U型梁裂縫分析和防控

王安琪

中國中鐵一局集團橋梁工程有限公司 陜西 渭南 714000

1、引言

U型梁在城市軌道交通領域是世界公認的一種取代傳統箱梁的新技術，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[1]，尤其是節能環保、外形美觀、系統先進等特點使其將成為軌道交通高架橋系統的主要結構形式[2]。

目前U型梁在韓國、迪拜、印度等國已應用于軌道交通領域[3]，我國在U型梁的研究應用處于起步階段，對U型梁的施工工藝、質量控制多借鑒于傳統梁型[4]。開口式梁體結構具有其自身特點，特別是腹板薄、鋼筋密、預應力復雜，施工中易產生裂縫，為此對U型梁的裂縫防控研究非常必要和迫切。

2、工程實例

巴基斯坦木爾坦公交專線（METRO BUS TRANSPORT SYSTEM FOR MULTAN）項目位于木爾坦市，起點FISH MARKET，終點CHUNGI NO.14，設計為雙向2車道，梁為27m跨徑U型梁，梁腹板厚18cm，砼強度D2，擬建區夏季氣溫達50℃左右。通過梁體裂縫分析研究，保證了U型梁質量滿足《美國國家公路與運輸協會標準AASHTO》、《美國砼學會標準ACI》、《美國材料試驗學會標準ASTM》、《巴基斯坦一般規范(GS)》的規定，為后續同類施工積累了經驗。

3、U型梁的裂縫分析

3.1、腹板薄且高度方向為內傾角不利于振搗密實和氣泡排出，砼不密實造成砼開裂。

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50℃左右，梁體砼表面出現網狀裂縫。

3.3、腹板預應力鋼束為空間的平彎和豎彎，對腹板有向外側的張力，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，預應力施加后梁端砼開裂。

4、U型梁裂縫防控研究

4.1、梁體砼密實性及氣泡控制

4.1.1 針對腹板砼不易密實、表面易出現裂縫的問題，在砼澆注過程中采用二次振搗技術，當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。通過多次試驗和量測在氣溫50℃左右，在首次振搗后40min后進行二次振搗，可消除梁體表面裂縫，檢測發現砼強度可提高約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、嚴控骨料中的片狀物含量和砼的振搗時間來控制。經反復驗證，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525kg/m3，在氣溫50℃澆注時，砼很容易出現裂縫的問題，為降低水化熱產生的影響，主要從骨料、水及砼的養生三方面進行了優化。

4.2.2 經試驗比選求得了較密實、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44℃，經熱比計算和加冰試驗，將拌和水溫度降至2.5℃時，砼出站溫度約為31.1℃，運至500m處澆注，經過對入模砼測溫，平均為31.9℃,滿足《ACI》32.2℃以下的要求，有效預防了梁體網狀裂縫的出現。

4.2.4 砼澆注后14小時拆除側模，用塑料布包裹，并在梁內腔儲水。在7天內始終保持砼表面濕潤，經過對比發現，表面蒸發失水造成的裂縫已消除。

4.3、預應力施加控制

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，對各鋼束預應力采取分級施加。在預應力施加前將腹板內外側的模板拆除，避免對梁體變形造成不利影響。

4.3.2 預應力施加在砼強度達到設計值 100%后進行。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 預應力施加過程中梁長方向同步施加力，梁寬度方向對稱施加力。預應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。在預應力施加作業完畢，經對比腹板未出現裂縫，通過（UET）的檢測，預應力損失平均為0.42%，梁體密實完整，符合規范要求。

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

5、結語

本課題通過分析巴基斯坦公交專線U型梁出現的裂縫 ，研究出一套防控措施并經實踐驗證，得出以下結論：

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

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

5.3 分級預應力施加可防止預應力施加產生的腹板外側張力導致的腹板開裂。

5.4 梁端鋼筋密不易密實，可通過調整鋼筋網片層數和工作錨墊板來保證砼振搗密實，以防砼開裂。