現(xiàn)澆箱梁混凝土空洞防治方案及工程應(yīng)用研究★

鮑金晶，李 杰，張晨濤，劉偉武

(1.南通華榮建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南通 226005； 2.南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，江蘇 南通 226019)

0 引言

混凝土由于其造價(jià)低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高及耐久性好等特點(diǎn)，成為了工程建設(shè)中不可缺少的建筑材料，但是在使用過(guò)程中，難免會(huì)因?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)、施工環(huán)境和原料等因素，造成混凝土產(chǎn)生一些缺陷，如麻面、空洞等。為了防止這些缺陷的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)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(gè)病害，首先分析了病害的表現(xiàn)及成因，最后給出了預(yù)防方法和處治措施。趙科研[2]提到了隧道施工過(guò)程中因隧道表面以及鋼筋網(wǎng)的施工工序問(wèn)題造成混凝土噴射時(shí)，黏附力太差而掉落形成空洞；劉銳[3]簡(jiǎn)要闡述了高鐵連續(xù)梁支座及周邊的混凝土因自身及環(huán)境原因所造成的空洞，結(jié)合形成原因給出了預(yù)防辦法，最后給出了補(bǔ)救的施工方法；張宗愛(ài)[4]在文中提到了特殊條件地區(qū)因施工技術(shù)不規(guī)范導(dǎo)致個(gè)別位置出現(xiàn)較大面積的空洞及鋼筋裸露情況；周明中[5]簡(jiǎn)述了壓漿法處理已經(jīng)出現(xiàn)的混凝土空洞?；诖?，本文主要針對(duì)現(xiàn)澆箱梁梁底空洞的成因、危害、防止措施及補(bǔ)救措施進(jìn)行簡(jiǎn)述及總結(jié)。

1 成因分析

在箱梁現(xiàn)澆施工時(shí)，因結(jié)構(gòu)受力需要，箱梁對(duì)鋼筋和混凝土的使用量較大。在模板拆除后易產(chǎn)生空洞、麻面等病害，不僅影響混凝土外觀，嚴(yán)重情況下還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響。因此分析混凝土空洞產(chǎn)生原因是有必要的，結(jié)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(shù)量多，在澆筑時(shí)容易漏振進(jìn)而引發(fā)空洞。

2)混凝土粗骨料粒徑過(guò)大，鋼筋密集區(qū)混凝土無(wú)法進(jìn)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(xiàn)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(shí)一次澆筑過(guò)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(hù)層過(guò)小，鋼筋貼近模板，混凝土無(wú)法進(jìn)入。

6)因混凝土坍落太大，水灰比過(guò)高導(dǎo)致模板處形成較多氣泡，再因振搗時(shí)間短、振搗棒提出時(shí)間太快，氣泡無(wú)法排除而產(chǎn)生空洞。

7)混凝土在澆筑前會(huì)因?yàn)橹r(shí)，模板的拼裝不平順、有縫隙，以及縫口的縫隙大小會(huì)影響混凝土的質(zhì)量。縫隙較大時(shí)，澆筑過(guò)程或有漏漿的現(xiàn)象，最終因砂石露出表面而形成砂線，且會(huì)因混凝土的質(zhì)量不同而導(dǎo)致這種現(xiàn)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(huì)因水及砂漿流失嚴(yán)重程度而不同。

2 工程實(shí)例及空洞所造成的危害

527國(guó)道(嵊州段)起于新昌嵊州交界的六嶺地南側(cè)，與新昌段順接，起點(diǎn)樁號(hào)K139+142，總體走向自東南向西北，沿線經(jīng)過(guò)六嶺地、高家、江家，跨過(guò)甬金高速，設(shè)黃澤交叉接入嵊張線，利用整治一段嵊張線，終點(diǎn)在甬金高速黃澤互通出口與嵊張線的交叉口處，終點(diǎn)樁號(hào)K143+418，與527國(guó)道嵊州黃澤至甘霖段工程連接。主線全長(zhǎng)4.276 km。共設(shè)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(chē)道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度40 km/h，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100 a。

該橋梁跨徑為25+3×25+(29+30+28)+(28+30+29)m;上部結(jié)構(gòu)1聯(lián)預(yù)制矮T梁，3聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁；下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用座板臺(tái)，橋墩采用柱式墩、樁基礎(chǔ)?，F(xiàn)澆箱梁截面尺寸如圖1所示。部分參數(shù)取值表見(jiàn)表1。

表1 部分參數(shù)取值表

2.1 縱梁Lb1計(jì)算

區(qū)塊1、區(qū)塊2、區(qū)塊3范圍內(nèi)：

縱梁所受線荷載標(biāo)準(zhǔn)值：q′=0.169+8.9×1.2/2=5.509 kN/m。

縱梁所受梁線荷載設(shè)計(jì)值：q=1.35×0.169+10.7×1.2/2=6.648 kN/m。

縱梁所受集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值依次為：

縱梁所受集中荷載設(shè)計(jì)值依次為：

F1=22 kN,F2=20.5 kN,F3=22 kN。

計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2.2 縱梁Lb1計(jì)算簡(jiǎn)圖

1)抗彎驗(yàn)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

σ=Mmax/W=6.321×106/102 000=

61.971 N/mm2≤[f]=205 N/mm2。

2)抗剪驗(yàn)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4。

Vmax=11.979 kN。

17.696 N/mm2≤[τ]=125 N/mm2。

3)撓度驗(yàn)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)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(yàn)算。

正常使用極限狀態(tài)：

連續(xù)梁支座反力(傳遞至橫向承重梁荷載)標(biāo)準(zhǔn)值為：

承載能力極限狀態(tài)：

連續(xù)梁支座反力(傳遞至橫向承重梁荷載)設(shè)計(jì)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(jì)算了箱梁的一段整體受力，從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)受力是沒(méi)問(wèn)題的。對(duì)于空洞部分的受力情況，賴嘉洲等[6]在橋梁的多個(gè)位置安裝受力感應(yīng)裝置，然后對(duì)三種不同的工況通過(guò)靜載試驗(yàn)對(duì)橋梁進(jìn)行受力檢測(cè)，得出在空洞處并未產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)承載能力影響較小。陽(yáng)斌等[7]通過(guò)三維建模再在ANSYS中輸入實(shí)際工程參數(shù)以此來(lái)模擬梁體受力情況同樣證明了這一點(diǎn)。

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(jìn)一步造成鋼筋銹蝕。李勇升[8]簡(jiǎn)述了銹蝕的成因，提出了因鋼筋銹蝕導(dǎo)致有效橫截面積的減小進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的承載能力，因體積膨脹而危害鋼筋混凝土的正常應(yīng)用；以及因受力的變化降低其延展性。雍玉鯉等[9]說(shuō)明鋼筋銹蝕會(huì)造成其名義屈服強(qiáng)度下降，混凝土構(gòu)件截面的損傷，鋼筋與混凝土之間握裹力下降，最終會(huì)造成結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，大大降低使用期間的安全性及結(jié)構(gòu)的耐久性，并且因環(huán)境的原因甚至可能加重以上情況。

其次，若是因?yàn)榇朔N情況造成梁橋損毀乃至引發(fā)較大安全事故，這將會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的局面，并且在社會(huì)及行業(yè)產(chǎn)生負(fù)面影響，還會(huì)依據(jù)相應(yīng)法律法規(guī)造成罰款、禁止招投標(biāo)等處罰，當(dāng)然工程的建設(shè)花費(fèi)巨大，發(fā)生事故將會(huì)降低整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性。

3 防治措施

通過(guò)對(duì)空洞的形成原因加以分析，提出了如下幾點(diǎn)的針對(duì)措施：

1)粗骨料粒徑加以控制，力學(xué)性能滿足情況下對(duì)于鋼筋密集處采用細(xì)石混凝土。

2)對(duì)入模的混凝土坍落度、和易性嚴(yán)格控制，對(duì)罐車(chē)停留時(shí)間太久或是出現(xiàn)離析現(xiàn)象的禁止入模。

3)嚴(yán)格控制施工順序，底板與腹板交界處較容易發(fā)生病害，對(duì)于此處施工應(yīng)是從一端向另一端漸進(jìn)澆筑。待底板兩端澆筑完成并搗實(shí)后，再加裝內(nèi)模底板，再次施振，使之填充密實(shí)。

4)對(duì)于梁端的模板因有螺栓孔，在澆筑混凝土?xí)r，會(huì)有混凝土露出的情況，此時(shí)需要露出的混凝土均勻，堵上洞口后施振。

5)嚴(yán)格按施工圖紙控制鋼筋間距，并按規(guī)范要求設(shè)置保護(hù)層墊塊。

6)振搗作業(yè)控制。

混凝土出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象的原因有不按既定方案施工和混亂的澆筑作業(yè)，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(lèi)現(xiàn)象，要做到不早振、晚振，不要振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或是過(guò)短，適時(shí)就好?；炷恋臐舱穹椒ㄈ缦拢?/p>

a.分層澆筑。

分層澆筑是指在混凝土拌合物尚未達(dá)到初凝狀態(tài)時(shí)，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(guò)高導(dǎo)致下層混凝土水分流失而形成的假凝現(xiàn)象，需在接續(xù)澆筑時(shí)振搗下層混凝土，以便上下層更好的融合。

b.嚴(yán)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(chǎn)生的混凝土質(zhì)量不高的有效手段，嚴(yán)格按照施工工序?qū)⑻岣吖こ藤|(zhì)量。

c.控制振搗作業(yè)時(shí)間和速率。

混凝土被振搗密實(shí)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(xiàn)，以此來(lái)控制振搗時(shí)間。同時(shí)振搗棒應(yīng)快進(jìn)慢出。

d.控制振搗點(diǎn)間距。

除了要控制兩次插點(diǎn)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(guò)程中，振搗棒不能水平放置，會(huì)導(dǎo)致表層翻漿。也不能作為傳動(dòng)工具，去挪動(dòng)混凝土，會(huì)導(dǎo)致混凝土中的砂石分布不均勻。

f.振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短與速度應(yīng)與混凝土的坍落度相匹配，若拌合物黏稠，則增加振搗時(shí)間，使振搗均勻。

監(jiān)督體系：在工程建設(shè)中，人貫穿整個(gè)工程的始終，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性是工程高質(zhì)量建設(shè)的重要保障。張毅[10]認(rèn)為在工程建設(shè)中以下問(wèn)題較普遍存在：工程設(shè)計(jì)、質(zhì)量管理人員、工程原材料、施工技術(shù)管理，最后結(jié)合經(jīng)驗(yàn)提出了幾點(diǎn)針對(duì)性的措施加以解決。所以從工程建設(shè)人員方面，需要做到有效的監(jiān)督。

補(bǔ)救措施：對(duì)于做好預(yù)防措施仍出現(xiàn)空洞的情況，以具體問(wèn)題具體分析的原則，首先判斷是否屬于可補(bǔ)救范圍，若可補(bǔ)救，一題一法，精準(zhǔn)施救。具體步驟為：首先清理掉病害處疏松的混凝土，用自來(lái)水沖洗清理干凈病害周?chē)渥匀伙L(fēng)干后，工程上常使用高標(biāo)號(hào)的環(huán)氧樹(shù)脂混凝土對(duì)空洞處進(jìn)行修補(bǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依托工程實(shí)際，較為系統(tǒng)化的分析空洞的表現(xiàn)、成因、危害及防治措施，最后從振搗、沙石材料和質(zhì)量監(jiān)督等方面提出了防治措施。為國(guó)內(nèi)工程建設(shè)提供可供參考的方法，助力國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為高質(zhì)量工程做出貢獻(xiàn)。接下來(lái)也將繼續(xù)研究這一病害，探索更多可行且實(shí)用的方案，更加充實(shí)防治與處治措施方法庫(kù)。雖然出現(xiàn)問(wèn)題有補(bǔ)救的方法，但仍要按照高標(biāo)準(zhǔn)的要求施工，有補(bǔ)救的施工是不完美的施工，工程建設(shè)利在千秋萬(wàn)代，當(dāng)慎之又慎。