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強的結(jié)構(gòu)中，掛設(shè)補強鋼筋網(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，由水泥與骨料的反復連續(xù)撞擊而使混凝土壓密，同時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)強度，故新舊結(jié)合面能夠傳遞拉應力和剪應力。

噴射混凝土加固方法實質(zhì)就是增大橋梁受力斷面和補強鋼筋、加強結(jié)構(gòu)的整體性，使其能承受更大的外荷載。其中增設(shè)的補強鋼筋幫助原結(jié)構(gòu)承受拉應力，同時又是新增混凝土部分的骨架；噴射混凝土將補強鋼筋與原結(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)合面上傳遞拉應力和剪應力。

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

噴射混凝土的抗壓強度是評定噴射質(zhì)量的主要指標。噴射混凝土的抗壓強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)，當混凝土達到一定強度，用切割機鋸掉周邊，加工成100mm×100mm×100mm的試件，在標準條件下（溫度20±3℃、相對濕度90％以上）養(yǎng)護28d，所測得的抗壓強度值乘以0.95的尺寸換算系數(shù)或在28d齡期時從實際噴射面上鉆芯取樣做成標準試件。噴射混凝土的抗壓強度，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（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間等），都對抗壓強度有影響。試驗資料表明，分層噴射的混凝士對抗壓強度沒有影響，因此，在噴射混凝土加固橋梁時，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)強度是特別重要的。一般需分別考慮抗拉粘結(jié)強度與抗剪粘結(jié)強度?？估辰Y(jié)強度是衡量噴射混凝土在受到垂直于結(jié)合界面上的拉應力時保持粘結(jié)的能力， 抗剪粘結(jié)強度則是抵抗平行于結(jié)合面上作用力的能力。實際上， 作用在結(jié)合面上的應力， 常常是上述兩種應力的結(jié)合， 而不能簡單區(qū)分。由于噴射時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)強度，同時錨入原結(jié)構(gòu)內(nèi)的錨桿亦加強了新舊混凝土的粘結(jié)。國內(nèi)外試驗資料表明，噴射混凝土與舊混凝土的粘結(jié)強度為0.7～ 2.85MPa，界面的抗拉粘結(jié)強度為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反應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，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。當噴射混凝土在潮濕條件下養(yǎng)護時間愈長，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，當剩余水量少于繼續(xù)水化所需的水量，則硬化過程就會暫時中止。

這時，噴射混凝土表面就會明顯地產(chǎn)生網(wǎng)狀收縮裂紋。

收縮變形是一個從混凝土表面逐步向內(nèi)部發(fā)展的過程，它能引起內(nèi)應力和殘余變形。所以，噴射混凝土后應及時噴水養(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力，從而能有效地傳遞溫度應力，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)含補強鋼筋網(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力集中病害，又恢復了原結(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)計要點

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

（1）恒載內(nèi)力（包括新噴射的混凝土）按原構(gòu)件的截面模量進行計算，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算內(nèi)力，即新舊混凝土作為一個整體計算，對不同的混凝土標號和新增的補強鋼筋按其彈性模量進行截面換算；

（3）仍按彈性理論進行計算；

（4）強度驗算按照噴射截面占原截面的比率，考慮是否按組合截面進行有關(guān)驗算；

（5）加固設(shè)計前，應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；

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

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。噴射混凝土的運輸、加水拌和及振搗三個程序，均是利用空壓機產(chǎn)生的壓縮空氣通過噴射機使混凝土以連續(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操作人員（ 稱噴射手）的經(jīng)驗。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是，所采用的噴射機允許混凝土混合料在進入噴射機前或在噴射機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， 強度易于保證。但設(shè)備較干噴機復雜， 速凝劑加入也較為困難。

五、施工要點

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

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

噴射混凝土施工時， 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，并降低密實度，從而也降低了強度。噴嘴應盡量與受噴面垂直，否則會降低混凝土密實度。當對配有鋼筋網(wǎng)的受噴面進行噴射時，噴嘴應更靠近受噴面一些，且與垂直方向稍偏離一個小角度，以便獲得較好的握裹效果，同時便于排除回彈物。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)強度時，即出現(xiàn)下垂或脫落。因此較厚的噴射混凝土應分層噴射，前后層噴射的間隔時間應為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。回彈物中水泥含量很少，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，應及時予以清除，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， 應及時修整。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后，應及時噴水養(yǎng)生。養(yǎng)生時間應不少于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，如不用或只用單面模板；混凝土混合料的運輸、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雜造型的結(jié)構(gòu)； 設(shè)備與工序簡單、占地面積小、機動靈活、節(jié)省勞動力，具有廣泛的適應性。用于橋梁加固補強時，還具有施工

快速簡便、經(jīng)濟可靠、不中斷交通等特點。噴射混凝土在施工時，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） 、早期強度高（ 一晝夜比普通混凝土提高2～ 4倍） 的特點。

噴射混凝土混合料時，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， 也有實心板）就是采用的噴射混凝土加固。應用表明，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力、應變及撓度明顯降低且趨向均勻，說明錨噴法加固有效增強各主梁橫向聯(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