现浇箱梁混凝土空洞防治方案及工程应用研究★

鲍金晶，李 杰，张晨涛，刘伟武

(1.南通华荣建设集团有限公司，江苏 南通 226005； 2.南通大学交通与土木工程学院，江苏 南通 226019)

0 引言

混凝土由于其造价低、生产工艺简单、强度高及耐久性好等特点，成为了工程建设中不可缺少的建筑材料，但是在使用过程中，难免会因为施工技术、施工环境和原料等因素，造成混凝土产生一些缺陷，如麻面、空洞等。为了防止这些缺陷的出现，国内外学者做了大量研究。苏薇等[1]在文中主要研究了蜂窝、麻面及空洞这三个病害，首先分析了病害的表现及成因，最后给出了预防方法和处治措施。赵科研[2]提到了隧道施工过程中因隧道表面以及钢筋网的施工工序问题造成混凝土喷射时，黏附力太差而掉落形成空洞；刘锐[3]简要阐述了高铁连续梁支座及周边的混凝土因自身及环境原因所造成的空洞，结合形成原因给出了预防办法，最后给出了补救的施工方法；张宗爱[4]在文中提到了特殊条件地区因施工技术不规范导致个别位置出现较大面积的空洞及钢筋裸露情况；周明中[5]简述了压浆法处理已经出现的混凝土空洞。基于此，本文主要针对现浇箱梁梁底空洞的成因、危害、防止措施及补救措施进行简述及总结。

1 成因分析

在箱梁现浇施工时，因结构受力需要，箱梁对钢筋和混凝土的使用量较大。在模板拆除后易产生空洞、麻面等病害，不仅影响混凝土外观，严重情况下还会对结构安全产生影响。因此分析混凝土空洞产生原因是有必要的，结合施工工艺流程，主要原因有以下几种：

1)箱梁截面面积小，钢筋数量多，在浇筑时容易漏振进而引发空洞。

2)混凝土粗骨料粒径过大，钢筋密集区混凝土无法进入。

3)混凝土坍落度、和易性不满足箱梁施工要求；混凝土因离析现象砂浆与石子分离，振捣不充分，从而形成空洞。

4)混凝土浇筑时一次浇筑过厚，欠振、漏振形成松散空洞；因腹板与底板交界部位的振捣难度大且易漏浆，容易形成空洞。

5)钢筋保护层过小，钢筋贴近模板，混凝土无法进入。

6)因混凝土坍落太大，水灰比过高导致模板处形成较多气泡，再因振捣时间短、振捣棒提出时间太快，气泡无法排除而产生空洞。

7)混凝土在浇筑前会因为支模时，模板的拼装不平顺、有缝隙，以及缝口的缝隙大小会影响混凝土的质量。缝隙较大时，浇筑过程或有漏浆的现象，最终因砂石露出表面而形成砂线，且会因混凝土的质量不同而导致这种现象的明显程度不同。色斑的范围大小、色差的深浅和砂线的大小会因水及砂浆流失严重程度而不同。

2 工程实例及空洞所造成的危害

527国道(嵊州段)起于新昌嵊州交界的六岭地南侧，与新昌段顺接，起点桩号K139+142，总体走向自东南向西北，沿线经过六岭地、高家、江家，跨过甬金高速，设黄泽交叉接入嵊张线，利用整治一段嵊张线，终点在甬金高速黄泽互通出口与嵊张线的交叉口处，终点桩号K143+418，与527国道嵊州黄泽至甘霖段工程连接。主线全长4.276 km。共设大桥1 027.8 m/2座，互通式交叉匝道桥249 m/1座。采用双向四车道一级公路标准，设计速度40 km/h，设计基准期100 a。

该桥梁跨径为25+3×25+(29+30+28)+(28+30+29)m;上部结构1联预制矮T梁，3联预应力混凝土现浇箱梁；下部结构桥台采用座板台，桥墩采用柱式墩、桩基础。现浇箱梁截面尺寸如图1所示。部分参数取值表见表1。

表1 部分参数取值表

2.1 纵梁Lb1计算

区块1、区块2、区块3范围内：

纵梁所受线荷载标准值：q′=0.169+8.9×1.2/2=5.509 kN/m。

纵梁所受梁线荷载设计值：q=1.35×0.169+10.7×1.2/2=6.648 kN/m。

纵梁所受集中荷载标准值依次为：

纵梁所受集中荷载设计值依次为：

F1=22 kN,F2=20.5 kN,F3=22 kN。

计算简图如图2所示。

2.2 纵梁Lb1计算简图

1)抗弯验算。计算简图见图3。

σ=Mmax/W=6.321×106/102 000=

61.971 N/mm2≤[f]=205 N/mm2。

2)抗剪验算。计算简图见图4。

Vmax=11.979 kN。

17.696 N/mm2≤[τ]=125 N/mm2。

3)挠度验算。计算简图见图5。

跨中：Vmax=1.894 mm≤[V]=3 000/250=12 mm。

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

4)支座反力验算。

正常使用极限状态：

连续梁支座反力(传递至横向承重梁荷载)标准值为：

承载能力极限状态：

连续梁支座反力(传递至横向承重梁荷载)设计值为：

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

上面计算了箱梁的一段整体受力，从设计上来说结构受力是没问题的。对于空洞部分的受力情况，赖嘉洲等[6]在桥梁的多个位置安装受力感应装置，然后对三种不同的工况通过静载试验对桥梁进行受力检测，得出在空洞处并未产生明显的应力集中现象，对桥梁的结构承载能力影响较小。阳斌等[7]通过三维建模再在ANSYS中输入实际工程参数以此来模拟梁体受力情况同样证明了这一点。

2.3 空洞危害

首先，因混凝土空洞而造成的受力钢筋的裸露，进一步造成钢筋锈蚀。李勇升[8]简述了锈蚀的成因，提出了因钢筋锈蚀导致有效横截面积的减小进而影响结构的承载能力，因体积膨胀而危害钢筋混凝土的正常应用；以及因受力的变化降低其延展性。雍玉鲤等[9]说明钢筋锈蚀会造成其名义屈服强度下降，混凝土构件截面的损伤，钢筋与混凝土之间握裹力下降，最终会造成结构的不稳定，大大降低使用期间的安全性及结构的耐久性，并且因环境的原因甚至可能加重以上情况。

其次，若是因为此种情况造成梁桥损毁乃至引发较大安全事故，这将会造成经济损失和人员伤亡的局面，并且在社会及行业产生负面影响，还会依据相应法律法规造成罚款、禁止招投标等处罚，当然工程的建设花费巨大，发生事故将会降低整个工程的经济性。

3 防治措施

通过对空洞的形成原因加以分析，提出了如下几点的针对措施：

1)粗骨料粒径加以控制，力学性能满足情况下对于钢筋密集处采用细石混凝土。

2)对入模的混凝土坍落度、和易性严格控制，对罐车停留时间太久或是出现离析现象的禁止入模。

3)严格控制施工顺序，底板与腹板交界处较容易发生病害，对于此处施工应是从一端向另一端渐进浇筑。待底板两端浇筑完成并捣实后，再加装内模底板，再次施振，使之填充密实。

4)对于梁端的模板因有螺栓孔，在浇筑混凝土时，会有混凝土露出的情况，此时需要露出的混凝土均匀，堵上洞口后施振。

5)严格按施工图纸控制钢筋间距，并按规范要求设置保护层垫块。

6)振捣作业控制。

混凝土出现不均匀现象的原因有不按既定方案施工和混乱的浇筑作业，而好的摊铺及有序且良好的衔接振捣将可以大大减少此类现象，要做到不早振、晚振，不要振捣时间过长或是过短，适时就好。混凝土的浇振方法如下：

a.分层浇筑。

分层浇筑是指在混凝土拌合物尚未达到初凝状态时，即完成混凝土的分层拼槎和分段接槎。为避免因外界温度过高导致下层混凝土水分流失而形成的假凝现象，需在接续浇筑时振捣下层混凝土，以便上下层更好的融合。

b.严格控制混凝土浇铺和振捣的施工顺序。

一般在浇筑后再振捣是控制因早振而产生的混凝土质量不高的有效手段，严格按照施工工序将提高工程质量。

c.控制振捣作业时间和速率。

混凝土被振捣密实后有表面较为平坦、厚度不再减小和气泡排尽、表面翻浆这两种表现，以此来控制振捣时间。同时振捣棒应快进慢出。

d.控制振捣点间距。

除了要控制两次插点位置的距离外，还要控制好与特殊位置的距离，如接缝处。

e.在施振过程中，振捣棒不能水平放置，会导致表层翻浆。也不能作为传动工具，去挪动混凝土，会导致混凝土中的砂石分布不均匀。

f.振动时间长短与速度应与混凝土的坍落度相匹配，若拌合物黏稠，则增加振捣时间，使振捣均匀。

监督体系：在工程建设中，人贯穿整个工程的始终，充分发挥人的主观能动性是工程高质量建设的重要保障。张毅[10]认为在工程建设中以下问题较普遍存在：工程设计、质量管理人员、工程原材料、施工技术管理，最后结合经验提出了几点针对性的措施加以解决。所以从工程建设人员方面，需要做到有效的监督。

补救措施：对于做好预防措施仍出现空洞的情况，以具体问题具体分析的原则，首先判断是否属于可补救范围，若可补救，一题一法，精准施救。具体步骤为：首先清理掉病害处疏松的混凝土，用自来水冲洗清理干净病害周围，待其自然风干后，工程上常使用高标号的环氧树脂混凝土对空洞处进行修补。

4 结语

本文依托工程实际，较为系统化的分析空洞的表现、成因、危害及防治措施，最后从振捣、沙石材料和质量监督等方面提出了防治措施。为国内工程建设提供可供参考的方法，助力国家的基础设施建设，为高质量工程做出贡献。接下来也将继续研究这一病害，探索更多可行且实用的方案，更加充实防治与处治措施方法库。虽然出现问题有补救的方法，但仍要按照高标准的要求施工，有补救的施工是不完美的施工，工程建设利在千秋万代，当慎之又慎。