現澆箱梁混凝土空洞防治方案及工程應用研究★

鮑金晶，李 杰，張晨濤，劉偉武

(1.南通華榮建設集團有限公司，江蘇 南通 226005； 2.南通大學交通與土木工程學院，江蘇 南通 226019)

0 引言

混凝土由于其造價低、生產工藝簡單、強度高及耐久性好等特點，成為了工程建設中不可缺少的建筑材料，但是在使用過程中，難免會因為施工技術、施工環境和原料等因素，造成混凝土產生一些缺陷，如麻面、空洞等。為了防止這些缺陷的出現，國內外學者做了大量研究。蘇薇等[1]在文中主要研究了蜂窩、麻面及空洞這三個病害，首先分析了病害的表現及成因，最后給出了預防方法和處治措施。趙科研[2]提到了隧道施工過程中因隧道表面以及鋼筋網的施工工序問題造成混凝土噴射時，黏附力太差而掉落形成空洞；劉銳[3]簡要闡述了高鐵連續梁支座及周邊的混凝土因自身及環境原因所造成的空洞，結合形成原因給出了預防辦法，最后給出了補救的施工方法；張宗愛[4]在文中提到了特殊條件地區因施工技術不規范導致個別位置出現較大面積的空洞及鋼筋裸露情況；周明中[5]簡述了壓漿法處理已經出現的混凝土空洞。基于此，本文主要針對現澆箱梁梁底空洞的成因、危害、防止措施及補救措施進行簡述及總結。

1 成因分析

在箱梁現澆施工時，因結構受力需要，箱梁對鋼筋和混凝土的使用量較大。在模板拆除后易產生空洞、麻面等病害，不僅影響混凝土外觀，嚴重情況下還會對結構安全產生影響。因此分析混凝土空洞產生原因是有必要的，結合施工工藝流程，主要原因有以下幾種：

1)箱梁截面面積小，鋼筋數量多，在澆筑時容易漏振進而引發空洞。

2)混凝土粗骨料粒徑過大，鋼筋密集區混凝土無法進入。

3)混凝土坍落度、和易性不滿足箱梁施工要求；混凝土因離析現象砂漿與石子分離，振搗不充分，從而形成空洞。

4)混凝土澆筑時一次澆筑過厚，欠振、漏振形成松散空洞；因腹板與底板交界部位的振搗難度大且易漏漿，容易形成空洞。

5)鋼筋保護層過小，鋼筋貼近模板，混凝土無法進入。

6)因混凝土坍落太大，水灰比過高導致模板處形成較多氣泡，再因振搗時間短、振搗棒提出時間太快，氣泡無法排除而產生空洞。

7)混凝土在澆筑前會因為支模時，模板的拼裝不平順、有縫隙，以及縫口的縫隙大小會影響混凝土的質量。縫隙較大時，澆筑過程或有漏漿的現象，最終因砂石露出表面而形成砂線，且會因混凝土的質量不同而導致這種現象的明顯程度不同。色斑的范圍大小、色差的深淺和砂線的大小會因水及砂漿流失嚴重程度而不同。

2 工程實例及空洞所造成的危害

527國道(嵊州段)起于新昌嵊州交界的六嶺地南側，與新昌段順接，起點樁號K139+142，總體走向自東南向西北，沿線經過六嶺地、高家、江家，跨過甬金高速，設黃澤交叉接入嵊張線，利用整治一段嵊張線，終點在甬金高速黃澤互通出口與嵊張線的交叉口處，終點樁號K143+418，與527國道嵊州黃澤至甘霖段工程連接。主線全長4.276 km。共設大橋1 027.8 m/2座，互通式交叉匝道橋249 m/1座。采用雙向四車道一級公路標準，設計速度40 km/h，設計基準期100 a。

該橋梁跨徑為25+3×25+(29+30+28)+(28+30+29)m;上部結構1聯預制矮T梁，3聯預應力混凝土現澆箱梁；下部結構橋臺采用座板臺，橋墩采用柱式墩、樁基礎。現澆箱梁截面尺寸如圖1所示。部分參數取值表見表1。

表1 部分參數取值表

2.1 縱梁Lb1計算

區塊1、區塊2、區塊3范圍內：

縱梁所受線荷載標準值：q′=0.169+8.9×1.2/2=5.509 kN/m。

縱梁所受梁線荷載設計值：q=1.35×0.169+10.7×1.2/2=6.648 kN/m。

縱梁所受集中荷載標準值依次為：

縱梁所受集中荷載設計值依次為：

F1=22 kN,F2=20.5 kN,F3=22 kN。

計算簡圖如圖2所示。

2.2 縱梁Lb1計算簡圖

1)抗彎驗算。計算簡圖見圖3。

σ=Mmax/W=6.321×106/102 000=

61.971 N/mm2≤[f]=205 N/mm2。

2)抗剪驗算。計算簡圖見圖4。

Vmax=11.979 kN。

17.696 N/mm2≤[τ]=125 N/mm2。

3)撓度驗算。計算簡圖見圖5。

跨中：Vmax=1.894 mm≤[V]=3 000/250=12 mm。

懸挑端：Vmax=0.85 mm≤[V]=400×2/250=3.2 mm。

4)支座反力驗算。

正常使用極限狀態：

連續梁支座反力(傳遞至橫向承重梁荷載)標準值為：

承載能力極限狀態：

連續梁支座反力(傳遞至橫向承重梁荷載)設計值為：

R1=9.959 kN，R2=44.614 kN，R3=39.138 kN，R4=44.498 kN，R5=10.721 kN。

上面計算了箱梁的一段整體受力，從設計上來說結構受力是沒問題的。對于空洞部分的受力情況，賴嘉洲等[6]在橋梁的多個位置安裝受力感應裝置，然后對三種不同的工況通過靜載試驗對橋梁進行受力檢測，得出在空洞處并未產生明顯的應力集中現象，對橋梁的結構承載能力影響較小。陽斌等[7]通過三維建模再在ANSYS中輸入實際工程參數以此來模擬梁體受力情況同樣證明了這一點。

2.3 空洞危害

首先，因混凝土空洞而造成的受力鋼筋的裸露，進一步造成鋼筋銹蝕。李勇升[8]簡述了銹蝕的成因，提出了因鋼筋銹蝕導致有效橫截面積的減小進而影響結構的承載能力，因體積膨脹而危害鋼筋混凝土的正常應用；以及因受力的變化降低其延展性。雍玉鯉等[9]說明鋼筋銹蝕會造成其名義屈服強度下降，混凝土構件截面的損傷，鋼筋與混凝土之間握裹力下降，最終會造成結構的不穩定，大大降低使用期間的安全性及結構的耐久性，并且因環境的原因甚至可能加重以上情況。

其次，若是因為此種情況造成梁橋損毀乃至引發較大安全事故，這將會造成經濟損失和人員傷亡的局面，并且在社會及行業產生負面影響，還會依據相應法律法規造成罰款、禁止招投標等處罰，當然工程的建設花費巨大，發生事故將會降低整個工程的經濟性。

3 防治措施

通過對空洞的形成原因加以分析，提出了如下幾點的針對措施：

1)粗骨料粒徑加以控制，力學性能滿足情況下對于鋼筋密集處采用細石混凝土。

2)對入模的混凝土坍落度、和易性嚴格控制，對罐車停留時間太久或是出現離析現象的禁止入模。

3)嚴格控制施工順序，底板與腹板交界處較容易發生病害，對于此處施工應是從一端向另一端漸進澆筑。待底板兩端澆筑完成并搗實后，再加裝內模底板，再次施振，使之填充密實。

4)對于梁端的模板因有螺栓孔，在澆筑混凝土時，會有混凝土露出的情況，此時需要露出的混凝土均勻，堵上洞口后施振。

5)嚴格按施工圖紙控制鋼筋間距，并按規范要求設置保護層墊塊。

6)振搗作業控制。

混凝土出現不均勻現象的原因有不按既定方案施工和混亂的澆筑作業，而好的攤鋪及有序且良好的銜接振搗將可以大大減少此類現象，要做到不早振、晚振，不要振搗時間過長或是過短，適時就好。混凝土的澆振方法如下：

a.分層澆筑。

分層澆筑是指在混凝土拌合物尚未達到初凝狀態時，即完成混凝土的分層拼槎和分段接槎。為避免因外界溫度過高導致下層混凝土水分流失而形成的假凝現象，需在接續澆筑時振搗下層混凝土，以便上下層更好的融合。

b.嚴格控制混凝土澆鋪和振搗的施工順序。

一般在澆筑后再振搗是控制因早振而產生的混凝土質量不高的有效手段，嚴格按照施工工序將提高工程質量。

c.控制振搗作業時間和速率。

混凝土被振搗密實后有表面較為平坦、厚度不再減小和氣泡排盡、表面翻漿這兩種表現，以此來控制振搗時間。同時振搗棒應快進慢出。

d.控制振搗點間距。

除了要控制兩次插點位置的距離外，還要控制好與特殊位置的距離，如接縫處。

e.在施振過程中，振搗棒不能水平放置，會導致表層翻漿。也不能作為傳動工具，去挪動混凝土，會導致混凝土中的砂石分布不均勻。

f.振動時間長短與速度應與混凝土的坍落度相匹配，若拌合物黏稠，則增加振搗時間，使振搗均勻。

監督體系：在工程建設中，人貫穿整個工程的始終，充分發揮人的主觀能動性是工程高質量建設的重要保障。張毅[10]認為在工程建設中以下問題較普遍存在：工程設計、質量管理人員、工程原材料、施工技術管理，最后結合經驗提出了幾點針對性的措施加以解決。所以從工程建設人員方面，需要做到有效的監督。

補救措施：對于做好預防措施仍出現空洞的情況，以具體問題具體分析的原則，首先判斷是否屬于可補救范圍，若可補救，一題一法，精準施救。具體步驟為：首先清理掉病害處疏松的混凝土，用自來水沖洗清理干凈病害周圍，待其自然風干后，工程上常使用高標號的環氧樹脂混凝土對空洞處進行修補。

4 結語

本文依托工程實際，較為系統化的分析空洞的表現、成因、危害及防治措施，最后從振搗、沙石材料和質量監督等方面提出了防治措施。為國內工程建設提供可供參考的方法，助力國家的基礎設施建設，為高質量工程做出貢獻。接下來也將繼續研究這一病害，探索更多可行且實用的方案，更加充實防治與處治措施方法庫。雖然出現問題有補救的方法，但仍要按照高標準的要求施工，有補救的施工是不完美的施工，工程建設利在千秋萬代，當慎之又慎。