U型梁裂缝分析和防控

王安琪

中国中铁一局集团桥梁工程有限公司 陕西 渭南 714000

1、引言

U型梁在城市轨道交通领域是世界公认的一种取代传统箱梁的新技术，它具有噪音低、视觉效果好、梁体建筑高度低、断面利用率高的特点[1]，尤其是节能环保、外形美观、系统先进等特点使其将成为轨道交通高架桥系统的主要结构形式[2]。

目前U型梁在韩国、迪拜、印度等国已应用于轨道交通领域[3]，我国在U型梁的研究应用处于起步阶段，对U型梁的施工工艺、质量控制多借鉴于传统梁型[4]。开口式梁体结构具有其自身特点，特别是腹板薄、钢筋密、预应力复杂，施工中易产生裂缝，为此对U型梁的裂缝防控研究非常必要和迫切。

2、工程实例

巴基斯坦木尔坦公交专线（METRO BUS TRANSPORT SYSTEM FOR MULTAN）项目位于木尔坦市，起点FISH MARKET，终点CHUNGI NO.14，设计为双向2车道，梁为27m跨径U型梁，梁腹板厚18cm，砼强度D2，拟建区夏季气温达50℃左右。通过梁体裂缝分析研究，保证了U型梁质量满足《美国国家公路与运输协会标准AASHTO》、《美国砼学会标准ACI》、《美国材料试验学会标准ASTM》、《巴基斯坦一般规范(GS)》的规定，为后续同类施工积累了经验。

3、U型梁的裂缝分析

3.1、腹板薄且高度方向为内倾角不利于振捣密实和气泡排出，砼不密实造成砼开裂。

3.2、砼水化热对梁体砼影响较大，由于水泥量大、入模温度高引起砼裂缝，特别是气温达50℃左右，梁体砼表面出现网状裂缝。

3.3、腹板预应力钢束为空间的平弯和竖弯，对腹板有向外侧的张力，张力局部突然增大，造成腹板开裂。

3.4、梁端较薄且锚具后钢筋密集，砼不易密实，预应力施加后梁端砼开裂。

4、U型梁裂缝防控研究

4.1、梁体砼密实性及气泡控制

4.1.1 针对腹板砼不易密实、表面易出现裂缝的问题，在砼浇注过程中采用二次振捣技术，当砼每层浇注后坍落度接近消失时开始振捣，在砼表面泛浆时停止振捣。通过多次试验和量测在气温50℃左右，在首次振捣后40min后进行二次振捣，可消除梁体表面裂缝，检测发现砼强度可提高约12%。

4.1.2 砼表面气泡控制

针对腹板砼气泡不易排出的问题， 通过保证模板表面的光滑度、选择对汽包吸附力小的树脂型脱模剂、严控骨料中的片状物含量和砼的振捣时间来控制。经反复验证，光滑的模板表面、均匀的树脂脱模剂、约26秒的振捣时间，有效减少了砼表面气泡。

4.2、梁体砼水化热控制

4.2.1 针对砼水泥用量达525kg/m3，在气温50℃浇注时，砼很容易出现裂缝的问题，为降低水化热产生的影响，主要从骨料、水及砼的养生三方面进行了优化。

4.2.2 经试验比选求得了较密实、表面积较小的骨料级配。避免了砼在可塑期因坍陷造成的裂缝。

4.2.3 原材材、拌合用水温度达44℃，经热比计算和加冰试验，将拌和水温度降至2.5℃时，砼出站温度约为31.1℃，运至500m处浇注，经过对入模砼测温，平均为31.9℃,满足《ACI》32.2℃以下的要求，有效预防了梁体网状裂缝的出现。

4.2.4 砼浇注后14小时拆除侧模，用塑料布包裹，并在梁内腔储水。在7天内始终保持砼表面湿润，经过对比发现，表面蒸发失水造成的裂缝已消除。

4.3、预应力施加控制

4.3.1 针对钢束一次性张拉至控制力变形大，引起腹板开裂的问题，对各钢束预应力采取分级施加。在预应力施加前将腹板内外侧的模板拆除，避免对梁体变形造成不利影响。

4.3.2 预应力施加在砼强度达到设计值 100%后进行。张拉顺序（梁顶至梁底方向N1 N2 N3）： 30%控制力N1→30%控制力N2→30%控制力N3→60%控制力N1→60%控制力N2→60%控制力N3→100%N1控制力→100%N2控制力→100%N3控制力。

4.3.3 预应力施加过程中梁长方向同步施加力，梁宽度方向对称施加力。预应力施加的控制采用拉力与伸长值双重控制，加力过程中各钢束两端的伸长值保持基本一致。在预应力施加作业完毕，经对比腹板未出现裂缝，通过（UET）的检测，预应力损失平均为0.42%，梁体密实完整，符合规范要求。

4.4、对于梁端锚具后方的钢筋密集，砼不易振捣密实，预应力施加后出现裂缝的问题，通过计算减少2层钢筋网，去掉铸铁垫板，更换钢垫板（厚50mm），有效避免了梁端砼开裂现象。

5、结语

本课题通过分析巴基斯坦公交专线U型梁出现的裂缝 ，研究出一套防控措施并经实践验证，得出以下结论：

5.1 U型梁砼在气温约50℃浇注后40min进行二次振捣可提高砼强度约12%，避免砼裂缝；在光滑的模板表面涂均匀的树脂类脱模剂，使用级配密实的骨料有利于砼中气泡排出，保证砼表面质量。

5.2 水泥用量大、气温高时采用拌合水加冰、梁内储水和表面积较小的骨料可防止梁体网状裂缝；

5.3 分级预应力施加可防止预应力施加产生的腹板外侧张力导致的腹板开裂。

5.4 梁端钢筋密不易密实，可通过调整钢筋网片层数和工作锚垫板来保证砼振捣密实，以防砼开裂。