淺析后張法預應力混凝土T梁裂縫控制技術

周 強

(中鐵二十局集團第四工程有限公司)

1 概 況

中鐵二十局集團有限公司承建的非洲本格拉鐵路全長1 344 km，新建卡通貝拉大橋位于既有鐵路橋下游，橫跨卡通貝拉河，設計為雙線6～32 m 預應力混凝土T 梁橋，左線為本格拉鐵路，右線為機場線，全橋共計16 片直線梁、8 片曲線梁，預制梁場設置在橋頭卡通貝拉車站旁空地處，T 梁采用《房橋施－2059 圖》預制。

北京房山2059 號鐵路簡支T 梁計算跨度32 m，梁全長32.6 m，梁高2.5 m，跨中斷面腹板厚度160 mm，下翼緣底寬880 mm。采用φ50 橡膠抽拔管成孔，直線梁設20 根管道，曲線梁設23 根管道。本梁設計采用C50混凝土，為預應力后張梁。該梁既長又窄，縱向普通鋼筋配置很少，下翼緣均為構造配筋，縱向鋼筋最大為二級Ф10 mm 鋼筋，水泥用量多，對其覆蓋灑水養護，在張拉前很容易出現裂縫。

在第一片試驗梁施工中，混凝土配比采用1∶1.176∶2.284∶0.34∶0.016(水泥∶沙∶碎石∶水∶高效減水劑)，開盤時間選擇在下午16∶00 開始澆筑，4 h 混凝土澆筑完畢。初凝后采用覆蓋灑水養護。澆筑后第三天預制梁拆模，在梁的1/2 和1/4 處由下翼緣開始出現兩道豎向裂縫，在1/2 處裂縫長度1.3 m，在1/4 處裂縫長度0.9 m，寬度約0.05 mm。

針對預制T 梁的開裂，通過對施工工藝分析總結，在以后的預制T 梁施工中，主要對混凝土配合比的外加劑摻量做了調整，將外加劑用量由1.6%調整到1.2%;其次是混凝土澆筑時間選擇在下午18 點開始;考慮到局部溫差可能產生的裂縫，外加劑增加了緩凝成分，減緩了混凝土的水化反應，在混凝土終凝后開始覆蓋麻袋片灑水養護，養護時間不小于14 d。后面施工的預制T 梁均再未出現裂縫。

2 裂縫產生的原因及預防措施

由于混凝土屬于脆性不均質體，其抗拉強度僅為抗壓強度的1/10～1/20，抵抗拉應力的能力很低，當梁體變化產生拉應力(或拉伸應變)大于其混凝土抗拉強度(或極限拉伸值)就會發生裂縫。預制T 梁裂縫主要有三種成因:(1)溫度裂縫;(2)收縮裂縫;(3)外力裂縫。

2.1 溫度裂縫

澆筑混凝土過程及以后的養護環境中，晝夜溫差比較大，實測溫差大于10 度，由于混凝土線膨脹系數為1.0 ×10－5，按照10 度溫差計算混凝土伸縮值為3.26 mm，每端的伸縮值為1.63 mm。對由于溫差引起的應變，道碴槽上部為自由活動，其外界主要對其有直接影響的是預制梁的臺座約束下翼緣收縮，如果臺面與混凝土摩擦系數小，則對梁熱脹冷縮的約束就小;其預制梁的內因主要是溫度應力鋼筋的配置，通過在預制梁底部配置溫度應力筋防止混凝土冷縮開裂。

本類型預制梁在臺座施工中臺面安裝鋼板，并刷優質6∶4的柴機油隔離劑，梁端臺座預留孔孔徑達到預留螺桿的10 倍，并灌注黃油防止混凝土漿流入臺座預留孔約束支座預埋鋼板上外伸螺桿在熱脹冷縮時自由活動。選擇在夜間進行混凝土澆筑，在第二天氣溫下降時，混凝土強度增長一部分，起到一部分抗拉作用。該梁梁肋部分為全預應力混凝土結構，配筋均按照構造要求配置，可以通過按照混凝土強度增長情況，對預應力束分次張拉，一般情況是在混凝土水化反應中，通過對混凝土灑水降溫以減小溫度線膨脹，其次是張拉控制，這里的預應力梁混凝土水化反應在預制混凝土澆筑完成后18 h 后，水化熱下降，如果環境溫度同時也下降，預制梁就會出現冷縮現象，在這時張拉很是關鍵，通過張拉施加外力使混凝土回縮。

2.2 收縮裂縫

混凝土施工中收縮裂縫主要通過原材料控制和施工控制。

(1)原材料控制

混凝土原材料控制主要包括:確定水泥強度等級，水泥強度等級的確定原則是要與混凝土的設計強度等級相適應，配置高強度等級的混凝土時水泥強度等級取混凝土設計強度的0.9～1.5 倍。由于安哥拉資源較為緊缺，缺少粉煤灰等礦物摻合料，為降低水膠比，保證混凝土強度確定采用P.O 52.5水泥;對進場的砂石材料進行篩洗，控制砂石料的含泥量在標準范圍內，對砂石材料進行堿活性試驗，堿活性超過標準值時，需采取抑制堿骨料反應的技術措施(經檢測，砂石料堿活性符合標準要求，不需要采取抑制堿骨料反應的技術措施);減水劑選擇對水泥適應性強、摻量小、減水率高的鐵園牌TY－5A 高效減水劑，嚴格控制進場檢驗。

現場第一片預制梁施工過程中，試驗室根據梁的施工情況，為保證較高的混凝土強度，將減水劑摻量提高到1.6%，而鐵園牌的TY－5A 減水劑推薦摻量為0.3%～1.5%，據該減水劑實驗資料證明，減水劑摻量增加，減水率增大，混凝土易出現離析，雖然同坍落度降低了水灰比，增加了混凝土強度，但是混凝土收縮增大，混凝土易產生收縮裂縫。將減水劑使用摻量控制到1.2%，提高了水灰比，混凝土的強度滿足設計要求，和易性滿足施工要求，在以后的預制梁施工中均沒有出現裂縫。

(2)施工控制

混凝土施工中主要包括優化配合比，在保證和易性及混凝土強度下減小混凝土的水灰比，降低砂率，減小水泥用量;加強澆筑混凝土振搗，控制混凝土灌注方法，采用斜向水平分層澆筑方法，始終由一段開始向另一端澆筑，以防止出現漏搗或者分層過厚出現。加強混凝土養護，防止局部溫差產生不均勻收縮，減緩水泥水化反應，嚴格控制混凝土在拌制過程中用料的偏差及攪拌時間，選擇混凝土入模溫度，盡量在一天中氣溫比較低的時候澆筑混凝土。

2.3 外力裂縫

(1)張拉時間控制一般通過混凝土強度而定，一般在沒有設計要求的情況下，規范規定混凝土達到75%就可以對預應力進行全部張拉，而本梁在對混凝土強度達到60%時即張拉且張拉到設計預應力的50%。在本梁施工中為更有效的控制豎向裂縫的產生，在混凝土澆筑后的第二天就對N1 號束進行張拉，然后根據混凝土強度的增長，逐根張拉，因為每束施加預應力噸位小，N1 號束施加的張拉壓應力沒有對梁產生縱向水平裂縫，高標號的預應力混凝土強度增長比較快，對預制梁施加壓應力能比較好的控制豎向裂縫的產生。

(2)一般規范規定，混凝土強度達到2.5 MPa 就可以對側模進行拆除，預應力混凝土強度增長比較快，環境溫度在18～25 ℃時，一般在混凝土澆筑后的次日就對模板進行拆除。這里拆除每塊模板的面積比較小，每塊模板總面積約13 m2，模板和混凝土的切向粘著力和法向粘著力均不會對預制梁有較大的影響。

(3)外部施工環境中產生的應力主要包括附近既有線火車經過時產生的振動和施工中鐵路路基碾壓時產生的振動，兩處距離預制梁臺座大約100 m，施工中通過對第一片T梁及以后施工T 梁的觀測，外部應力產生的振幅比較小，沒有對預制T 梁產生任何影響。

(4)本梁場設置五道制梁臺座，臺座基礎梁端處混凝土厚度為150 cm，其余厚度為30 cm，預制梁混凝土澆筑前后觀測沒有發現臺座有變形和沉降，其地基承載力及壓縮模量均能滿足預制梁施工要求。

3 結束語

后張法預應力混凝土T 梁產生裂縫很常見，但通過采取一些預防措施可以防止裂縫的發生。通過預制T 梁施工的實踐證明，對原材料的控制尤其是減水劑類型、摻量的選用，混凝土入模溫度的選擇，混凝土的前期養護，充分保持潮濕，盡早對預制T 梁進行張拉，防止混凝土在冷縮出現收縮裂縫，對預制T 梁的裂縫控制是成功的。預制T 梁裂縫的有效控制，對結構物的耐久性和使用功能以及結構物的美觀都是必要的。