某渡槽預應力T字型混凝土梁裂縫檢測與原因分析

孔楠楠（安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 引 言

某新建渡槽共11跨，標準跨30.0m，渡槽下部多縱梁由5根預應力T字型混凝土梁組成，縱梁高2.5m，間距2.1m，上部槽身凈寬9.0m，高3.6m，槽身底板厚0.25m，側(cè)墻底部厚0.4m，頂部厚0.25m。圖1為預應力T字型混凝土梁截面尺寸示意圖。

圖1 預應力T字型混凝土梁截面尺寸示意圖

由于在工程施工過程中發(fā)現(xiàn)部分預應力T字型混凝土梁表面有豎向裂縫出現(xiàn)。現(xiàn)對裂縫開展情況進行檢測和原因分析，并根據(jù)檢測和分析結(jié)果提出裂縫處理的意見和建議。

2 裂縫深度檢測

2.1 測試過程結(jié)果

通過現(xiàn)場情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裂縫均出現(xiàn)在預應力梁腹板部位，多數(shù)雙面對稱裂縫，局部為單面裂縫。采用裂縫寬度檢測儀對裂縫寬度進行量測，發(fā)現(xiàn)裂縫普遍較窄，最大縫寬約0.05mm～0.10mm。現(xiàn)場采用非金屬超聲波探測儀對部分典型裂縫進行檢測，并將張拉前的檢測結(jié)果與張拉后的檢測結(jié)果進行比對，分析張拉對超聲法檢測混凝土裂縫深度檢測結(jié)果的影響。

圖2 超聲法（雙面斜側(cè)）檢測裂縫深度測線布置示意圖

圖2為本工程采用雙面斜側(cè)法檢測混凝土裂縫深度時的測線布置圖，共計17條，自左向右依次為測線1、測線2、……、測線17，其中測線1～測線3、測線15～測線17為非跨縫測線，測線5～測線13為跨縫測線。

根據(jù)表1中超聲法檢測聲學參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果可知：

1）43#梁對稱裂縫在張拉前跨縫聲速、波幅值均出現(xiàn)突變，跨縫聲速、均值明顯小于非跨縫聲速均值，裂縫為貫通裂縫；該梁張拉后，跨縫聲學參數(shù)值與非跨縫的聲學參數(shù)值較為接近，說明張拉后裂縫已趨于閉合狀態(tài)，裂縫對超聲波在混凝土內(nèi)的傳輸未產(chǎn)生影響。

表1 典型梁裂縫檢測結(jié)果統(tǒng)計

2）對已經(jīng)張拉過的35#梁對稱裂縫進行檢測，檢測結(jié)果同張拉后的43#梁相同。

3）張拉過后的9#梁表面出現(xiàn)單面裂縫，經(jīng)測試，跨縫聲學參數(shù)值與非跨縫的聲學參數(shù)值較為接近，裂縫為表面淺層裂縫（縫深小于30mm）。

圖3 43#梁張拉前典型跨縫波形

圖4 43#梁張拉后典型跨縫波形

圖3和圖4為43#梁張拉前后的跨縫波圖，將二者進行比對可以看出，在儀器增益值不變的情況下，張拉前的波形較張拉后有明顯衰減，聲波傳輸速度有顯著降低，證明改點有明顯裂縫；圖3顯示的波形穩(wěn)定、無衰減，證明該點裂縫已呈現(xiàn)閉合狀態(tài)。

為驗證超聲法測試結(jié)果，現(xiàn)場還對張拉前的43#梁和張拉后35#梁的裂縫測試部位鉆取了芯樣，圖5和圖6為芯樣照片。其中43#梁張拉前鉆取的芯樣自然斷裂，裂縫貫通；35#梁對稱裂縫張拉后鉆取的芯樣呈基本閉合狀態(tài)，局部裂縫較明顯，但芯樣尚未裂開。通過鉆取了一定數(shù)量的芯樣，進一步驗證了測試結(jié)果的可靠性。

圖5 張拉前的43#梁裂縫照片

圖6 張拉后的35#梁裂縫照片

2.2 測試結(jié)果分析

1）當非金屬超聲波檢測儀發(fā)射器和接收換能器的測線聲波通過裂縫位置時，由于裂縫的存在破壞了混凝土內(nèi)部的連續(xù)性，聲能在裂縫位置處產(chǎn)生較大衰減，聲能穿過裂縫傳播到接收換能器端的首波信號微弱，其波幅或主頻與等測距的非跨縫混凝土比較，存在明顯差異，據(jù)此可以判斷裂縫深度及其是否貫通。

2）本次檢測對象為預應力（后張法）混凝土梁，當已產(chǎn)生裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)張拉后，裂縫趨于閉合，近似于無縫混凝土，聲能在傳過裂縫到接收換能端時，未發(fā)生衰減，單獨靠聲學參數(shù)判斷時，本存在貫穿裂縫的構(gòu)件會被判定完好構(gòu)件，易產(chǎn)生誤判。

3）測試結(jié)果表明，在進行已張拉過后的預應力混凝土構(gòu)件的裂縫深度檢測時，不宜采用單一的超聲法測試，可結(jié)合其他輔助手段對構(gòu)件裂縫開展深度綜合判斷。

3 裂縫產(chǎn)生原因分析

經(jīng)分析，導致預應力T字型混凝土梁的裂縫主要有以下幾點：

1）因本次梁構(gòu)件施工采用的是商品混凝土，且采用泵送澆筑，其塌落度較大，硬化過程中產(chǎn)生的收縮較坍落度小的混凝土相比明顯偏大，不同次開倉澆筑的混凝土，其塌落度存在差別，這也是導致有的梁有裂縫、有的梁沒有裂縫的原因之一。

圖7 工程所在地區(qū)11月份氣溫走勢圖

2）環(huán)境溫度變化較大

統(tǒng)計梁澆筑時段氣溫變化發(fā)現(xiàn)，日最高氣溫和最低氣溫一般溫差在10℃以上，晝夜溫差變化較大，易導致混凝土裂縫的出現(xiàn)。通過查閱施工日志發(fā)現(xiàn)，裂縫較多且明顯的梁澆筑日期集中在夜間澆筑，此時段晝夜溫差較大（11月28日～12月6日），從而判斷裂縫的形成是早期混凝土溫度應力引起的。圖7和圖8是該地區(qū)11月份和12月份氣溫走勢圖。

圖8 工程所在地區(qū)12月份氣溫走勢圖

3）由于工期較緊，工程部分施工步驟安排不合理，導致趕工期過程中預制梁拆模過早，也是導致梁產(chǎn)生裂縫的主要原因。

4）調(diào)查發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場未實施可靠的保溫措施。由于是混凝土設計強度等級較高（C50），在混凝土硬化過程中，早期會產(chǎn)生大量的水化熱，，在混凝土硬化過程中，雖有兩布一膜的的土工布覆蓋保溫，仍有可能造成T梁表面與內(nèi)部溫差過大，產(chǎn)生溫度應力，進而導致裂縫的出現(xiàn)。

綜上所述，導致裂縫產(chǎn)生的主要原因是施工季節(jié)溫度過低、保溫效果欠佳，造成混凝土內(nèi)外溫差過大，混凝土自身產(chǎn)生溫度應力，進而導致裂縫的出現(xiàn)。

4 裂縫處理措施建議

目前施工場地內(nèi)50片預應力梁均已張拉完成，根據(jù)裂縫開展情況檢測結(jié)果可知，張拉過后的裂縫均已閉合，無法對其近期充填補強灌漿，且裂縫尚不影響該梁的主要受力元素是預應力鋼絞線發(fā)揮作用。在預應力梁吊裝就位并達到運行荷載時，裂縫在荷載的作用下，預應力對混凝土的預加壓力會有一定的釋放，裂縫寬度會增大，此時采用對混凝土有一定滲透作用的水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料（賽柏斯）進行涂刷。該防水涂料對混凝土表面進行涂刷后，可向混凝土的內(nèi)部進行滲透，在混凝土內(nèi)部形成不容于水的結(jié)晶體，堵塞毛細孔道，從而使混凝土密實，防水。賽柏斯處理過的混凝土多年后遇水，材料中的活性物質(zhì)還能重新激活，混凝土中未完全水化的成分再產(chǎn)生結(jié)晶，對裂縫進行封閉。其優(yōu)點是，不易老化，膨脹系數(shù)與混凝土極其接近，防水年限基本與結(jié)構(gòu)的壽命相同，并且增強混凝土的耐久性，延緩混凝土的碳化過程，對混凝土內(nèi)部鋼筋進行有效防護。

在對預應力梁處理的同時，還應通過靜載試驗的方式驗證預制梁承載能力，并在后期運行過程中加強觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結(jié) 語

1）預應力梁內(nèi)裂縫在經(jīng)張拉過后，裂縫趨于閉合，采用超聲法檢測其裂縫深度具有一定的局限性，無法對裂縫深度進行有效測試。針對這種情況下的裂縫深度測試，業(yè)界尚無規(guī)范或成熟經(jīng)驗可以借鑒，可輔助以其它方式對裂縫深度進行綜合判斷。

2）混凝土硬化過程中會產(chǎn)生大量的水化熱，因此在施工澆筑的過程中應合理安排施工工序，加強對澆筑后的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的養(yǎng)護，最大程度避免裂縫的產(chǎn)生。

3）在對出現(xiàn)裂縫的梁進行處理時，可采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料（賽柏斯）對構(gòu)件進行涂刷，增強混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性。

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