某渡槽預應力T字型混凝土梁裂縫檢測與原因分析

孔楠楠（安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 引 言

某新建渡槽共11跨，標準跨30.0m，渡槽下部多縱梁由5根預應力T字型混凝土梁組成，縱梁高2.5m，間距2.1m，上部槽身凈寬9.0m，高3.6m，槽身底板厚0.25m，側墻底部厚0.4m，頂部厚0.25m。圖1為預應力T字型混凝土梁截面尺寸示意圖。

圖1 預應力T字型混凝土梁截面尺寸示意圖

由于在工程施工過程中發現部分預應力T字型混凝土梁表面有豎向裂縫出現。現對裂縫開展情況進行檢測和原因分析，并根據檢測和分析結果提出裂縫處理的意見和建議。

2 裂縫深度檢測

2.1 測試過程結果

通過現場情況調查發現，裂縫均出現在預應力梁腹板部位，多數雙面對稱裂縫，局部為單面裂縫。采用裂縫寬度檢測儀對裂縫寬度進行量測，發現裂縫普遍較窄，最大縫寬約0.05mm～0.10mm。現場采用非金屬超聲波探測儀對部分典型裂縫進行檢測，并將張拉前的檢測結果與張拉后的檢測結果進行比對，分析張拉對超聲法檢測混凝土裂縫深度檢測結果的影響。

圖2 超聲法（雙面斜側）檢測裂縫深度測線布置示意圖

圖2為本工程采用雙面斜側法檢測混凝土裂縫深度時的測線布置圖，共計17條，自左向右依次為測線1、測線2、……、測線17，其中測線1～測線3、測線15～測線17為非跨縫測線，測線5～測線13為跨縫測線。

根據表1中超聲法檢測聲學參數統計結果可知：

1）43#梁對稱裂縫在張拉前跨縫聲速、波幅值均出現突變，跨縫聲速、均值明顯小于非跨縫聲速均值，裂縫為貫通裂縫；該梁張拉后，跨縫聲學參數值與非跨縫的聲學參數值較為接近，說明張拉后裂縫已趨于閉合狀態，裂縫對超聲波在混凝土內的傳輸未產生影響。

表1 典型梁裂縫檢測結果統計

2）對已經張拉過的35#梁對稱裂縫進行檢測，檢測結果同張拉后的43#梁相同。

3）張拉過后的9#梁表面出現單面裂縫，經測試，跨縫聲學參數值與非跨縫的聲學參數值較為接近，裂縫為表面淺層裂縫（縫深小于30mm）。

圖3 43#梁張拉前典型跨縫波形

圖4 43#梁張拉后典型跨縫波形

圖3和圖4為43#梁張拉前后的跨縫波圖，將二者進行比對可以看出，在儀器增益值不變的情況下，張拉前的波形較張拉后有明顯衰減，聲波傳輸速度有顯著降低，證明改點有明顯裂縫；圖3顯示的波形穩定、無衰減，證明該點裂縫已呈現閉合狀態。

為驗證超聲法測試結果，現場還對張拉前的43#梁和張拉后35#梁的裂縫測試部位鉆取了芯樣，圖5和圖6為芯樣照片。其中43#梁張拉前鉆取的芯樣自然斷裂，裂縫貫通；35#梁對稱裂縫張拉后鉆取的芯樣呈基本閉合狀態，局部裂縫較明顯，但芯樣尚未裂開。通過鉆取了一定數量的芯樣，進一步驗證了測試結果的可靠性。

圖5 張拉前的43#梁裂縫照片

圖6 張拉后的35#梁裂縫照片

2.2 測試結果分析

1）當非金屬超聲波檢測儀發射器和接收換能器的測線聲波通過裂縫位置時，由于裂縫的存在破壞了混凝土內部的連續性，聲能在裂縫位置處產生較大衰減，聲能穿過裂縫傳播到接收換能器端的首波信號微弱，其波幅或主頻與等測距的非跨縫混凝土比較，存在明顯差異，據此可以判斷裂縫深度及其是否貫通。

2）本次檢測對象為預應力（后張法）混凝土梁，當已產生裂縫的混凝土結構構件經張拉后，裂縫趨于閉合，近似于無縫混凝土，聲能在傳過裂縫到接收換能端時，未發生衰減，單獨靠聲學參數判斷時，本存在貫穿裂縫的構件會被判定完好構件，易產生誤判。

3）測試結果表明，在進行已張拉過后的預應力混凝土構件的裂縫深度檢測時，不宜采用單一的超聲法測試，可結合其他輔助手段對構件裂縫開展深度綜合判斷。

3 裂縫產生原因分析

經分析，導致預應力T字型混凝土梁的裂縫主要有以下幾點：

1）因本次梁構件施工采用的是商品混凝土，且采用泵送澆筑，其塌落度較大，硬化過程中產生的收縮較坍落度小的混凝土相比明顯偏大，不同次開倉澆筑的混凝土，其塌落度存在差別，這也是導致有的梁有裂縫、有的梁沒有裂縫的原因之一。

圖7 工程所在地區11月份氣溫走勢圖

2）環境溫度變化較大

統計梁澆筑時段氣溫變化發現，日最高氣溫和最低氣溫一般溫差在10℃以上，晝夜溫差變化較大，易導致混凝土裂縫的出現。通過查閱施工日志發現，裂縫較多且明顯的梁澆筑日期集中在夜間澆筑，此時段晝夜溫差較大（11月28日～12月6日），從而判斷裂縫的形成是早期混凝土溫度應力引起的。圖7和圖8是該地區11月份和12月份氣溫走勢圖。

圖8 工程所在地區12月份氣溫走勢圖

3）由于工期較緊，工程部分施工步驟安排不合理，導致趕工期過程中預制梁拆模過早，也是導致梁產生裂縫的主要原因。

4）調查發現施工現場未實施可靠的保溫措施。由于是混凝土設計強度等級較高（C50），在混凝土硬化過程中，早期會產生大量的水化熱，，在混凝土硬化過程中，雖有兩布一膜的的土工布覆蓋保溫，仍有可能造成T梁表面與內部溫差過大，產生溫度應力，進而導致裂縫的出現。

綜上所述，導致裂縫產生的主要原因是施工季節溫度過低、保溫效果欠佳，造成混凝土內外溫差過大，混凝土自身產生溫度應力，進而導致裂縫的出現。

4 裂縫處理措施建議

目前施工場地內50片預應力梁均已張拉完成，根據裂縫開展情況檢測結果可知，張拉過后的裂縫均已閉合，無法對其近期充填補強灌漿，且裂縫尚不影響該梁的主要受力元素是預應力鋼絞線發揮作用。在預應力梁吊裝就位并達到運行荷載時，裂縫在荷載的作用下，預應力對混凝土的預加壓力會有一定的釋放，裂縫寬度會增大，此時采用對混凝土有一定滲透作用的水泥基滲透結晶型防水涂料（賽柏斯）進行涂刷。該防水涂料對混凝土表面進行涂刷后，可向混凝土的內部進行滲透，在混凝土內部形成不容于水的結晶體，堵塞毛細孔道，從而使混凝土密實，防水。賽柏斯處理過的混凝土多年后遇水，材料中的活性物質還能重新激活，混凝土中未完全水化的成分再產生結晶，對裂縫進行封閉。其優點是，不易老化，膨脹系數與混凝土極其接近，防水年限基本與結構的壽命相同，并且增強混凝土的耐久性，延緩混凝土的碳化過程，對混凝土內部鋼筋進行有效防護。

在對預應力梁處理的同時，還應通過靜載試驗的方式驗證預制梁承載能力，并在后期運行過程中加強觀測，發現問題及時處理。

5 結 語

1）預應力梁內裂縫在經張拉過后，裂縫趨于閉合，采用超聲法檢測其裂縫深度具有一定的局限性，無法對裂縫深度進行有效測試。針對這種情況下的裂縫深度測試，業界尚無規范或成熟經驗可以借鑒，可輔助以其它方式對裂縫深度進行綜合判斷。

2）混凝土硬化過程中會產生大量的水化熱，因此在施工澆筑的過程中應合理安排施工工序，加強對澆筑后的混凝土結構構件的養護，最大程度避免裂縫的產生。

3）在對出現裂縫的梁進行處理時，可采用水泥基滲透結晶型防水涂料（賽柏斯）對構件進行涂刷，增強混凝土結構構件的耐久性。

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