浅析后张法预应力混凝土T梁裂缝控制技术

周 强

(中铁二十局集团第四工程有限公司)

1 概 况

中铁二十局集团有限公司承建的非洲本格拉铁路全长1 344 km，新建卡通贝拉大桥位于既有铁路桥下游，横跨卡通贝拉河，设计为双线6～32 m 预应力混凝土T 梁桥，左线为本格拉铁路，右线为机场线，全桥共计16 片直线梁、8 片曲线梁，预制梁场设置在桥头卡通贝拉车站旁空地处，T 梁采用《房桥施－2059 图》预制。

北京房山2059 号铁路简支T 梁计算跨度32 m，梁全长32.6 m，梁高2.5 m，跨中断面腹板厚度160 mm，下翼缘底宽880 mm。采用φ50 橡胶抽拔管成孔，直线梁设20 根管道，曲线梁设23 根管道。本梁设计采用C50混凝土，为预应力后张梁。该梁既长又窄，纵向普通钢筋配置很少，下翼缘均为构造配筋，纵向钢筋最大为二级Ф10 mm 钢筋，水泥用量多，对其覆盖洒水养护，在张拉前很容易出现裂缝。

在第一片试验梁施工中，混凝土配比采用1∶1.176∶2.284∶0.34∶0.016(水泥∶沙∶碎石∶水∶高效减水剂)，开盘时间选择在下午16∶00 开始浇筑，4 h 混凝土浇筑完毕。初凝后采用覆盖洒水养护。浇筑后第三天预制梁拆模，在梁的1/2 和1/4 处由下翼缘开始出现两道竖向裂缝，在1/2 处裂缝长度1.3 m，在1/4 处裂缝长度0.9 m，宽度约0.05 mm。

针对预制T 梁的开裂，通过对施工工艺分析总结，在以后的预制T 梁施工中，主要对混凝土配合比的外加剂掺量做了调整，将外加剂用量由1.6%调整到1.2%;其次是混凝土浇筑时间选择在下午18 点开始;考虑到局部温差可能产生的裂缝，外加剂增加了缓凝成分，减缓了混凝土的水化反应，在混凝土终凝后开始覆盖麻袋片洒水养护，养护时间不小于14 d。后面施工的预制T 梁均再未出现裂缝。

2 裂缝产生的原因及预防措施

由于混凝土属于脆性不均质体，其抗拉强度仅为抗压强度的1/10～1/20，抵抗拉应力的能力很低，当梁体变化产生拉应力(或拉伸应变)大于其混凝土抗拉强度(或极限拉伸值)就会发生裂缝。预制T 梁裂缝主要有三种成因:(1)温度裂缝;(2)收缩裂缝;(3)外力裂缝。

2.1 温度裂缝

浇筑混凝土过程及以后的养护环境中，昼夜温差比较大，实测温差大于10 度，由于混凝土线膨胀系数为1.0 ×10－5，按照10 度温差计算混凝土伸缩值为3.26 mm，每端的伸缩值为1.63 mm。对由于温差引起的应变，道碴槽上部为自由活动，其外界主要对其有直接影响的是预制梁的台座约束下翼缘收缩，如果台面与混凝土摩擦系数小，则对梁热胀冷缩的约束就小;其预制梁的内因主要是温度应力钢筋的配置，通过在预制梁底部配置温度应力筋防止混凝土冷缩开裂。

本类型预制梁在台座施工中台面安装钢板，并刷优质6∶4的柴机油隔离剂，梁端台座预留孔孔径达到预留螺杆的10 倍，并灌注黄油防止混凝土浆流入台座预留孔约束支座预埋钢板上外伸螺杆在热胀冷缩时自由活动。选择在夜间进行混凝土浇筑，在第二天气温下降时，混凝土强度增长一部分，起到一部分抗拉作用。该梁梁肋部分为全预应力混凝土结构，配筋均按照构造要求配置，可以通过按照混凝土强度增长情况，对预应力束分次张拉，一般情况是在混凝土水化反应中，通过对混凝土洒水降温以减小温度线膨胀，其次是张拉控制，这里的预应力梁混凝土水化反应在预制混凝土浇筑完成后18 h 后，水化热下降，如果环境温度同时也下降，预制梁就会出现冷缩现象，在这时张拉很是关键，通过张拉施加外力使混凝土回缩。

2.2 收缩裂缝

混凝土施工中收缩裂缝主要通过原材料控制和施工控制。

(1)原材料控制

混凝土原材料控制主要包括:确定水泥强度等级，水泥强度等级的确定原则是要与混凝土的设计强度等级相适应，配置高强度等级的混凝土时水泥强度等级取混凝土设计强度的0.9～1.5 倍。由于安哥拉资源较为紧缺，缺少粉煤灰等矿物掺合料，为降低水胶比，保证混凝土强度确定采用P.O 52.5水泥;对进场的砂石材料进行筛洗，控制砂石料的含泥量在标准范围内，对砂石材料进行碱活性试验，碱活性超过标准值时，需采取抑制碱骨料反应的技术措施(经检测，砂石料碱活性符合标准要求，不需要采取抑制碱骨料反应的技术措施);减水剂选择对水泥适应性强、掺量小、减水率高的铁园牌TY－5A 高效减水剂，严格控制进场检验。

现场第一片预制梁施工过程中，试验室根据梁的施工情况，为保证较高的混凝土强度，将减水剂掺量提高到1.6%，而铁园牌的TY－5A 减水剂推荐掺量为0.3%～1.5%，据该减水剂实验资料证明，减水剂掺量增加，减水率增大，混凝土易出现离析，虽然同坍落度降低了水灰比，增加了混凝土强度，但是混凝土收缩增大，混凝土易产生收缩裂缝。将减水剂使用掺量控制到1.2%，提高了水灰比，混凝土的强度满足设计要求，和易性满足施工要求，在以后的预制梁施工中均没有出现裂缝。

(2)施工控制

混凝土施工中主要包括优化配合比，在保证和易性及混凝土强度下减小混凝土的水灰比，降低砂率，减小水泥用量;加强浇筑混凝土振捣，控制混凝土灌注方法，采用斜向水平分层浇筑方法，始终由一段开始向另一端浇筑，以防止出现漏捣或者分层过厚出现。加强混凝土养护，防止局部温差产生不均匀收缩，减缓水泥水化反应，严格控制混凝土在拌制过程中用料的偏差及搅拌时间，选择混凝土入模温度，尽量在一天中气温比较低的时候浇筑混凝土。

2.3 外力裂缝

(1)张拉时间控制一般通过混凝土强度而定，一般在没有设计要求的情况下，规范规定混凝土达到75%就可以对预应力进行全部张拉，而本梁在对混凝土强度达到60%时即张拉且张拉到设计预应力的50%。在本梁施工中为更有效的控制竖向裂缝的产生，在混凝土浇筑后的第二天就对N1 号束进行张拉，然后根据混凝土强度的增长，逐根张拉，因为每束施加预应力吨位小，N1 号束施加的张拉压应力没有对梁产生纵向水平裂缝，高标号的预应力混凝土强度增长比较快，对预制梁施加压应力能比较好的控制竖向裂缝的产生。

(2)一般规范规定，混凝土强度达到2.5 MPa 就可以对侧模进行拆除，预应力混凝土强度增长比较快，环境温度在18～25 ℃时，一般在混凝土浇筑后的次日就对模板进行拆除。这里拆除每块模板的面积比较小，每块模板总面积约13 m2，模板和混凝土的切向粘着力和法向粘着力均不会对预制梁有较大的影响。

(3)外部施工环境中产生的应力主要包括附近既有线火车经过时产生的振动和施工中铁路路基碾压时产生的振动，两处距离预制梁台座大约100 m，施工中通过对第一片T梁及以后施工T 梁的观测，外部应力产生的振幅比较小，没有对预制T 梁产生任何影响。

(4)本梁场设置五道制梁台座，台座基础梁端处混凝土厚度为150 cm，其余厚度为30 cm，预制梁混凝土浇筑前后观测没有发现台座有变形和沉降，其地基承载力及压缩模量均能满足预制梁施工要求。

3 结束语

后张法预应力混凝土T 梁产生裂缝很常见，但通过采取一些预防措施可以防止裂缝的发生。通过预制T 梁施工的实践证明，对原材料的控制尤其是减水剂类型、掺量的选用，混凝土入模温度的选择，混凝土的前期养护，充分保持潮湿，尽早对预制T 梁进行张拉，防止混凝土在冷缩出现收缩裂缝，对预制T 梁的裂缝控制是成功的。预制T 梁裂缝的有效控制，对结构物的耐久性和使用功能以及结构物的美观都是必要的。