U型梁裂縫分析和防控

王安琪

中國中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司 陜西 渭南 714000

1、引言

U型梁在城市軌道交通領(lǐng)域是世界公認(rèn)的一種取代傳統(tǒng)箱梁的新技術(shù)，它具有噪音低、視覺效果好、梁體建筑高度低、斷面利用率高的特點(diǎn)[1]，尤其是節(jié)能環(huán)保、外形美觀、系統(tǒng)先進(jìn)等特點(diǎn)使其將成為軌道交通高架橋系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式[2]。

目前U型梁在韓國、迪拜、印度等國已應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域[3]，我國在U型梁的研究應(yīng)用處于起步階段，對U型梁的施工工藝、質(zhì)量控制多借鑒于傳統(tǒng)梁型[4]。開口式梁體結(jié)構(gòu)具有其自身特點(diǎn)，特別是腹板薄、鋼筋密、預(yù)應(yīng)力復(fù)雜，施工中易產(chǎn)生裂縫，為此對U型梁的裂縫防控研究非常必要和迫切。

2、工程實(shí)例

巴基斯坦木爾坦公交專線（METRO BUS TRANSPORT SYSTEM FOR MULTAN）項(xiàng)目位于木爾坦市，起點(diǎn)FISH MARKET，終點(diǎn)CHUNGI NO.14，設(shè)計(jì)為雙向2車道，梁為27m跨徑U型梁，梁腹板厚18cm，砼強(qiáng)度D2，擬建區(qū)夏季氣溫達(dá)50℃左右。通過梁體裂縫分析研究，保證了U型梁質(zhì)量滿足《美國國家公路與運(yùn)輸協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)AASHTO》、《美國砼學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)ACI》、《美國材料試驗(yàn)學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM》、《巴基斯坦一般規(guī)范(GS)》的規(guī)定，為后續(xù)同類施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

3、U型梁的裂縫分析

3.1、腹板薄且高度方向?yàn)閮?nèi)傾角不利于振搗密實(shí)和氣泡排出，砼不密實(shí)造成砼開裂。

3.2、砼水化熱對梁體砼影響較大，由于水泥量大、入模溫度高引起砼裂縫，特別是氣溫達(dá)50℃左右，梁體砼表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫。

3.3、腹板預(yù)應(yīng)力鋼束為空間的平彎和豎彎，對腹板有向外側(cè)的張力，張力局部突然增大，造成腹板開裂。

3.4、梁端較薄且錨具后鋼筋密集，砼不易密實(shí)，預(yù)應(yīng)力施加后梁端砼開裂。

4、U型梁裂縫防控研究

4.1、梁體砼密實(shí)性及氣泡控制

4.1.1 針對腹板砼不易密實(shí)、表面易出現(xiàn)裂縫的問題，在砼澆注過程中采用二次振搗技術(shù)，當(dāng)砼每層澆注后坍落度接近消失時開始振搗，在砼表面泛漿時停止振搗。通過多次試驗(yàn)和量測在氣溫50℃左右，在首次振搗后40min后進(jìn)行二次振搗，可消除梁體表面裂縫，檢測發(fā)現(xiàn)砼強(qiáng)度可提高約12%。

4.1.2 砼表面氣泡控制

針對腹板砼氣泡不易排出的問題， 通過保證模板表面的光滑度、選擇對汽包吸附力小的樹脂型脫模劑、嚴(yán)控骨料中的片狀物含量和砼的振搗時間來控制。經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證，光滑的模板表面、均勻的樹脂脫模劑、約26秒的振搗時間，有效減少了砼表面氣泡。

4.2、梁體砼水化熱控制

4.2.1 針對砼水泥用量達(dá)525kg/m3，在氣溫50℃澆注時，砼很容易出現(xiàn)裂縫的問題，為降低水化熱產(chǎn)生的影響，主要從骨料、水及砼的養(yǎng)生三方面進(jìn)行了優(yōu)化。

4.2.2 經(jīng)試驗(yàn)比選求得了較密實(shí)、表面積較小的骨料級配。避免了砼在可塑期因坍陷造成的裂縫。

4.2.3 原材材、拌合用水溫度達(dá)44℃，經(jīng)熱比計(jì)算和加冰試驗(yàn)，將拌和水溫度降至2.5℃時，砼出站溫度約為31.1℃，運(yùn)至500m處澆注，經(jīng)過對入模砼測溫，平均為31.9℃,滿足《ACI》32.2℃以下的要求，有效預(yù)防了梁體網(wǎng)狀裂縫的出現(xiàn)。

4.2.4 砼澆注后14小時拆除側(cè)模，用塑料布包裹，并在梁內(nèi)腔儲水。在7天內(nèi)始終保持砼表面濕潤，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，表面蒸發(fā)失水造成的裂縫已消除。

4.3、預(yù)應(yīng)力施加控制

4.3.1 針對鋼束一次性張拉至控制力變形大，引起腹板開裂的問題，對各鋼束預(yù)應(yīng)力采取分級施加。在預(yù)應(yīng)力施加前將腹板內(nèi)外側(cè)的模板拆除，避免對梁體變形造成不利影響。

4.3.2 預(yù)應(yīng)力施加在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值 100%后進(jìn)行。張拉順序（梁頂至梁底方向N1 N2 N3）： 30%控制力N1→30%控制力N2→30%控制力N3→60%控制力N1→60%控制力N2→60%控制力N3→100%N1控制力→100%N2控制力→100%N3控制力。

4.3.3 預(yù)應(yīng)力施加過程中梁長方向同步施加力，梁寬度方向?qū)ΨQ施加力。預(yù)應(yīng)力施加的控制采用拉力與伸長值雙重控制，加力過程中各鋼束兩端的伸長值保持基本一致。在預(yù)應(yīng)力施加作業(yè)完畢，經(jīng)對比腹板未出現(xiàn)裂縫，通過（UET）的檢測，預(yù)應(yīng)力損失平均為0.42%，梁體密實(shí)完整，符合規(guī)范要求。

4.4、對于梁端錨具后方的鋼筋密集，砼不易振搗密實(shí)，預(yù)應(yīng)力施加后出現(xiàn)裂縫的問題，通過計(jì)算減少2層鋼筋網(wǎng)，去掉鑄鐵墊板，更換鋼墊板（厚50mm），有效避免了梁端砼開裂現(xiàn)象。

5、結(jié)語

本課題通過分析巴基斯坦公交專線U型梁出現(xiàn)的裂縫 ，研究出一套防控措施并經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

5.1 U型梁砼在氣溫約50℃澆注后40min進(jìn)行二次振搗可提高砼強(qiáng)度約12%，避免砼裂縫；在光滑的模板表面涂均勻的樹脂類脫模劑，使用級配密實(shí)的骨料有利于砼中氣泡排出，保證砼表面質(zhì)量。

5.2 水泥用量大、氣溫高時采用拌合水加冰、梁內(nèi)儲水和表面積較小的骨料可防止梁體網(wǎng)狀裂縫；

5.3 分級預(yù)應(yīng)力施加可防止預(yù)應(yīng)力施加產(chǎn)生的腹板外側(cè)張力導(dǎo)致的腹板開裂。

5.4 梁端鋼筋密不易密實(shí)，可通過調(diào)整鋼筋網(wǎng)片層數(shù)和工作錨墊板來保證砼振搗密實(shí)，以防砼開裂。