普速鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁常見裂紋分析及防治淺析

羅萬武（中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070）

普速鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁常見裂紋分析及防治淺析

羅萬武（中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070）

近年以來，我國鐵路發(fā)展進(jìn)入高潮，新建鐵路線路中橋梁占比越來越高。在設(shè)計(jì)200Km/h以下的普速鐵路中，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁（以下簡稱T梁）得到了大量的應(yīng)用。本文分析T梁生產(chǎn)預(yù)制過程中不同結(jié)構(gòu)部位常見裂紋類型和產(chǎn)生機(jī)理，并對(duì)實(shí)際施工的的防治措施進(jìn)行探討。

后張法預(yù)應(yīng)力T梁；混凝土；裂紋；機(jī)理；防治

1 概 述

近十年以來，我國基礎(chǔ)建設(shè)迅猛發(fā)展，尤其是隨著“一帶一路”跨境建設(shè)方案提出以來，在鐵路建設(shè)走出國門的要求下，鐵路行業(yè)建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，施工的難度越來越大。以現(xiàn)場預(yù)制T梁為例，在氣候環(huán)境、機(jī)械化程度、材料質(zhì)量、技術(shù)管理水平等的影響下，各單位在施工過程中存在這樣那樣的質(zhì)量通病，尤其是T梁梁體常出現(xiàn)的裂紋現(xiàn)象危害較大，不僅給施工單位造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，還給鐵路工程質(zhì)量造成了潛在安全隱患。

T梁梁體常見的裂紋一般分非受力裂紋、受力裂紋兩種，下面就結(jié)合張?zhí)畦F路、南龍鐵路等的施工經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)際施工生產(chǎn)中不同結(jié)構(gòu)部位容易產(chǎn)生的裂紋為例，對(duì)各類裂紋的產(chǎn)生機(jī)理、防治措施進(jìn)行探討，希望能給預(yù)制T梁的施工提供一些借鑒參考。

2 非受力裂紋

非受力裂紋在T梁預(yù)制生產(chǎn)中也較為常見，一般由溫差、混凝土收縮、鋼筋銹蝕及壓漿凍脹等方面引起，下面結(jié)合在實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到過的一些非受力裂紋案列進(jìn)行簡要分析。

2.1 表面裂紋

T梁梁體表面裂紋在日常施工中最為常見，尤其是在北方干旱地區(qū)及高溫季節(jié)的施工中發(fā)生較為頻繁。一般存在于橋面頂面、梁端封端混凝土、橋面保護(hù)層及各類后修補(bǔ)的混凝土部位。裂紋形式有表面龜裂、井狀裂紋、延鋼筋方向裂紋等。

2.2 產(chǎn)生機(jī)理

1）混凝土澆筑完成后，橋面未及時(shí)覆蓋或?yàn)⑺B(yǎng)生，橋面出現(xiàn)干縮裂紋。

2）在混凝土施工過程中，澆筑完成后最初的4至5小時(shí)內(nèi)，水泥的水化反應(yīng)最快，易形成水分子鏈，水分快速蒸發(fā)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，混凝土也因?yàn)槭l(fā)生收縮，與此同時(shí)，混凝土骨料也會(huì)因自身重量而發(fā)生下沉，在下沉過程中因受到鋼筋阻擋，很容易造成沿鋼筋方向的裂紋[1]。

3）縮水收縮。在混凝土終凝以后，其表面水分會(huì)不斷蒸發(fā)，體積逐步縮小，在混凝土表面和內(nèi)部失水速度不一致的情況下，其收縮程度也不一樣，當(dāng)混凝土表面的抗拉強(qiáng)度超過一定限度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)收縮裂紋。

4）砂、碎石級(jí)配不佳，空隙率較大，混凝土易在凝結(jié)過程中產(chǎn)生收縮裂紋。

5）氣候環(huán)境影響，自然養(yǎng)生條件下晝夜溫差較大影響或在蒸汽養(yǎng)生條件下未按相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，造成混凝土內(nèi)外溫差，產(chǎn)生溫度裂紋。

2.3 防治措施

2.3.1 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)生

混凝土澆筑完后，橋面及時(shí)進(jìn)行二次壓面作業(yè)，并覆蓋塑料薄膜、土工布等，并進(jìn)行保濕養(yǎng)生。模型拆除后對(duì)梁體其他裸露表面按照規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)生。

2.3.2 優(yōu)化施工配合比，采用低放熱、低收縮水泥同時(shí)控制混凝土拌合質(zhì)量，防止因機(jī)械作業(yè)造成的配合比變化，影響混凝土水灰比。

2.3.3 砂石骨料

在選擇砂石骨料時(shí)要控制砂石的含泥量，這樣砂石與水泥的結(jié)合性較好，以增強(qiáng)混凝土的耐久性；砂石要具有良好的顆粒級(jí)配，應(yīng)選用10-20mm和5-10mm的雙級(jí)配碎石。砂子應(yīng)選擇中砂，砂子過細(xì)，會(huì)導(dǎo)致混凝土保水性較好，粘聚性較大，但是干縮大，容易在表面形成干縮裂紋；砂子過粗，會(huì)導(dǎo)致新攪拌的混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，因此細(xì)度模數(shù)控制在2.6至3.0之間[2]。

2.3.4 振搗方式

混凝土采用側(cè)振+振搗棒作業(yè)的方式，控制振搗時(shí)間部位，保證混凝土密實(shí)度，確?；炷临|(zhì)量。

2.3.5 季節(jié)施工

夏季施工盡量避開高溫時(shí)段作業(yè)，冬季施工中采取蒸汽養(yǎng)生時(shí)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行靜停、升溫、恒溫、降溫的過程。在環(huán)境溫度低于5℃的情況下，嚴(yán)禁直接向梁體進(jìn)行灑水養(yǎng)生。

2.4 邊梁擋碴墻裂紋

擋碴墻裂紋一般為垂直裂紋，在擋碴墻面和外側(cè)出現(xiàn)較多，嚴(yán)重的會(huì)隨著裂紋方向延伸至頂板。

2.4.1 產(chǎn)生機(jī)理

T梁邊梁由于內(nèi)外側(cè)寬度不一樣，而梁體張拉形心位于腹板中心線，因而導(dǎo)致邊梁內(nèi)外側(cè)受張拉影響受力不一致，橋面擋碴墻一側(cè)受較大拉應(yīng)力。為了減小外側(cè)拉應(yīng)力對(duì)擋碴墻的影響，一般擋碴墻處設(shè)置寬度為20mm的斷縫，間隔1.5m-2m。在實(shí)際施工中，由于斷縫隔板固定效果不佳，施工過程中造成位置偏移，而影響其本身效果，產(chǎn)生裂紋。

2.4.2 防治措施

1）優(yōu)化設(shè)計(jì)斷縫板磨具，使其易于牢固固定，在施工過程中不偏離設(shè)計(jì)位置。

2）斷縫板磨具內(nèi)側(cè)設(shè)置為圓角，防止因應(yīng)力集中，而造成延斷縫產(chǎn)生裂紋。

3）加強(qiáng)混凝土振搗工藝控制，保證擋碴墻混凝土密實(shí)度，控制拆模強(qiáng)度。

2.5 封端混凝土表面裂紋

錨穴封端混凝土一般為表面龜裂，由混凝土干縮產(chǎn)生。

2.5.1 產(chǎn)生機(jī)理

錨穴封端混凝土一般采用干硬性補(bǔ)償收縮混凝土，一般施工工藝為人工補(bǔ)填，并采用橡膠錘錘搗，難以捶搗密實(shí)。施工完成后養(yǎng)護(hù)難度較大，容易造成干縮裂紋。

2.5.2 防治措施

1）封端作業(yè)完成后，及時(shí)進(jìn)行二次壓面，并采取覆蓋土工布+薄膜的方式進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。

2）調(diào)整施工工藝，采取支模，并灌注與梁體同強(qiáng)度微膨脹混凝土進(jìn)行封端作業(yè)，保證振搗密實(shí)度。施工完成后覆蓋土工布保濕養(yǎng)護(hù)至25MPa拆模，拆模后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至規(guī)范要求時(shí)間。

2.6 鋼筋銹蝕膨脹裂紋

鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂紋在預(yù)制初期難以發(fā)現(xiàn)，一般存在于長期存放成品梁或者交付使用后的梁體中發(fā)生較多。在T梁底板、上翼緣底部出現(xiàn)較多，裂紋周邊表現(xiàn)為暗黃色銹斑，隨著時(shí)間的推移，鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂紋會(huì)愈加明顯，危害較大。

2.6.1 產(chǎn)生機(jī)理

鋼筋發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成三氧化二鐵，體積膨脹二倍以上。而混凝土本身抗拉強(qiáng)度較低，受到擠壓后發(fā)生漲裂。隨著時(shí)間推移鋼筋與空氣中水汽接觸后會(huì)加速梁體鋼筋的氧化反應(yīng)，裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)大，形成惡性循環(huán)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，影響混凝土的耐久性。

2.6.2 防治措施

1）T梁場加強(qiáng)鋼筋的存放保護(hù)。應(yīng)設(shè)置車間式通風(fēng)、干燥的鋼筋加工場，用于鋼筋加工和原材料、半成品的存放，避免鋼筋在使用前發(fā)生氧化反應(yīng)銹蝕。

2）嚴(yán)重銹蝕的鋼筋不得使用。表面銹蝕的鋼筋按照規(guī)定進(jìn)行除銹后方可用于梁體綁扎，雨季施工中采取防護(hù)棚架等方式對(duì)成品鋼筋骨架進(jìn)行保護(hù)。

3）采用符合要求的混凝土墊塊，并按規(guī)定數(shù)量和位置設(shè)置墊塊，保證保護(hù)層厚度，綁絲不得伸入到混凝土保護(hù)層以內(nèi)。

4）加強(qiáng)混凝土振搗工藝，確?；炷撩軐?shí)性。

5）控制混凝土材料中氯離子含量，總量不應(yīng)超過總膠凝材料的0.06%[3]

2.7 凍脹裂紋

在北方、高寒地區(qū)冬季預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工中，易出現(xiàn)凍脹裂紋，裂紋延預(yù)應(yīng)力管道布置位置發(fā)展。

2.7.1 產(chǎn)生機(jī)理

在0℃以下施工環(huán)境中，壓漿施工完成后，管道中的水泥漿還沒有凝固之前，如果管道芯部溫度在0℃以下，水泥漿中的水出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，脹裂混凝土從而形成凍脹裂紋，裂紋寬度一般在0.1至0.3毫米之間[4]。

2.7.2 防治措施

通過熱工計(jì)算，確定攪拌用水溫度，以保證壓漿時(shí)漿體溫度在5℃～30℃之間，壓漿及壓漿后3d內(nèi)，梁體及周圍環(huán)境溫度不得低于5℃，否則采取覆蓋棚布、電暖氣、蒸汽等方式保證溫度，以滿足要求。

3 受力裂紋

T梁梁體在終張拉后、活載作用及存放條件較差情況下產(chǎn)生的裂紋，稱為受力裂紋，梁體受力裂在梁體交付使用后的反復(fù)荷載作用下會(huì)發(fā)展變化，影響梁體的正常使用功能和耐久性，危害較大。

3.1 梁端腹板變截面處縱向裂紋

載T梁進(jìn)行終張拉后，該部位經(jīng)常出現(xiàn)縱向裂紋。在梁體徐變收縮過程中，該類型裂紋會(huì)可能隨著時(shí)間變化而沿著變截面處發(fā)展。

3.1.1 產(chǎn)生機(jī)理

1）梁端鋼筋密布，分布鋼筋、錨下加強(qiáng)鋼筋、螺旋筋交錯(cuò)，在安裝端模過程中又容易對(duì)該部位鋼筋造成錯(cuò)位，澆筑后容易造成錨下混凝土不密實(shí)，抗壓強(qiáng)度不足，在張拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。

2）變截面部位上下受力面積變化較大，在預(yù)應(yīng)力作用下混凝土回縮量會(huì)有所差別，從而在該部位造成裂紋。

3.1.2 防治措施

1）加強(qiáng)端部鋼筋綁扎質(zhì)量，嚴(yán)格控制鋼筋加工尺寸，端模安裝后調(diào)整局部移位鋼筋。

2）保證端部混凝土灌注密實(shí)度，加強(qiáng)振搗。

3）嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行終張拉作業(yè)。保證預(yù)應(yīng)力作業(yè)的兩個(gè)“三控”，持荷時(shí)間不低于2分鐘，確保張拉應(yīng)力滿足計(jì)算要求。

3.2 下翼緣豎向裂紋

底板裂紋易出現(xiàn)在T梁跨中4米段，一般在梁體終張拉前產(chǎn)生，容易延伸至底板。

3.2.1 產(chǎn)生機(jī)理

1）T梁澆筑完成后，因混凝土配合比原因或養(yǎng)護(hù)原因，造成初張拉時(shí)強(qiáng)度不足，在移運(yùn)至存梁臺(tái)座后，因梁體自重原因?qū)е碌装迨芾a(chǎn)生裂紋。

2）梁體張拉力不足導(dǎo)致底板受拉產(chǎn)生裂紋。

3）梁體模板拆除時(shí)溫度梯度過大，產(chǎn)生溫度裂紋，在終張拉前溫度裂紋在自重作用下發(fā)展，產(chǎn)生裂紋。

3.2.2 防治措施

1）控制梁體原材料、混凝土攪拌質(zhì)量，保證梁體混凝土早期強(qiáng)度。

2）初張拉在混凝土強(qiáng)度達(dá)到33.5MPa后進(jìn)行。不允許梁體未加預(yù)應(yīng)力在生產(chǎn)臺(tái)座上放置時(shí)間過長，以免梁體混凝土收縮開裂。初張拉力可適當(dāng)加大至終張拉控制應(yīng)力的15%。

3）控制模板拆除時(shí)梁體溫度梯度，拆模時(shí)環(huán)境與表層以及表層與芯部溫差不超過15℃。

3.3 梁端側(cè)面豎向裂紋（支座板上方）

梁體初張拉之后，梁端側(cè)面距梁端5-10cm處支座板上方易產(chǎn)生由下而上的豎向淺表裂紋。由于該裂紋在預(yù)應(yīng)力區(qū)以外，不會(huì)對(duì)梁體預(yù)應(yīng)力及短時(shí)間正常使用造成破壞。但在長期空氣的氧化作用下會(huì)造成鋼筋銹蝕、梁端掉塊等現(xiàn)象，影響梁體耐久性。

3.3.1 產(chǎn)生機(jī)理

1）梁體在初張拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生彈性上拱，梁體底板發(fā)生延底模向跨中方向回縮，由于支座板與底模、底板混凝土與底模摩擦力的差異，造成該部位混凝土自下而上產(chǎn)生裂紋。

2）初張拉后，梁體未及時(shí)移出制梁臺(tái)位，長時(shí)間存放。梁體荷載集中在梁端造成該類型裂紋。

3.3.2 防治措施

1）在支座板兩側(cè)涂抹少量潤滑劑，以減少初張拉時(shí)混凝土與底模的摩擦力。

2）在梁端側(cè)面底部加強(qiáng)分布鋼筋，以增強(qiáng)該部位混凝土抗拉強(qiáng)度，減少裂紋的出現(xiàn)。

3）減少梁體初張拉后在制梁臺(tái)座的存放時(shí)間，及時(shí)移運(yùn)。

3.4 下翼緣至腹板斜向裂紋

自梁端第二隔墻和第三隔墻之間產(chǎn)生自下翼緣開裂延伸至腹板，呈斜向布置。

3.4.1 產(chǎn)生機(jī)理

由于地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，或者存梁臺(tái)座強(qiáng)度不夠，在存梁過程中，臺(tái)座發(fā)生不均勻沉降，致使梁體扭曲，產(chǎn)生內(nèi)部附加應(yīng)力，導(dǎo)致梁體在存梁支點(diǎn)內(nèi)側(cè)產(chǎn)生斜向破壞裂紋，破壞梁體結(jié)構(gòu)甚至斷裂。

3.4.2 防治措施

1）存梁臺(tái)座兩側(cè)地基處理方案、臺(tái)座設(shè)計(jì)方案必須經(jīng)過驗(yàn)算，使其滿足存梁的承載力要求。

2）存梁前選取有代表性的臺(tái)座進(jìn)行堆載預(yù)壓試驗(yàn)，驗(yàn)證臺(tái)座方案，確保其沉降均勻或穩(wěn)定。

3）存梁后對(duì)存梁臺(tái)座進(jìn)行周期性沉降觀測，若發(fā)生不均勻沉降應(yīng)及時(shí)對(duì)存梁臺(tái)座采取加固措施，并持續(xù)觀測，待其穩(wěn)定后采用高強(qiáng)砂漿找平兩側(cè)存梁基礎(chǔ)。

4）存梁臺(tái)座和梁體之間采用厚度不低于4cm的橡膠柔性墊板，以消除臺(tái)座對(duì)梁體的影響。

4 結(jié) 語

后張法鐵路預(yù)應(yīng)力T型梁裂紋種類繁多，出現(xiàn)的因素也各有不同，它與施工環(huán)境、材料質(zhì)量、工藝水平等各方面均有關(guān)系。在張?zhí)畦F路和南龍鐵路的預(yù)制T梁施工中，通過對(duì)上述各種因素的控制，取了較好的效果，實(shí)現(xiàn)預(yù)制T梁施工過程中的質(zhì)量保證，對(duì)今后T梁的預(yù)制有一定借鑒意義。

[1]王周．土城特大橋關(guān)鍵工序的監(jiān)理及控制[J]．交通建設(shè)與管理,2015(08):217-219．[2]余艷．公路工程關(guān)鍵工序的施工技術(shù)[J]．技術(shù)與市場,2013(07):166-166．

[3]預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路簡支T梁技術(shù)條件TB/T3043-2005．

[4]沈霖源．后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工技術(shù)應(yīng)用研究[J]．價(jià)值工程,2016(25):71-72．

Analysis and prevention of common cracks in post-tensioned prestressed concrete T-girders of general speed railway

In recent years,China’s railway development climax,the new railway line bridge increasingly high proportion．In the design of 200Km/h based general speed railway,post-tensioned prestressed concrete T-girders (hereinafter referred to as T-girders)has been widely used．In this paper,the common crack types and mechanism of different structural parts in T-girders production are analyzed,and the preventive measures are discussed．

railway post-tensioned prestressed t-girders；concrete；crackle；mechanism；prevention and cure

445．57

B

1003-8965(2017)03-0105-03