普速鐵路后張法預應力混凝土T梁常見裂紋分析及防治淺析

羅萬武（中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070）

普速鐵路后張法預應力混凝土T梁常見裂紋分析及防治淺析

羅萬武（中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070）

近年以來，我國鐵路發展進入高潮，新建鐵路線路中橋梁占比越來越高。在設計200Km/h以下的普速鐵路中，后張法預應力混凝土T梁（以下簡稱T梁）得到了大量的應用。本文分析T梁生產預制過程中不同結構部位常見裂紋類型和產生機理，并對實際施工的的防治措施進行探討。

后張法預應力T梁；混凝土；裂紋；機理；防治

1 概 述

近十年以來，我國基礎建設迅猛發展，尤其是隨著“一帶一路”跨境建設方案提出以來，在鐵路建設走出國門的要求下，鐵路行業建設質量標準日趨嚴格，施工的難度越來越大。以現場預制T梁為例，在氣候環境、機械化程度、材料質量、技術管理水平等的影響下，各單位在施工過程中存在這樣那樣的質量通病，尤其是T梁梁體常出現的裂紋現象危害較大，不僅給施工單位造成較大的經濟損失，還給鐵路工程質量造成了潛在安全隱患。

T梁梁體常見的裂紋一般分非受力裂紋、受力裂紋兩種，下面就結合張唐鐵路、南龍鐵路等的施工經驗，以實際施工生產中不同結構部位容易產生的裂紋為例，對各類裂紋的產生機理、防治措施進行探討，希望能給預制T梁的施工提供一些借鑒參考。

2 非受力裂紋

非受力裂紋在T梁預制生產中也較為常見，一般由溫差、混凝土收縮、鋼筋銹蝕及壓漿凍脹等方面引起，下面結合在實際生產過程中遇到過的一些非受力裂紋案列進行簡要分析。

2.1 表面裂紋

T梁梁體表面裂紋在日常施工中最為常見，尤其是在北方干旱地區及高溫季節的施工中發生較為頻繁。一般存在于橋面頂面、梁端封端混凝土、橋面保護層及各類后修補的混凝土部位。裂紋形式有表面龜裂、井狀裂紋、延鋼筋方向裂紋等。

2.2 產生機理

1）混凝土澆筑完成后，橋面未及時覆蓋或灑水養生，橋面出現干縮裂紋。

2）在混凝土施工過程中，澆筑完成后最初的4至5小時內，水泥的水化反應最快，易形成水分子鏈，水分快速蒸發出現泌水現象，混凝土也因為失水而發生收縮，與此同時，混凝土骨料也會因自身重量而發生下沉，在下沉過程中因受到鋼筋阻擋，很容易造成沿鋼筋方向的裂紋[1]。

3）縮水收縮。在混凝土終凝以后，其表面水分會不斷蒸發，體積逐步縮小，在混凝土表面和內部失水速度不一致的情況下，其收縮程度也不一樣，當混凝土表面的抗拉強度超過一定限度時，就會出現收縮裂紋。

4）砂、碎石級配不佳，空隙率較大，混凝土易在凝結過程中產生收縮裂紋。

5）氣候環境影響，自然養生條件下晝夜溫差較大影響或在蒸汽養生條件下未按相關規定執行，造成混凝土內外溫差，產生溫度裂紋。

2.3 防治措施

2.3.1 加強混凝土養生

混凝土澆筑完后，橋面及時進行二次壓面作業，并覆蓋塑料薄膜、土工布等，并進行保濕養生。模型拆除后對梁體其他裸露表面按照規范要求進行養生。

2.3.2 優化施工配合比，采用低放熱、低收縮水泥同時控制混凝土拌合質量，防止因機械作業造成的配合比變化，影響混凝土水灰比。

2.3.3 砂石骨料

在選擇砂石骨料時要控制砂石的含泥量，這樣砂石與水泥的結合性較好，以增強混凝土的耐久性；砂石要具有良好的顆粒級配，應選用10-20mm和5-10mm的雙級配碎石。砂子應選擇中砂，砂子過細，會導致混凝土保水性較好，粘聚性較大，但是干縮大，容易在表面形成干縮裂紋；砂子過粗，會導致新攪拌的混凝土出現泌水現象，因此細度模數控制在2.6至3.0之間[2]。

2.3.4 振搗方式

混凝土采用側振+振搗棒作業的方式，控制振搗時間部位，保證混凝土密實度，確保混凝土質量。

2.3.5 季節施工

夏季施工盡量避開高溫時段作業，冬季施工中采取蒸汽養生時嚴格按照相關規定執行靜停、升溫、恒溫、降溫的過程。在環境溫度低于5℃的情況下，嚴禁直接向梁體進行灑水養生。

2.4 邊梁擋碴墻裂紋

擋碴墻裂紋一般為垂直裂紋，在擋碴墻面和外側出現較多，嚴重的會隨著裂紋方向延伸至頂板。

2.4.1 產生機理

T梁邊梁由于內外側寬度不一樣，而梁體張拉形心位于腹板中心線，因而導致邊梁內外側受張拉影響受力不一致，橋面擋碴墻一側受較大拉應力。為了減小外側拉應力對擋碴墻的影響，一般擋碴墻處設置寬度為20mm的斷縫，間隔1.5m-2m。在實際施工中，由于斷縫隔板固定效果不佳，施工過程中造成位置偏移，而影響其本身效果，產生裂紋。

2.4.2 防治措施

1）優化設計斷縫板磨具，使其易于牢固固定，在施工過程中不偏離設計位置。

2）斷縫板磨具內側設置為圓角，防止因應力集中，而造成延斷縫產生裂紋。

3）加強混凝土振搗工藝控制，保證擋碴墻混凝土密實度，控制拆模強度。

2.5 封端混凝土表面裂紋

錨穴封端混凝土一般為表面龜裂，由混凝土干縮產生。

2.5.1 產生機理

錨穴封端混凝土一般采用干硬性補償收縮混凝土，一般施工工藝為人工補填，并采用橡膠錘錘搗，難以捶搗密實。施工完成后養護難度較大，容易造成干縮裂紋。

2.5.2 防治措施

1）封端作業完成后，及時進行二次壓面，并采取覆蓋土工布+薄膜的方式進行保濕養護。

2）調整施工工藝，采取支模，并灌注與梁體同強度微膨脹混凝土進行封端作業，保證振搗密實度。施工完成后覆蓋土工布保濕養護至25MPa拆模，拆模后繼續養護至規范要求時間。

2.6 鋼筋銹蝕膨脹裂紋

鋼筋銹蝕膨脹產生的裂紋在預制初期難以發現，一般存在于長期存放成品梁或者交付使用后的梁體中發生較多。在T梁底板、上翼緣底部出現較多，裂紋周邊表現為暗黃色銹斑，隨著時間的推移，鋼筋銹蝕膨脹產生的裂紋會愈加明顯，危害較大。

2.6.1 產生機理

鋼筋發生氧化反應，表面形成三氧化二鐵，體積膨脹二倍以上。而混凝土本身抗拉強度較低，受到擠壓后發生漲裂。隨著時間推移鋼筋與空氣中水汽接觸后會加速梁體鋼筋的氧化反應，裂紋會逐漸擴大，形成惡性循環，對混凝土結構產生嚴重破壞，影響混凝土的耐久性。

2.6.2 防治措施

1）T梁場加強鋼筋的存放保護。應設置車間式通風、干燥的鋼筋加工場，用于鋼筋加工和原材料、半成品的存放，避免鋼筋在使用前發生氧化反應銹蝕。

2）嚴重銹蝕的鋼筋不得使用。表面銹蝕的鋼筋按照規定進行除銹后方可用于梁體綁扎，雨季施工中采取防護棚架等方式對成品鋼筋骨架進行保護。

3）采用符合要求的混凝土墊塊，并按規定數量和位置設置墊塊，保證保護層厚度，綁絲不得伸入到混凝土保護層以內。

4）加強混凝土振搗工藝，確保混凝土密實性。

5）控制混凝土材料中氯離子含量，總量不應超過總膠凝材料的0.06%[3]

2.7 凍脹裂紋

在北方、高寒地區冬季預應力管道壓漿施工中，易出現凍脹裂紋，裂紋延預應力管道布置位置發展。

2.7.1 產生機理

在0℃以下施工環境中，壓漿施工完成后，管道中的水泥漿還沒有凝固之前，如果管道芯部溫度在0℃以下，水泥漿中的水出現結冰現象，脹裂混凝土從而形成凍脹裂紋，裂紋寬度一般在0.1至0.3毫米之間[4]。

2.7.2 防治措施

通過熱工計算，確定攪拌用水溫度，以保證壓漿時漿體溫度在5℃～30℃之間，壓漿及壓漿后3d內，梁體及周圍環境溫度不得低于5℃，否則采取覆蓋棚布、電暖氣、蒸汽等方式保證溫度，以滿足要求。

3 受力裂紋

T梁梁體在終張拉后、活載作用及存放條件較差情況下產生的裂紋，稱為受力裂紋，梁體受力裂在梁體交付使用后的反復荷載作用下會發展變化，影響梁體的正常使用功能和耐久性，危害較大。

3.1 梁端腹板變截面處縱向裂紋

載T梁進行終張拉后，該部位經常出現縱向裂紋。在梁體徐變收縮過程中，該類型裂紋會可能隨著時間變化而沿著變截面處發展。

3.1.1 產生機理

1）梁端鋼筋密布，分布鋼筋、錨下加強鋼筋、螺旋筋交錯，在安裝端模過程中又容易對該部位鋼筋造成錯位，澆筑后容易造成錨下混凝土不密實，抗壓強度不足，在張拉應力作用下產生裂紋。

2）變截面部位上下受力面積變化較大，在預應力作用下混凝土回縮量會有所差別，從而在該部位造成裂紋。

3.1.2 防治措施

1）加強端部鋼筋綁扎質量，嚴格控制鋼筋加工尺寸，端模安裝后調整局部移位鋼筋。

2）保證端部混凝土灌注密實度，加強振搗。

3）嚴格按照規程進行終張拉作業。保證預應力作業的兩個“三控”，持荷時間不低于2分鐘，確保張拉應力滿足計算要求。

3.2 下翼緣豎向裂紋

底板裂紋易出現在T梁跨中4米段，一般在梁體終張拉前產生，容易延伸至底板。

3.2.1 產生機理

1）T梁澆筑完成后，因混凝土配合比原因或養護原因，造成初張拉時強度不足，在移運至存梁臺座后，因梁體自重原因導致底板受拉產生裂紋。

2）梁體張拉力不足導致底板受拉產生裂紋。

3）梁體模板拆除時溫度梯度過大，產生溫度裂紋，在終張拉前溫度裂紋在自重作用下發展，產生裂紋。

3.2.2 防治措施

1）控制梁體原材料、混凝土攪拌質量，保證梁體混凝土早期強度。

2）初張拉在混凝土強度達到33.5MPa后進行。不允許梁體未加預應力在生產臺座上放置時間過長，以免梁體混凝土收縮開裂。初張拉力可適當加大至終張拉控制應力的15%。

3）控制模板拆除時梁體溫度梯度，拆模時環境與表層以及表層與芯部溫差不超過15℃。

3.3 梁端側面豎向裂紋（支座板上方）

梁體初張拉之后，梁端側面距梁端5-10cm處支座板上方易產生由下而上的豎向淺表裂紋。由于該裂紋在預應力區以外，不會對梁體預應力及短時間正常使用造成破壞。但在長期空氣的氧化作用下會造成鋼筋銹蝕、梁端掉塊等現象，影響梁體耐久性。

3.3.1 產生機理

1）梁體在初張拉應力作用下產生彈性上拱，梁體底板發生延底模向跨中方向回縮，由于支座板與底模、底板混凝土與底模摩擦力的差異，造成該部位混凝土自下而上產生裂紋。

2）初張拉后，梁體未及時移出制梁臺位，長時間存放。梁體荷載集中在梁端造成該類型裂紋。

3.3.2 防治措施

1）在支座板兩側涂抹少量潤滑劑，以減少初張拉時混凝土與底模的摩擦力。

2）在梁端側面底部加強分布鋼筋，以增強該部位混凝土抗拉強度，減少裂紋的出現。

3）減少梁體初張拉后在制梁臺座的存放時間，及時移運。

3.4 下翼緣至腹板斜向裂紋

自梁端第二隔墻和第三隔墻之間產生自下翼緣開裂延伸至腹板，呈斜向布置。

3.4.1 產生機理

由于地基承載力不滿足設計要求，或者存梁臺座強度不夠，在存梁過程中，臺座發生不均勻沉降，致使梁體扭曲，產生內部附加應力，導致梁體在存梁支點內側產生斜向破壞裂紋，破壞梁體結構甚至斷裂。

3.4.2 防治措施

1）存梁臺座兩側地基處理方案、臺座設計方案必須經過驗算，使其滿足存梁的承載力要求。

2）存梁前選取有代表性的臺座進行堆載預壓試驗，驗證臺座方案，確保其沉降均勻或穩定。

3）存梁后對存梁臺座進行周期性沉降觀測，若發生不均勻沉降應及時對存梁臺座采取加固措施，并持續觀測，待其穩定后采用高強砂漿找平兩側存梁基礎。

4）存梁臺座和梁體之間采用厚度不低于4cm的橡膠柔性墊板，以消除臺座對梁體的影響。

4 結 語

后張法鐵路預應力T型梁裂紋種類繁多，出現的因素也各有不同，它與施工環境、材料質量、工藝水平等各方面均有關系。在張唐鐵路和南龍鐵路的預制T梁施工中，通過對上述各種因素的控制，取了較好的效果，實現預制T梁施工過程中的質量保證，對今后T梁的預制有一定借鑒意義。

[1]王周．土城特大橋關鍵工序的監理及控制[J]．交通建設與管理,2015(08):217-219．[2]余艷．公路工程關鍵工序的施工技術[J]．技術與市場,2013(07):166-166．

[3]預制后張法預應力混凝土鐵路簡支T梁技術條件TB/T3043-2005．

[4]沈霖源．后張法預應力混凝土橋梁施工技術應用研究[J]．價值工程,2016(25):71-72．

Analysis and prevention of common cracks in post-tensioned prestressed concrete T-girders of general speed railway

In recent years,China’s railway development climax,the new railway line bridge increasingly high proportion．In the design of 200Km/h based general speed railway,post-tensioned prestressed concrete T-girders (hereinafter referred to as T-girders)has been widely used．In this paper,the common crack types and mechanism of different structural parts in T-girders production are analyzed,and the preventive measures are discussed．

railway post-tensioned prestressed t-girders；concrete；crackle；mechanism；prevention and cure

445．57

B

1003-8965(2017)03-0105-03