預應力混凝土T梁裂縫成因及施工處理技術

王路

山東省公路橋梁檢測中心有限公司 山東 東營 257100

引言

相較鐵路水路構建而言，公路運輸雖然速度慢，單次承載量小，但靈活性更強，除能對鐵路網進行有效補充還在小宗物品運輸上有不可替代的作用。隨著近年來我國經濟的飛速發展，公路網建設也在不斷緊密，在不便施工的地區橋梁的架構發揮著不可替代的作用，應用范圍也逐步擴大到鐵路。隨著各種交通運輸方式的承載量的不斷加大，對各交通設施橋梁鐵路的質量都提出了更高的需求，尤其是高級公路和鐵路，其行車速度快對于橋梁的平整與質量的要求更高。預應力混凝土T梁具有結構簡單、安裝方便、施工時間短、跨越范圍相對較大等卓越優勢，新建橋梁多采取這種技術。但是近幾年頻繁發現T梁產生裂縫，裂縫對于混凝土T梁而言，不僅影響外部觀感，重要的是許多裂縫會大大降低其本身的承載能力和使用周期，一旦裂縫繼續擴大而沒有發現，還會危害人民的生命財產安全。預應力T梁極易受外力影響溫濕度的變化、混凝土原料質量、施工操作規范都是影響T梁成品質量的重要因素。為此，對其裂縫進行成因分析并探討施工處理技術勢在必行。

1 相關概況

1.1 概念簡述

預應力混凝土T梁是指采用預制拼裝預應力混凝土制作的橫截面呈T型的橋梁結構，其多采取鋼構鏈接，是2017年1月1日實施的一項行業標準，在我國的公路鐵路所涉橋梁架設中被廣泛使用，具有自重輕、結構簡單、性能優越、所需材料少、安裝方便、施工時間短、生命周期長、跨越范圍相對較大等特點。

1.2 施工方法

目前，我國的預應力混凝土T梁主要有先張法和后張法兩種制作方式，其核心的區別在于混凝土澆筑與預應力鋼筋張拉的先后次序。先張法T梁需要先張拉后以混凝土為原料澆筑部件，等待整體結構強度達標后放張，完成施工目標。后張法需要先施工澆筑后張拉。其中先張法施工難度相對較低、環節較少，后張法則多了打孔灌漿等多項操作孔道阻塞極易發生，施工難度高但可跨長度相對較大。需要根據整體項目狀況采取對應方法[1]。

2 裂縫成因

常見的T梁裂縫有結構性裂縫和非結構性裂縫兩種，其設計因素巨多外部環境溫濕度、很凝土自身質量、施工質量等都是其產生裂縫的成因。

2.1 原材料質量

2.1.1 水泥質量。原材料的質量是影響整體工程施工質量的核心要素，原材料質量是否達標直接關系了整體工程質量是否能達到預期。混凝土的主要原材料為水泥，水泥質量的高低會影響混凝土整體的強度和T梁的整體彈性，彈性不夠則易發生裂縫。為此在施工之前，對原材料砂石的含泥量進行檢測是必不可少的。此外，在施工進程中也要定期復檢，發現不達標原料應立即處理，以免影響叔公效果。同時不同水泥配置混凝土的配比也不同，在采用原材料制作混凝土時，要嚴格遵循生產廠家的建議配比，切勿由施工人員按已有經驗直接施工，并要反復核驗混合后的混凝土質量是否達標，符合要求后才可施工。

2.1.2 混凝土配比。如前所述，在混凝土的制作過程中水泥是核心原料，水泥與水的配比會直接影響混凝土的質量，而水泥的比重會影響混凝土的黏度和使用強度，提升水泥的占比固然能增大強度，但是影響眾多。在國家相關施工規范中，有明確條文規定，要求在澆筑通行橋梁的預應力T梁時，混凝土必須符合相關標準。及其原料混凝土的強度需要符合C50要求。而在實際的工程建設中，為了達到建設要求，實際需求的混凝土強度要高于標準。直觀來講，實際所需強度是標準強度的120%，才能達到正常施工所需質量。許多施工單位為了滿足強度，會無視混凝土原料不同的科學配比，通過加大水泥占比來提升強度。這種不科學的方式看似是對原材料質量的高要求實際卻是不達標的原料，水泥比重過大會在凝固時過分產生水化熱，致使水分快速蒸發出現眾多網狀無規律裂縫。反之，大量加水會降低黏度，也不利于后期養護。故而混凝土配比不合理是許多裂縫產生的內因。

2.1.3 配筋質量。上述水泥質量和整體混凝土都是影響混凝土強度與黏度的重要因素，除此之外，在預應力混凝土T梁的構建中，鋼筋也是必不可少的關鍵原材料。在T梁的設計中，鋼筋起著保障整體結構穩定，承托大部分的受力任務，也是凝聚整體框架避免混凝土凝固過程中過分形變產生裂縫的關鍵因素，鋼筋質量是否達標，不僅關系著裂縫問題，更是整體架構能否完成預設承載量的核心環節。在我國的相關施工規范中，對預應力混凝土T梁所采取的鋼材有著明確的標準，橫隔板漸變段處必須采用Φ120鋼筋為原材料，對其間距也有標準，固定設為200mm，如果在施工環節忽視了鋼筋相關標準，不僅會產生裂縫問題，嚴重者會危及整體橋梁質量，危害人民的生命財產安全。

2.2 溫度應力

即便是科學配比的混凝土在凝固過程中產生水化熱也是難以避免的，其前期表現多為受水化熱影響其彈性模量，形成殘余應力，中后期則主要受外部溫度影響。具體而言，就是在混凝土澆筑后初步凝固的時期，混凝土內部由水化熱引起的溫度急劇上升后由于內部與外部散熱能力差異大，導致內外溫度出現內高外低，產生梯度差，內部壓力增大，出現裂縫。后期內部環境相對穩定，受外部影響更大，由于環境的影響會加大內外的溫差，又受限于基座，當外部溫度變化到達一定值時，內部拉力逐步上升，超過自身能力形成裂縫。為此，混凝土自身溫度差的變化加之外部環境的差異會產生溫度應力，產生裂縫，尤其極端高溫與低溫環境下施工，溫度應力更大，加之隨之而來的濕度應力，會對質量產生極大的影響。

2.3 收縮應力

收縮應力也可視為由濕度變化產生的應力，溫度的變化多伴隨著濕度的演變，雖然混凝土內部濕度變化并不劇烈，但會受到外部濕度的影響。在T梁預制安裝完畢后，混凝土會逐年凝固，并會伴隨體積的收縮，尤其施工進程中為了保證混凝土的強度，其水泥占比較多，收縮反應也會相應的更加劇烈。

簡單來講，混凝土的收縮行為是伴隨著混凝土凝固時期溫度的變化同時發生的，內部的濕度伴隨著問的提升逐步降低，其吸附水不再附著在毛細孔上，壓力差加劇干縮現象愈加明顯。為此，高溫施工要注意及時養護，避免因缺水導致收縮應力過強，而極端低溫也要避免凍融現象。

2.4 設計環節

完善的設計方案可以有效保障施工方向，提升工程質量，實際環節出現問題則會對整體工程質量產生決定性的消極影響，尤其是T梁預設，其拱度與馬蹄尺寸等細微環節都會極大地影響施工，缺乏科學可行的設計方案，也是T梁裂縫常見成因之一。主要原因如下：①預制拱度與施工標準的矛盾，設計方在設計預應力T梁時忽略了實際施工標準施工技術難度的因素，或無法實施，或標準過分寬松，不符建設標準。據此，架設的T梁質量堪憂，結構性和抗壓性都有待商榷。②過分關注縱向預應力，忽視上拱反作用力對橫向應力的影響。③保護層不足，為降低自重而壓縮馬蹄部尺寸，致使實際工程進度中保護層過薄，加劇裂縫產生。

2.5 施工標準

2.5.1 模具偏差。好的設計方案要落實在施工層面上，首先遇到的就是模具制作過程，模具設計是否符合設計方案和施工標準，會對整體工程的質量產生至關重要的影響，在制定模具時首先要嚴格執行項目方提供的設計方案，在模具環節盡量將誤差降到最低，為后續的澆筑張拉提供余地，同時也要符合相關技術標準，避免技術問題產生的質量問題。在模具安裝時更要仔細注意安裝位置，T梁位置預設失之毫厘對整體橋梁架設效果就會謬之千里，一定要完全符合橋梁位置[2]。

2.5.2 施工技術。具體的施工環節是除后期養護將方案變為現實的最后一個環節，也是把控整體工程質量的核心環節，據調查顯示，T梁施工技術是許多T梁裂縫的重要成因。由于大部分施工現場在澆筑混凝土時會采取分部澆筑的方法，受整體T梁澆筑時間所限，不同位置的澆筑先后順序不同，其溫濕度變化產生的應力不同，極易產生裂縫。同時受T梁自重所限，在設計環節時馬蹄部尺寸就相對較小，相對端部而言其配筋也相對復雜，在澆筑時壓實的技術難度大，一有疏忽就極易成為整體T梁的薄弱板塊，產生裂縫。最后在張拉預制混凝土的進程中，兩端也極易因為受力不同造成離心作用，加劇縫隙形成。

綜上所述，施工環節的環節眾多，技術難度高，涉及要素多，一旦施工方案不符設計方案會加劇正常施工誤差或不符實際情況都會加劇裂縫的形成。

3 施工處理

3.1 預前準備

預應力T梁所涉工序復雜、裂縫成因影響因素多，為了保證整體工程質量，減少裂縫形成，需要做好預前準備，設計方案要科學合理符合實際施工環境。首先，針對方案和施工標準選用建筑材料，要嚴格把控材料質量，避免因原材料問題產生裂縫；其次，要根據現場環境設計鹽湖方案，尤其是溫差較大地區，更要重視養護過程，延長養護時間，控制外部溫度，保持表面濕度從而減少收縮，具體各環節時長因時因地而異；最后，要做好場地硬化、臺座施工、施工原材料檢測等等多方面的準備工作。

3.2 預中控制

在實際施工中，要根據工程情況合理選擇施工技術，對馬蹄和端部的鋼筋嚴格按照施工標準排布，防止結構性裂縫吧，注意施工時間避免在暴曬溫度巨大時進行澆筑環節，嚴格執行預前方案，選取科學的拆模時間和混凝土配比，盡量將溫濕度導致的收縮控制在合理范圍內，避免收縮性裂縫。

3.3 預后處理

混凝土裂縫是施工環節中常見的問題，T梁結構雖然相對簡單，但是所涉環節仍然較多，通過預前和預中措施，可以避免大部分人力可控的裂縫，但仍有部分裂縫難以避免或已經形成，就要考慮預后處理，制定科學的修復方案以延長T梁壽命，提升整體質量，具體建議如下。

3.3.1 修復方案。①非結構性裂縫。非結構性裂縫多因收縮而成，分布在T梁表面，影響其耐久程度，但對安全性影響較小。對于寬度較小的裂縫，可以直接進行封縫處理，可在裂縫處涂刷樹脂封閉膠即可，處理難度低。對于寬度較大的裂縫，為了避免修復不當造成的二次開裂，甚至加劇裂縫影響，需要謹慎保守處理，其首選主要材料為環氧樹脂漿，對裂縫采取灌漿技術，并嚴格進行后續養護，養護結束要進行多次復檢，確保其與其他混凝土無差異后結束修復工作。并且要對裂縫處進行長期監測。②結構性裂縫。相對非結構性裂縫而言，結構性裂縫裂危害性強且不易修復，隨著裂縫的擴展會對整體架構產生結構性破壞，埋下極大的安全隱患，必須盡早地對其進行處理。常見處理方法為粘貼加固，主流材料仍為環氧樹脂，但要注意對其進行壓漿處理。

3.3.2 材料選擇。好的修復方案對于修復裂縫延長T梁應用年限至關重要，但是選擇合適修復材料的重要性也是毋庸置疑的，主要在于以下幾個維度。首先，良好的流動性是其能夠滲透到裂縫中發揮其修復作用的前提和保障；其次，材料強度要略高于混凝土強度，以免二次開裂；再次，在保障黏性的同時，要選取不具備收縮性的材料；最后，要適應外部復雜溫差[3]。

4 結束語

綜上所述，我國目前交通路線的架構正隨著經濟的快速發展而飛速前進，為了使交通布局更加合理，便于居民生活，橋梁架構勢在必行。預應力混凝土T梁結構是目前我國在橋梁建設中普遍采取的方案，但是，隨之而來的T梁裂縫極大地桎梏了橋梁的安全質量。本文從T梁建設中所涉及的材料質量層面、溫濕度應力層面、施工涉及方案層面和施工實操層面入手，分析了裂縫的常見成因，并提出了一些避免裂縫的舉措和修復方案。