預制箱梁施工裂紋的產生原因與預防措施

毛永鴻

（甘肅長達路業有限責任公司， 甘肅 蘭州 730000）

0 引言

現階段，預應力預制梁在施工過程中出現裂紋問題已經十分常見，其中一部分產生在張拉前，而一部分產生在張拉后。尤其是在張拉前產生的裂紋，其產生的原因會受到多方面因素的影響，總體上也呈現出了較強的復雜性。在這樣的情況下，為進一步提升市政工程施工質量，有必要加強對預制箱梁施工裂紋產生原因的探究，并參考可能出現的因素有針對性的制定相應的預防舉措，保證工程項目的穩定開展。

1 工程概況

某市政工程項目采用全程高架的模式，除一小部分采用現澆整體箱梁以外，大部分工程都為工廠化分幅集中預制箱梁。從整體上來看，箱梁采用C 50砼，其外形也為典型的35m預制箱梁，一個箱梁的重量約在800t左右。在實際開展相關工程的過程中，原計劃是從預制場完成生產，箱梁整體強度達到預期之后再運輸到現場進行安裝，但這樣的模式往往會在很大程度上對整個梁體造成擾動，考慮到預制混凝土厚度薄、配筋密等特點，一不注意就會導致施工缺陷的出現。面對這樣的問題，最終決定將橋頭路基200m作為預制場地生產，從而最大限度地避免運輸過程中的不穩定因素。在施工過程中發現，完成9片箱梁施工之后，第3、4片箱梁在拆模后出現了數量較多的不規則裂紋，裂紋上下不貫通。因此相關工作人員需要對開始施工箱梁進行調查，同時全方位地對出現箱梁裂紋的施工質量問題展開分析，并成立專門的治理小組為后續的工程提供質量保障。結合實際的工程狀況來看，面對裂紋問題應進一步加強對工作流程以及施工過程的分析，保證各個施工環節都可以充分滿足法規要求和工期要求；同時還需要進一步控制每個關鍵部分的質量，保證每片箱梁構件質量可以滿足工程規劃標準。

2 預制箱梁施工裂紋分析

在實際應用的過程中，預制箱梁具備著生產工藝簡便、出產成品效率高以及力學性能優良等優勢，因此也在市政工程項目當中得到了十分廣泛的應用。然而隨著此類工程項目的大量修建，其結構本身存在的缺陷和薄弱環節也逐步暴露出來，其中最為突出的就是裂紋問題。一旦在工程過程中出現混凝土裂紋將顯著加劇混凝土滲水以及凍脹的危害，這不僅會降低鋼筋混凝土材料的承載能力與抗滲能力，還會直接減少箱梁的使用壽命，對最終的工程質量也將會產生十分不利的影響。總體來看，箱梁裂紋的產生會受到多方面因素的影響，這也導致很多情況下在進行裂紋成因分析的時候并不能準確得出具體原因。在此基礎上，在進行裂紋防治的時候也應加強對實際工程情況的考量，同時以預制箱梁裂紋發育機理以及相應的抑制技術為基礎采取綜合性的裂紋抑制措施，進而獲得良好的防治效果。結合現階段的工程實際來看，常見的裂紋類型主要包括以下幾方面：第一是腹板豎向裂紋，這種裂紋主要產生在腹板內外部，同時主要產生在箱梁預制初期；第二是翼緣板橫向裂紋，這種主要是腹板裂紋的延伸，因此在沒有出現腹板裂紋的時候，此種裂紋也較為短小；第三是梁端底板縱向裂紋，這種裂紋主要發生于腹板縱向預應力筋張拉以后；第四種是橋面板龜裂，這種裂紋的現狀與走向都沒有什么具體規律，同時長度和深度也比較小。

3 預制箱梁施工裂紋的產生原因

3.1 收縮裂紋

收縮裂紋產生的主要是混凝土成型后養護不當所引發，由于沒有合理的養護手段，因此在后期也大大提升了出現表面裂紋的可能性。總體來說，收縮裂紋主要可以分為干縮裂紋和自收縮裂紋，其中干縮裂縫產生的原因主要是在混凝土施工完成以后由于表面水分散失過快，而引發了混凝土外表面與內部產生了不均勻收縮的狀態，進而引發了混凝土表面出現開裂的問題。由此也可以進一步得出，干縮裂縫的生成是具有表面性的，同時也并沒有實質性的規律，往往是在混凝土養護的一段時間以后，在其表面或側面出現0.05mm～0.2mm之間的裂紋，其后的發展趨勢也主要是受到溫度與濕度變化的影響；而自收縮裂紋產生的主要原因是水泥水化作用而引起的體積減小，相較于前者其收縮的范圍最多只能達到1/10～1/5，因此也可以將其考慮到溫度收縮的范圍內[1]。

3.2 水化熱裂紋

水化熱裂紋的產生主要是受到溫度及溫差的影響，多數情況下發生在預制箱梁施工的過程中，同時裂紋的寬度與形態在很大程度上也會受到溫度的影響，一般來說冬季氣溫較低的時候裂紋的寬度較大，而夏季氣溫較高的時候裂紋寬度也比較窄，同時其走向與形狀沒有規律性。在不同裂紋當中，深進和貫穿的溫度裂紋對混凝土的破壞是較為嚴重的，一般來說其寬度都在0.5mm以下。與此同時，混凝土在成型以后，在其硬化過程中也會產生大量的水化熱，由于箱梁總體的體積較大，因此在釋放出水化熱的時候并不能及時地散失，而是聚集在混凝土內部，進而將會導致混凝土內部溫度急劇上升，結構內外也會出現較大的溫差。在不同溫差的影響下，混凝土內部與外部所產生熱脹冷縮也不相同，大大提升了混凝土表面所承受的拉應力，而當超過其可以承受的極限的時候就會加劇裂紋的產生【2】。

3.3 預應力施工

預應力一個是前期的管道定位，另一個是混凝土的強度。預制箱梁腹板厚度較薄，波紋管和錨墊板位置定位不準確，導致施加預應力后，腹板受力不均為，回沿波紋管方向產生裂紋，混凝土收縮受力，使裂紋發展，慢慢會變成裂縫，影響梁板的使用壽命。《公路橋涵施工能技術規范》對后張法要求為：結構或構件混凝土的強度、彈性模量（齡期）應符合設計規定：設計未規定時，混凝土的強度應不低于設計輕度等級的80%，彈性模量應不低于混凝土28天彈性模量的80%，當采用混凝土齡期代替彈性模量的控制時應不小于5天，而在實際施工的過程中，受場地和工期影響，往往會不重視彈性模量（齡期）。

3.4 施工工藝與養護手段

在實際施工的過程中，具體的施工方法也會對裂紋的出現產生影響。在進行箱梁首次澆砼的時候往往都會先澆至三角頂部，因為這里的結構比較薄弱，因此砼產生的水化熱可以直接通過上、下兩個表面進行散熱，但也正是因為此處的薄弱性，導致其強度增長的時候會比較緩慢，其抵抗自身收縮的能力也會存在明顯不足的問題，大大提升了出現裂紋的可能性。與此同時，在進行澆腹板作業的時候，受到震動的影響，較多的碎石會造成腹板頂部區域的砂漿變多，因此這一區域的總體強度也會變低，進而提升了出現裂紋的可能性。面對這樣的問題，在實際開展施工的過程中應實施科學的施工工藝，保證首次砼可以澆至三角底部與腹板的交接處，同時盡可能地對施工震動加以控制，最大限度地表面裂紋的出現。除了施工工藝以外，對混凝土的養護手段也會影響裂紋的出現。通常情況下，在進行預制梁表面養護的時候會采用麻袋淋水覆蓋的方法來保持其表面的濕潤，但在未澆頂板之前考慮到頂板施工的需要，在對腹板及底板進行養護的時候并不能采用該方法，只能通過直接淋水來保持濕潤。在這樣的情況下，一旦在天氣炎熱的時候淋水不及時就會導致砼表面曬干出現收縮裂紋；而在冬天干燥寒冷的時候則會因為表面散熱的加快而加大溫差，引發裂紋的出現。由此在實際施工的過程中，夏天的養護工作應以保持濕潤為重點；而冬天則要以覆蓋保溫為重點【3】。

4 預制箱梁施工裂紋的應對措施

4.1 優化施工工藝

在開展預制箱梁施工的過程中，要想有效預防裂紋的出現就必須選用適合的施工工藝，同時針對缺陷的具體內容制定相應的防治方案。總體來說，選用合理的施工工藝是將裂紋出現可能性的重要手段，其中C50混凝土是實際施工過程中較為常見的混凝土類型，并在箱梁的建設中對其進行攪拌，進而實現配比的優化升級。只有這樣才能有效降低水化熱的峰值和速度，降低出現裂紋的可能性。值得注意的是，在此過程中應加強對減水劑的調試，進而有效保證其中減緩凝結的成分可以滿足施工的實際要求，進而在現有的基礎上進一步提升凝結時間。在完成減水劑的調試之后，就需要進行后續的攪拌驗證，進而有效掌握相應比例下的凝結時間。在這樣的模式下，不僅可以有效減少混凝土的水化熱，還可以進一步提升混凝土密實度和抗拉強度，實現整體性能的提升。

4.2 預應力拉張工藝的改進

加強施工過程中的精細化管理，鋼筋加工采用工廠化，提高智能設備引用的程度，當前自動化智能設備大量用于公路施工行業，一定程度節省了人力，更大程度上提高了作業的精細化程度，使鋼筋等原材的加工更加標準，為后邊預應力管道定位準確提供了基礎條件【4】。提高波紋管定位的準確度，波紋管安裝過程中要求精準定位，完成后更要仔細檢測，縱向位置正確且一定要居中放置。混凝土張拉前一定要對梁體強度進行檢測，檢測不能是回彈儀的回彈強度，回彈強度代表梁體表面，只具有參考意義，不能作為判斷指標，強度指標應以同條件養生試塊為依據，在強度滿足要求的前提下，要充分考慮混凝土的齡期，在雙重指標下，才能進行預應力張拉操作。張拉完成后孔道壓漿宜采用智能化壓漿設備，和專用壓漿料，能更好的保證孔道壓漿的孩子了、可靠性和耐久性。

4.3 優化養護作業

在完成預制箱梁的施工之后，混凝土整合質量將在很大程度上受到水化作用的影響進而產生較為劇烈的反應，進而顯著提升箱體自身出現裂紋的可能性。因此要實施更加完善的養護作業。當前施工標準化程度為箱梁采用蒸汽養生提供了基礎條件。常規的蒸汽養生一般認為是在冬季低溫季節，二恰恰夏季的高溫時候也需要采用蒸汽養生【5】。蒸汽養生應用封閉式的養生棚將箱梁全覆蓋，養護棚拼縫處不得存在漏氣現象，蒸汽應為低壓飽和蒸汽，加熱均勻，并排除冷凝水，防止結冰。蒸汽養生一般分為預養、升溫、恒溫、降溫四個階段。一般預養階段在混凝土澆筑完成4～6h后進行，時間不小于6h。升溫階段是混凝土的定型階段，要嚴格控制升溫速度，做好記錄工作。恒溫階段就是混凝土的熱養期，兩個重要的參數就是恒溫溫度和恒溫時間。恒溫溫度宜控制在45℃～50℃，且混凝土內部最大溫度不得超過65℃，保證養生棚溫度的時候，一定也要確保濕度，保證溫度和濕度雙控原則。降溫階段是蒸汽養生的關鍵階段，要嚴控降溫速率，停止供氣后禁止立刻移走養生棚，應將養生棚兩端稍微打開，緩慢降溫，待混凝土構件里表差、表層與環境溫差不超過15℃時，方可移去養生棚，并立即對梁體表面灑水，進入自然養生階段。蒸汽養生過程中宜采用智能化的溫濕度監測控制系統，以保證養生效果。

5 結語

綜上所述，在實際工程施工過程中，預應力預制梁產生裂紋現象已經成為限制施工水平提升的最關鍵因素之一，因此需要對其產生的具體原因加以探究。結合實際情況來看，預應力預制梁產生裂紋的原因主要包括溫差因素、砼澆注時間、施工工藝、養護手段等，而在施工之前有必要針對這部分因素制定具體的防護措施，同時根據實際情況來調整施工的具體流程，充分發揮預張拉方案對預防裂紋的重要作用。