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1、浅析预应力混凝土简支 T 梁裂缝成因及预防措施(作者：陈中杰 来源：中铁十一局三公司乌拉特前旗制梁场 时间：2010 年 12 月 10 日)摘 要：本文结合场内预制 T 梁实际施工经验，针对预应力混凝土简支 T 梁预制过程中常见的一些裂缝形式，重点从裂缝产生各部位中剖析其成因，并探讨实际施工中具体的预防措施。关键词： 混凝土 裂缝 成因 预防措施目前，我国的铁路及公路建设得到迅猛发展，行业标准越来越高，施工难度相继增大，以场制桥梁为例，设计使用寿命 100 年，时速 120-350Km/h 不等，而混凝土受当地气候环境、设施、技术水平等影响，难免会出现这样或那样的裂缝。有些裂缝在承受活载或外
2、界因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋锈蚀，严重影响梁体的强度、刚度及使用寿命。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免出现危害较大的裂缝，本文尽可能对混凝土桥梁裂缝产生的原因和部位作较全面的分析、总结，以方便施工找出控制裂缝的可行办法，达到防范于未然的作用。梁体裂缝总体分为受力裂缝、非受力裂缝及表面龟裂，下面就该三种裂缝常出现部位、成因及预防措施进行简单阐述。一、受力裂缝受力裂缝一般出现在梁体终张拉后或承受活载作用下，部分梁场由于存梁台座承载力设计达不到存梁要求，梁体受自重影响造成不均匀沉降而产生裂缝亦为受力裂缝，受力裂缝在混凝土徐变及承受活载作用下会不断扩展
3、，其危害性比较强。1 梁端腹板变截面处纵向裂缝该种裂缝在 T 梁中较为常见，多出现于终张拉之后，特别是曲线梁较为突出，随着时间推移，混凝土徐变及受张拉影响梁体回缩，该裂缝会出现扩展现象。1.1 成因分析1.1.1 该部位受端模锚盒影响，钢筋设计布置不当，造成此处浇筑成型后混凝土基本处于“无筋”状态，较易开裂。1.1.2 该部位上下截面受临近孔道（N2 及 N3）张拉影响，受力面积悬殊较大，造成混凝土回缩量不一致，从而产生裂缝。1.2 预防措施1.2.1 准确控制张拉力。张拉时必须严格掌握操作规程，对张拉油泵、油压表、千斤顶及时检查标定，张拉过程中送油速度宜慢不宜快，单个孔道张拉完成后及时以伸长
4、值作校核，保证持荷时间，确保回油锚固力与计算值相符。1.2.2 钢筋绑扎完成后，在变截面处加设一层钢筋网片并绑扎牢固以增强该部位混凝土抗裂性。2 下翼缘与梁底交界处竖向裂缝该种裂缝多发生在梁体初张前后或移出制梁台座后，该种裂缝在静载试验中易作为判定梁体合格与否的关键。2.1 成因分析2.1.1 梁体在浇筑完成后，早期养护不及时，混凝土强度未到设计值进行初张或初张后混凝土强度上升慢，移出台座后受自身重力影响开裂。2.1.2 初张拉时张拉力不足或张拉回油锚固力达不到计算值要求，梁体张拉力不足以抵消自重产生开裂。2.1.3 梁体在温度未达到“2 个 15”前进行拆模。因底板较厚，混凝土凝结期间产生水
5、化热，内部温度较高，下翼缘外侧接触空气的部分偏低，从而产生温度裂缝，移出台座后受自身重力影响导致裂缝扩展。2.2 预防措施2.2.1 梁体浇筑完成后及时进行养护，确保早期强度上升，若梁场需加快制梁台座周转或遇冬季施工可考虑蒸汽养护，蒸汽养护需按相关规定执行。2.2.2 初张拉力可适当加大，建议控制在终张拉控制应力的 15%，张拉持荷完成后，及时检查回油锚固力，确保回油锚固力至计算值（回油锚固力为该孔道最终张拉力值）。2.2.3 梁体拆模时确保环境与表层以及表层与芯部温差不超过 15。3 梁端侧面竖向裂缝（支座板处）该种裂缝多出现于初张拉之后，支座板处梁体两侧沿梁底至梁面方向产生竖向裂缝。该种裂
6、缝短期不会影响梁体质量，若长期不处理，会造成内部结构钢筋锈蚀，混凝土碳化、保护层剥落，严重影响梁体耐久性。3.1 成因分析3.1.1 初张拉时，梁体受力会产生压缩起拱变形，梁底回缩时，支座板与底模钢板、梁底混凝土与底模钢板间摩擦力不一致，从而造成支座板处沿梁底竖向开裂。3.1.2 初张拉后，梁体产生一定弹性上拱，而制梁台座呈二次抛物线布置，此时梁体受力处于梁端处，若不及时将梁体移出存放，梁端会由梁体自重而产生开裂。3.2 预防措施3.2.1 支座板安装后，应于支座板与底模两侧及前端空隙处涂抹润滑剂来减少后期初张时的摩擦力。3.2.2 梁体初张后应及时将梁体移出存放。4 沿预应力管道纵向裂缝该种
7、裂缝多出现于梁端第一、二节间的下缘侧面及梁底，有些亦出现在腹板与下翼缘交界处，此种裂缝一般处于预应力管道部位，走向与预应力管道也一致，特别是梁底出现此种裂缝的长度及宽度会影响静载试验效果。4.1 成因分析4.1.1 梁体下翼缘较宽腹板较薄、钢筋布置很密导致梁体下翼缘及梁底混凝土较难振捣密实，该种部位混凝土抗裂性能差。4.1.2 张拉力过大，梁体受高压在下翼缘或梁体混凝土较易产生纵向裂纹。4.1.3 钢筋保护层垫块布置偏少，梁体浇筑过程中，钢筋受混凝土横向挤压向外侧偏移导致保护层过薄，梁体张拉时受到过高的纵向压力而沿预应力管道或主筋方向产生裂缝。4.1.4 混凝土配合比中，过多的水泥用量导致混凝
8、土水化热较高，该种热量过多的囤积在预应力孔道内得不到释放，导致梁底或腹板与下翼缘交界处沿预应力孔道方向开裂。4.1.5 混凝土坍落度过大，离析，粗骨料少，强度不高。4.2 预防措施4.2.1 合理掌握混凝土浇筑工艺以及分配好附着式振动器部位及振动时间，保证梁体下翼缘及梁体梁端混凝土浇筑密实。4.2.2 控制住张拉前后的两个“三控”，精确控制张拉回油锚固力。4.2.3 定位网片位置固定牢固，尺寸控制精确，确保孔道不偏向于梁体两侧。钢筋保护层垫块需呈梅花状布置，且每平米不得少于 4 个，若施工中发现个别部位保护层偏薄可加设垫块。4.2.4 梁体浇筑采用合理的施工配合比，适当降低水灰比，浇筑完成后可
9、适当提前拆除端模以帮助混凝土散热。5 下翼缘至腹板斜向裂缝该种裂缝多出现于距梁端 4-8m，自下翼缘开裂延伸至腹板，呈斜向布置。5.1 成因分析由于制/存梁台座地基处理不良，或台座强度及承载力不符合要求，存梁后出现不均匀沉降，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致梁体出现不同程度的变形，导致梁体开裂，该种裂缝对梁体危害较大，严重的可能引起梁体断裂。5.2 预防措施梁体存放场地选用应避开膨胀性土区域，其地基承载力应通过检算并经测试合格后方可施工。梁体存放后，应坚持进行沉降观测，直至稳定后方可停止观测，若发现出现不均匀沉降现象，应针对沉降量于梁底加设垫块继续测量或对台座打斜桩进行加固
10、处理等。二、非受力裂缝非受力裂缝在梁体中较为常见，其产生原因繁杂，一般由温差、混凝土收缩、钢筋锈蚀及冻胀等方面引起，下面就其产生的一些主要部位及成因进行简单分析。1 桥面裂缝该种裂缝在桥面分布较广，多为表面裂缝，呈纵横交错，有些裂缝甚至贯穿整个桥面。1.1 成因分析1.1.1 混凝土塑性收缩。混凝土浇筑后 4-5 小时左右，此时水泥水化反应激烈，出现泌水以及水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。1.1.2 混凝土干缩。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为干
11、缩。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，便产生收缩裂缝。1.1.3 桥面二次收面不及时或收面时洒水。由于桥面外露面积大，混凝土塑性收缩比较大，而二次收面主要是起在混凝土初凝前提浆弥补表面缺陷以及早期裂缝填平等作用，故此道工序显得尤为重要。因混凝土自身吸水已趋于饱和状态，若收面时人为洒水，致使多余的水呈游离状态，较易产生干缩裂缝。1.2 预防措施1.2.1 为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，混凝土振捣要密实。1.2.2 梁体浇注完成后应对桥面及时进行覆盖，防止表层水分过快损失，遇夏季施工时，覆盖后可进行洒水处理。1.2.3
12、混凝土初凝前对桥面及时进行二次收面。2 挡碴墙裂缝该种裂缝多为竖向裂缝，一般处于挡碴墙面或外侧面，宽细不等，有些会延伸至上翼缘板。2.1 成因分析桥面两侧受梁体腹板中心张拉影响而受力不均，导致桥面外侧（挡碴墙）受到较大应力，故在挡碴墙处设置断缝若干，往往断缝模具无法固定或固定不牢固，在混凝土振捣过程中模具移位，起不到伸缩缝的效果致使挡碴墙受张拉影响产生裂缝，也有部分由于挡碴墙混凝土振捣不密实产生裂缝。2.2 预防措施适当加大断缝厚度，并于挡碴墙模板加设卡具（建议焊钢筋条）以固定断缝模具，挡碴墙混凝土振捣过程中，不要人为采用振捣棒触碰断缝磨具。3 封端混凝土表面裂缝封端部位混凝土产生裂缝多为混凝
13、土干缩裂缝，一般表现为表面龟裂。3.1 成因分析封端部位混凝土本身具备微膨胀性，亦可补偿混凝土收缩变形，但该部位混凝土用量少，较难振捣密实，完成后不易养护，且大面积于空中暴露，水分散失快，比较容易出现干缩裂缝。3.2 预防措施封端混凝土用干硬性混凝土施工，坍落度控制在 40mm 左右，封端完毕后及时喷涂养护剂或采用塑料纸薄膜进行覆盖保湿。 4 钢筋锈蚀引起的裂缝钢筋锈蚀引起的裂缝较易分辨，该裂缝一般出现于梁底及上翼缘板，混凝土裂缝周围存在暗黄色锈斑，时间越长，该种裂缝越明显。4.1 成因分析若钢筋发生锈蚀，其锈蚀产物的体积一般比原来大 2 倍以上，致使钢筋周围混凝土受到挤压，若钢筋锈蚀严重，钢
14、筋保护层过薄可直接可导致混凝土保护层开裂，混凝土开裂后会加速钢筋的锈蚀，从而产生一个恶性循环，严重破坏混凝土结构，影响其耐久性。4.2 预防措施加强钢筋的防锈处理，产生锈蚀的钢筋需进行除锈处理后方可进行绑扎工序，施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制混凝土中的氯离子含量。钢筋绑扎完成后检查保护层垫块数量及布置是否合理，防止混凝土浇筑过程中产生横向应力致使钢筋侵入保护层。5 冻胀引起的裂缝冻胀引起的裂缝多出现于压浆冬季施工中，该裂缝多出现于腹板及下翼缘，走向与预应力管道一致。5.1 成因分析场内预制桥梁中，混凝土冬季施工较为完善，但后期压浆工序保温措
15、施往往比较困难，在浆体初凝前，若浆体受冻，其体积会发生膨胀挤压管道，混凝土受到巨大压力而产生开裂。5.2 预防措施冬季施工时尽量不安排压浆工序，若必要时需采取篷布覆盖煤炉取暖或其他方式进行保温，确保在压浆后三天梁体温度不得低于 5。三、表面龟裂表面龟裂是梁体常见且较难避免的一种裂缝，裂缝较细，无规律可循，分布于梁体各部位，多出现于桥面、梁端及修补后混凝土表面。1 成因分析1.1 混凝土早期养护不好，未及时覆盖，梁体外露面积较大部位受风吹日晒，混凝土干缩出现裂缝。1.2 混凝土中水灰比过大，则混凝土收缩性大。1.3 砂石料级配不好，空隙大，混凝土易收缩产生裂缝。1.4 混凝土表面受昼夜温差较大影
16、响或混凝土养护水温与梁体表面温差较大产生温度裂缝。2 预防措施2.1 梁体混凝土浇筑完后，桥面要作好二次收面并及时进行覆盖，跟上养护。2.2 梁体浇筑采用合理施工配合比，适当降低水灰比。2.3 合理选用中粗砂及级配碎石，混凝土振捣务必保证其密实性，严禁为方便施工人员操作而降低混凝土质量。2.4 混凝土初凝期间加强表面覆盖，合理掌握好梁体养护时机，特别是夏季要注意梁体保湿，不得在高温下对自身干燥的梁体进行洒水。四、结束语尽管桥梁裂缝成因复杂，但只要在相应部位认真总结分析，我们就能避免同样的裂缝出现在下一片梁上，加上严格控制各工序质量，我们就一定能制出合格的桥梁。本人制梁经验有限，对桥梁裂缝研究亦有限，欢迎提出指正与批评。
