一、喷射混凝土加固概述

喷射混凝土（锚喷混凝土）加固法是将锚杆锚入拟补强的结构中，挂设补强钢筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，形成与原结构共同承受外载作用的组合结构。所以，喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气将新混凝土混合料，通过管道高速喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上，待其凝结硬化形成一种钢筋混凝土。喷射混凝土不需振捣，而是在高速喷射时，由水泥与骨料的反复连续撞击而使混凝土压密，同时又可采用较小的水灰比（常为0.4～0.45），使其与被加固结构表面产生较高的粘结强度，故新旧结合面能够传递拉应力和剪应力。

喷射混凝土加固方法实质就是增大桥梁受力断面和补强钢筋、加强结构的整体性，使其能承受更大的外荷载。其中增设的补强钢筋帮助原结构承受拉应力，同时又是新增混凝土部分的骨架；喷射混凝土将补强钢筋与原结构联结组成整体受力结构，并与锚杆一道在结合面上传递拉应力和剪应力。

补强钢筋主要起弥补原结构抗弯能力不足，或者说承担增加的外荷载作用。补强钢筋一般采用Ⅱ级螺纹钢，其强度要求以抗拉强度控制为主。

喷射混凝土的抗压强度是评定喷射质量的主要指标。喷射混凝土的抗压强度是指用喷射法将混凝土混合料，喷射在450mm×350mm×120mm的模型内，当混凝土达到一定强度，用切割机锯掉周边，加工成100mm×100mm×100mm的试件，在标准条件下（温度20±3℃、相对湿度90％以上）养护28d，所测得的抗压强度值乘以0.95的尺寸换算系数或在28d龄期时从实际喷射面上钻芯取样做成标准试件。喷射混凝土的抗压强度，受多种因素影响，如原材料的品种和质量、混合料的设计（水灰比、水泥用量、砂率、粗骨料粒径、外加剂品种与用量等），以及施工工艺和施工人员的操作方式（喷射压力、喷嘴与受喷面的距离、角度以及混合料的停放时间等），都对抗压强度有影响。试验资料表明，分层喷射的混凝士对抗压强度没有影响，因此，在喷射混凝土加固桥梁时，对于较厚的喷射混凝土，可采取分层喷射。

为确保喷射混凝土和桥梁原有结构能够共同受力，粘结强度是特别重要的。一般需分别考虑抗拉粘结强度与抗剪粘结强度。抗拉粘结强度是衡量喷射混凝土在受到垂直于结合界面上的拉应力时保持粘结的能力， 抗剪粘结强度则是抵抗平行于结合面上作用力的能力。实际上， 作用在结合面上的应力， 常常是上述两种应力的结合， 而不能简单区分。由于喷射时混凝土混合料高速连续冲击受喷面，而且要在受喷面上形成5～ 10mm厚的砂浆层后，粗骨料才能嵌入。这样水泥颗粒会牢固地粘附在受喷面上，因而喷射混凝土与原结构表面有良好的粘结强度，同时锚入原结构内的锚杆亦加强了新旧混凝土的粘结。国内外试验资料表明，喷射混凝土与旧混凝土的粘结强度为0.7～ 2.85MPa，界面的抗拉粘结强度为1.47～ 3.49MPa。

由于喷射混凝土水泥用量大、含水量大、又掺有速凝剂，因此比普通混凝土收缩大。同普通混凝土一样，喷射混凝土的收缩也是由其硬化过程中的物理化学反应以及混凝土的湿度变化引起的，其收缩变形又分干缩和热缩。干缩主要由水灰比决定，较高的含水量会出现较大的收缩，而粗骨料则能限制收缩的发展。热缩是由水泥水化过程的温升值所决定。

掺配速凝剂对喷射混凝土的收缩值影响很大。在同样的自然条件下养护，掺加占水泥重3％～4％的速凝剂的喷射混凝土的最终收缩率要比不掺速凝剂的大80％。

喷射混凝土在硬化过程中的空气湿度和混凝土自身保水条件等，对喷射混凝土的收缩也有明显的影响。当喷射混凝土在潮湿条件下养护时间愈长，则收缩量愈小。如果喷射混凝土在硬化过程中，水分蒸发过快过多，当剩余水量少于继续水化所需的水量，则硬化过程就会暂时中止。

这时，喷射混凝土表面就会明显地产生网状收缩裂纹。

收缩变形是一个从混凝土表面逐步向内部发展的过程，它能引起内应力和残余变形。所以，喷射混凝土后应及时喷水养生，保持喷射混凝土表面的湿润状态，则能够减缓收缩，减弱内应力，从而减少喷射混凝土表面开裂的危害。

喷射混凝土的徐变变形是其在恒定荷载长期作用下变形随时间增长的性能。其变形规律在定性上是同普通混凝土的徐变变形规律相一致的。

喷射混凝土中钢筋网的作用在于承受拉应力，从而能有效地传递温度应力，减少或避免喷射混凝土的收缩裂纹的产生。

二、加固原理

喷射混凝土加固方法是新奥法隧道施工方法在桥梁加固中的应用，加固桥梁的原理就是通过新增加混凝土与受力钢筋和原结构紧密结合，组成喷射混凝土（内含补强钢筋网）、锚杆及原结构的整体组合结构。通过喷射加固层与原结构紧密粘结在一起，既阻止了原结构继续变形和开裂，又充分发挥原结构的作用，共同承受外荷载。新形成的组合结构既根治了原结构因裂缝等原因造成的局部应力集中病害，又恢复了原结构变形的协调性，使其能够承受更大外荷载。要注意的是原结构承受原有荷载，新旧结构共同承受新增恒载与活载。

三、设计要点

喷射混凝土加固桥梁实际上仍是增大构件截面加固法，所以，加固设计原则仍按增大构件截面的方法进行内力计算。设计原则为：

（1）恒载内力（包括新喷射的混凝土）按原构件的截面模量进行计算，即新喷上的混凝土恒载仍作用于原构件上；

（2）活载内力由加大后的组合体截面模量计算内力，即新旧混凝土作为一个整体计算，对不同的混凝土标号和新增的补强钢筋按其弹性模量进行截面换算；

（3）仍按弹性理论进行计算；

（4）强度验算按照喷射截面占原截面的比率，考虑是否按组合截面进行有关验算；

（5）加固设计前，应弄清桥梁的原始情况及病害原因，对桥梁的承载能力作出评价；

（6）采用的喷射混凝土与钢筋的强度等级，不应低于原结构的强度等级。对于结合界面处两种不同强度等级的混凝土共同作用时，应以较低强度等级换算作为计算标准。

四、加固方法喷射混凝土一般有干式和湿式两种方式。

干式喷射混凝土在以往的桥梁加固中采用较多。但后来发展起来的湿式喷射混凝土，由于明显优于干式喷射混凝土，已成为世界各国喷射混凝土的主流， 目前我国也在推广湿喷技术。

喷射混凝土混合料在干燥的情况下充分拌和，通过送料软管靠压缩空气送到专用的喷嘴处，喷嘴内装有多孔集流腔，水在压力下通过多孔集流腔与混合料拌和。喷射混凝土的运输、加水拌和及振捣三个程序，均是利用空压机产生的压缩空气通过喷射机使混凝土以连续高速喷向受喷面，并和受喷面形成整体一次完成。由于混凝土的混合料是在干燥状态下拌和的，水则是在喷射过程中加入，所以，水灰比的掌握完全凭喷射机操作人员（ 称喷射手）的经验。因此， 喷射手的操作技艺是干式喷射混凝土加固桥梁施工成败的关键。

湿式喷射混凝土的明显特点是，所采用的喷射机允许混凝土混合料在进入喷射机前或在喷射机中加人足够的拌和水，拌和均匀，然后再通过送料软管送至喷嘴喷射到受喷面上。

所以， 混凝土的水灰比能准确控制， 有利于水和水泥的水化， 因而粉尘较小， 回弹较少，混凝土均质性好， 强度易于保证。但设备较干喷机复杂， 速凝剂加入也较为困难。

五、施工要点

施工时，应首先清洗被加固构件的表面，按设计要求在构件表面设置锚固钢筋，并安放补强钢筋网。钢筋周围应有足够的间隙，以便喷射混凝土能完全包裹钢筋。注意将钢筋网牢固地绑扎或点焊在锚固筋上，以免喷射混合料时位置产生移动。喷射混凝土前，应先检查喷射机是否正常，用高压水冲洗掉打毛时剩余碎碴，并充分湿润受喷面。

干喷时，将水泥、砂子、骨料按试验配合比在干燥时充分拌和，内掺一定比例的速凝剂（ 一般按水泥质量的2％ ～ 5％ ），然后送进干喷机。湿喷时，按试验配合比将材料加水拌和成混凝土混合料后， 送进湿喷机。

喷射混凝土施工时， 喷嘴与受喷面的最佳距离一般为0.8～ 1.5m， 距离过大将增加回弹量，并降低密实度，从而也降低了强度。喷嘴应尽量与受喷面垂直，否则会降低混凝土密实度。当对配有钢筋网的受喷面进行喷射时，喷嘴应更靠近受喷面一些，且与垂直方向稍偏离一个小角度，以便获得较好的握裹效果，同时便于排除回弹物。喷射混凝土下垂脱落和回弹量过大， 是向顶面喷射混凝土的两大难题。下垂常常是喷层过厚或过湿造成的。

由于新喷上的混凝土混合料，其抗拉及粘结强度都很低，一旦喷射混凝土的自重大于其与顶部受喷面的粘结强度时，即出现下垂或脱落。因此较厚的喷射混凝土应分层喷射，前后层喷射的间隔时间应为2～ 4h。一次喷射厚度以喷射混凝土不滑移， 不坠落为度。既不能因喷层太厚而影响喷射混凝土的粘结力和凝聚力，又不能因喷层太薄而增加回弹。回弹物中水泥含量很少，主要为粗骨料，凝结硬化后则是一种松散、多孔隙的块体。因此，应及时予以清除，不能使之聚集在结构物内，更不能将其放人下批混合料中，否则将影响喷射混凝士的质量。

喷射面自然整平， 不论从结构强度和耐久性方面来讲， 都是可取的。然而， 喷射面过于粗糙， 对于要求表面光滑和外形美观的桥孔， 应及时修整。一般可在喷射混凝土初凝后（ 即喷射后15～ 20min） 用刮刀将设计线以外多余的材料刮掉,然后再喷或抹一层砂浆;或在喷射面上直接喷或抹一层砂浆。目前， 也在发展一种模喷技术， 即在喷射面外设置模板，使喷射混凝土表面平整清洁。

喷射混凝土终凝两小时后，应及时喷水养生。养生时间应不少于7d。对于水泥含量高，表面粗糙的薄层喷射混凝土结构，养生是确保其强度的形成和避免表面开裂的重要措施。

干喷法喷射混凝土加固方法的流程小结如下图8-5-2 所示。

喷射混凝土在施工工艺、材料及结构等方面与普通现浇混凝土相比有许多特点，如不用或只用单面模板；混凝土混合料的运输、浇灌和捣固结合为一道工序；可通过输料软管在高空、深坑或狭小的工作区间向任意方位施作薄壁的或复杂造型的结构； 设备与工序简单、占地面积小、机动灵活、节省劳动力，具有广泛的适应性。用于桥梁加固补强时，还具有施工

快速简便、经济可靠、不中断交通等特点。喷射混凝土在施工时，可在混合料中加入各种外加剂和外掺料，大大改善喷射混凝土的性能。例如，加入速凝剂，则喷射混凝士具有凝结快（ 2～ 4min初凝， 10min以内终凝） 、早期强度高（ 一昼夜比普通混凝土提高2～ 4倍） 的特点。

喷射混凝土混合料时，由于高速高压作用，喷射出的混凝土能射入宽度2mm以上的裂缝，并与被加固的结构紧密结合， 形成整体共同工作， 阻止原结构继续变形和开裂。在我国，喷射混凝土用于桥梁加固历史很短，并且主要是在拱桥中，如增大拱肋截面、增加板拱厚度等。

不过，近年来，喷射混凝土也开始在梁桥加固中应用。湖北省的武黄高速公路、汉宜高速公路有数十座板梁桥（ 主要是跨径为8~13m的板桥， 板宽1.0～ 1.5m， 有空心板， 也有实心板）就是采用的喷射混凝土加固。应用表明，喷射混凝土在加固桥梁受弯承载构件是可行的，具有现浇混凝土无可比拟的优越性。锚喷加固过后的各主梁应力、应变及挠度明显降低且趋向均匀，说明锚喷法加固有效增强各主梁横向联系，改善荷载横向分布状况，加固效果明显，加固过后的结构的承载力有着较大的提高。喷射混凝土加固梁板桥效果非常好，详见文献