不利環境條件下大型混凝土預應力T 型梁抗裂施工技術研究與應用

張惠忠

（新疆克州新隆能源開發有限公司，新疆 克孜勒蘇柯爾克孜州 845450）

1 工程概況

夏特水電站位于新疆（南疆）克孜勒蘇柯爾克孜州（簡稱克州）烏恰縣境內，是克孜勒蘇河流域中游河段2 庫6 級梯級開發的第三個梯級電站，電站采用引水式發電，裝機容量248 MW，引水線路全長20.6 km，全部位于克孜勒蘇河左岸。夏特水電站場內交通工程共有4 座大橋，其中3 號橋是為滿足5 號施工支洞施工需要連接克孜勒蘇河兩岸的交通大橋。3 號橋設計荷載為公路一級，橋梁寬5.5 m，總跨度240 m，橋型采用裝配式預應力混凝土T 型梁橋（先簡支后結構連續）。3號橋上部結構采用6 m×40 m 預應力混凝土T 型梁結構，梁高2.5 m，梁間距2.0 m，邊梁懸臂長0.75 m，全橋一聯。2015 年5 月夏特水電站3 號橋開始進場施工，2016 年10 月全部完工并交付使用。

2 施工環境及條件

2.1 氣候條件

克孜勒蘇河位于新疆塔里木盆地西部，是新疆喀什噶爾河流域內的最大支流，源頭位于吉爾吉斯斯坦境內的扎爾多布卡山口，流域深居歐亞大陸腹地，遠離海洋，三面環山又受塔里木盆地的影響，冷濕氣流難以侵入。克孜勒蘇河流域水系氣候具有降水量小而蒸發強烈（氣候干燥）、氣溫日、年變幅大（溫差大）、常年多風的特點，屬于典型的溫帶大陸性氣候。

2.2 施工條件

夏特水電站場內交通工程施工之前與外部的交通主要靠當地牧民的一條簡易牧道，所有大型車輛均無法出入。3 號橋預應力T 型梁的單梁長度達40 m，重量約135 t，經綜合考慮交通條件，3 號橋T 型梁的預制場地就近布置在克孜勒蘇河左岸3 號橋頭的戈壁灘臺地上，采取現場野外預制方式。采取原狀土開挖找平、25 t自行式振動碾碾壓密實形成場地基礎，澆筑20 cm 厚C20 混凝土的的方法形成預制場施工平臺。

3 T 型梁的試驗性生產及裂縫的情況

為保證施工質量，3 號橋預應力T 型梁按照試驗性生產和全面生產兩個階段安排施工。按照計劃，試驗性生產階段預制3 片T 型梁，全面生產階段預制15 片T 型梁。

2016 年4 月20～30 日，3 號橋預應力T 型梁試驗性生產了3 片梁。在T 梁模板脫模后檢查發現，除3#-3號T 型梁無裂縫（紋）發生外，其他2 片梁不同程度的產生了裂縫。經仔細檢查，所有裂紋均為豎向裂縫，未發現斜向裂縫和水平裂縫；所有裂縫均在T 梁脫模后不久發生，根據現場監測，所有裂縫的寬度及長度在后期沒有明顯變化。見表1、表2 和圖1。

表1 3#-1 T 型梁裂縫情況表 mm

表2 2#-1 T 型梁裂縫情況表 mm

圖1 3#-1、2#-1 T 型梁典型裂縫示意圖

4 T 型梁裂縫產生的原因

1）T 型梁裂縫具有縱向自跨中向梁兩端發展，豎向自中性軸向上下兩端發展，馬蹄底部裂縫寬度大于腹板頂部位置裂縫寬度的特點，完全符合混凝土干縮、溫差及臺座不均勻沉降綜合作用產生裂縫的特征。同時經檢測，所有裂縫均未貫穿，為表面裂縫。

2）T 型梁裂縫多發生在脫模之后，與鋼模板的制約作用和密封保水作用有一定關系。

3）在當地干燥（濕度15%左右）、多風（月平均風速5.0 m/s）、晝夜溫差大（14℃）的氣候條件下，現場混凝土養護采用間斷式灑水養護方式，養護效果不佳，是產生干縮裂縫的主要原因之一。

4）腹板是T 型梁結構最薄、降溫最快的部位，縱向分布筋相對較少，對干縮應力約束較弱，也是產生裂縫的原因之一。

5）河水溫度較低，直接用來養護混凝土，容易人為加大混凝土內外溫差和溫度應力，容易產生裂縫。

6）T 型梁脫模時間至關重要，既不能過早也不能過晚，且應安排在氣溫較高時段，以便盡量減少混凝土內外溫差和溫度應力。

5 T 型梁抗裂縫施工技術的研究、應用和完善

根據T 型梁裂縫產生的原因，現場做了了進一步的試驗驗證，對施工工藝和施工方案進行了全面補充和完善。

5.1 T 型梁臺座承載變形試驗

2016 年5 月18 日，施工單位選取最靠近場地外側、開挖最淺、最不利的4#-1 梁臺座進行了承載變形試驗。試驗荷載按照最大T 型梁重量的120%考慮，加載方法采取沙袋均勻堆碼方式。臺座的沉降監測采用百分表進行監測，百分表設置在臺座兩側2 m 處，確保沉降監測精度不受臺座沉降影響。百分表在堆碼第2 層沙袋時安裝，讀取原始讀數并記錄。沉降監測在所有荷載沙袋全部堆碼完畢后，每2 h 讀取一次讀數，之后連續監測4 天。5 月21 日臺座承載變形試驗結束，根據沉降監測數據統計，其最大沉降量為0.64 mm，5 組點位的平均沉降量為0.37 mm，完全滿足±2 mm 沉降量的控制要求。由此判斷3#預應力大橋T 型梁預制臺座不存在承載力不足，不均勻沉降問題。

5.2 T 型梁抗裂縫施工技術的研究和應用

根據現場實際情況，經對3#預應力大橋T 型梁抗裂縫施工技術及工藝認真總結和研究，最終決定對預制T 型梁施工工藝從以下幾個方面進行全面完善:

1）加密縱向分布筋，增強混凝土抗干縮性能。將腹板部位的縱向分布筋的間距由138 mm 調整為100 mm,馬蹄部的縱向分布筋由3 根加密到4 根。

2）優化混凝土配合比，調整減水劑摻量，降低水灰比，減少水化熱。

3）結合當地氣候、時差等具體情況合理安排混凝土澆筑、前期養護、拆模等各工序施工時段。混凝土澆筑時間安排在21：00（太陽落山之后）至第2 日2：00之間氣溫較低時段，拆模開始時間安排在第二日中午14:00 左右氣溫較高時段。

4）完善養護棚。養護棚腳全部采用沙袋壓實，建立相對封閉的小環境，努力減少多風、干燥、大溫差等不利外部環境的影響。

5）就近設置養護水池，電加熱至水溫30℃左右，保證所有養護為溫水養護。

6）進一步細化脫模前的溫控及養護工作。脫模前T 型梁的養護按照靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段進行控制：混凝土澆筑結束后5 h 為靜停期，期間棚內溫度控制在15℃左右，混凝土養護主要通過對覆蓋在梁體表面的棉被灑溫水保濕進行。混凝土終凝后方可開始升溫，升溫速度控制在10℃/h 以內；恒溫期間棚內溫度保持在20℃左右，恒溫時棚內各部位的溫度控制一致，濕度控制在95%左右；升溫、恒溫期間的保濕、保溫主要通過對覆蓋在梁體表面的棉被灑溫水、煤爐加熱及水蒸氣進行。在第10 h 開始降溫，降溫速度控制在10℃/h 以內，12 h 左右開始拆除汽車篷布，準備脫模。

7）進一步強化脫模期間及后期的溫控及養護工作。T 梁拆模過程中，養護棚篷布的覆蓋必須緊跟拆模分段（每5 m）進行，以盡量減少暴露時間。混凝土脫模后3 d 內（即混凝土水化熱高峰期），按照前期既定養護棚保溫、保濕措施進行養護，溫度控制在20℃左右，濕度95%左右；在脫模第3 d 后開始降溫，然后拆除篷布，采用常規溫水灑水養護（棉被不拆），繼續養護7 d。

在經過了充分的準備之后，2016 年6 月3 日21∶45，4#-1 梁開始預制生產，之后嚴格按照既定程序和要求進行養護。6 月4 日下午14∶00 進行模板拆除，脫模時沒有裂縫發現。6 月7 日16∶40，檢查發現4#-1 梁出現兩條裂縫,兩條裂縫對稱分布在跨中兩側2 m 處，裂縫長度分別為80 cm 和45 cm，縫寬0.02 mm，后期沒有進一步發展。

5.3 T 型抗裂縫施工技術的進一步完善

結合4#-1 梁的整個施工工藝、施工方案、裂縫檢查情況，總結和分析認為：4#-1 梁裂縫較少，長度較短，縫寬較窄，裂縫情況已經大大改善，整體施工工藝和施工技術較為完善；但是，T 梁在脫模至升溫養護期間存在混凝土較長時間（3 h 左右）暴露在干燥多風的空氣中［即使灑水也會在極短時間（約2 min）內干燥］，導致混凝土表面濕度和熱量大量瞬間減少，是本項目T 梁抗裂縫施工技術的重要漏洞，也仍然產生個別裂縫的主要原因。

通過不斷探索和研究，施工單位提出了進一步完善抗裂縫施工技術的措施：

1）結合T 梁模板每5 m 一段的特點，在進行分段脫模之后，立即在混凝土表面連續噴灑30℃左右溫水進行首次養護，同時在混凝土表面粘貼（利用噴灑養護水）一層0.007 mm 的塑料薄膜，3～5 min 內實現混凝土表面與多風、干燥空氣的隔絕，有效控制混凝土表面濕度和水化熱的快速散失，全面補齊抗裂縫施工技術的漏洞。

2）在前一段混凝土梁表面沒有完成塑料薄膜和篷布的覆蓋之前，不再進行下一段的模板拆除，努力減少T 梁混凝土在多風、干燥空氣環境中的暴露時間。

3）在開始棚內養護之前，安排專職養護員每20 min 一次對已貼膜混凝土進行溫水灑水養護（養護水能夠通過薄膜粘貼上部的縫隙到達混凝土表面，同時由于塑料薄膜的作用混凝土表面持續保持濕潤）。

6 效 果

2016 年6 月8 日開始，夏特水電站3#橋大型預應力混凝土T 型梁預制在完善了綜合抗裂施工技術的情況下全面、有序、快速地展開，截止8 月14 日最后一片T 型梁預制完成，期間沒有再發生任何裂縫問題，有力保障了大橋的施工質量和施工進度，為大橋安全運行奠定了堅實基礎。2016 年11 月1 日，夏特水電站3#橋全面建成并投入使用，為5#施工支洞及主洞約4 500 m 的隧洞開挖、支護和襯砌提供了強有力的交通保障，至今運行良好。2019 年12 月，新疆克州烏恰縣紫金礦業公司跨康蘇河混凝土預應力大橋成功建成，期間本文所述干燥、多風、高溫差等不利環境條件下的大型預應力“T”梁抗裂技術得到成功推廣和應用，取得了良好的效果。

7 結 語

受自身體型結構、材質特點、施工技術和外部環境影響，不同類型的裂縫問題一直是困擾混凝土施工質量的主要問題，給混凝土結構后期安全運行造成了較大的隱患。夏特水電站3#混凝土預應力T 型梁大橋通過對抗裂縫施工技術的不斷研究和應用，成功解決了干燥、多風、高溫差不利環境條件下的裂縫問題，為其他類似工程提供了經驗，具有較好的推廣意義。