板拱厚度等。

不過，近年來，噴射混凝土也開始在梁橋加固中應(yīng)用。湖北省的武黃高速公路、漢宜高速公路有數(shù)十座板梁橋（ 主要是跨徑為8~13m的板橋， 板寬1.0～ 1.5m， 有空心板， 也有實(shí)心板）就是采用的噴射混凝土加固。應(yīng)用表明，噴射混凝土在加固橋梁受彎承載構(gòu)件是可行的，具有現(xiàn)澆混凝土無可比擬的優(yōu)越性。錨噴加固過后的各主梁應(yīng)力、應(yīng)變及撓度明顯降低且趨向均勻，說明錨噴法加固有效增強(qiáng)各主梁橫向聯(lián)系，改善荷載橫向分布狀況，加固效果明顯，加固過后的結(jié)構(gòu)的承載力有著較大的提高。噴射混凝土加固梁板橋效果非常好，詳見文獻(xiàn)