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现场预制公路T型梁开裂分析、处理及预防
姚才昌 郭永平 刘慧琴 (中铁十二局一处)
〔提 要〕本文就后张法现场预制公路T型梁出现裂缝进行了实例描述，对引起开裂的原因进行了分析 ，提出了处理办法及预防措施。对指导施工具有积极意义。
〔关键词〕T型梁 开裂 处理 预防
1 引 言
近几年，公路工程随着国民经济增长的需要，建设数 量增多。建设速度加快。桥梁是公路工程中的重要结构物，桥梁梁体的制作是桥梁施工中的重要一环，由于受运输条件的限制，预制梁不能象铁路桥梁那样在良好的条件下实行工厂化生产，大都需要在施工现场进行预制或现浇，如何利用现场条件保证制梁质量，满足设计要求，这是施工中需要认真细致研究并慎重实施才能做到的事。
京张公路柳庄河大桥(K24+727)为13孔30m跨度正交钢筋混凝土预应力连续T梁桥，全长394.9m，需预制156片30m长T型梁，混凝土强度等级为C40，每片梁体混凝土数量为21.3m3，重为56.6t，预制梁体总量为3318.3m3，要求在三个半月内完成，工期要求紧。制梁场地设在公路一侧的山坡上，由推土机推出台阶并碾压密实后使用。制梁从1999年5月下旬开始，经过15～20天后，发现一部分梁体(没有进行预应力张拉)开裂，严重的已经沿梁体横断面全面裂透。并呈多处裂缝，轻微的梁体下部开裂，也是呈现多处。出现这种情况后，给施工单位带来了巨大压力，只有找出开裂的原因，采取对策加以预防，才能避免已制梁体的继续开裂，预防后制梁出现类似情况，确保制梁质量满足设计要求，建造一座安全可靠的桥梁。
2 情况调查
2.1 设计情况
梁体横断面如图1所示，梁端及梁底部40cm厚，腹板厚18cm，上翼缘厚14cm，上板宽160cm，沿梁上分布有6个对称的横隔板，每片梁留直径7cm的预应力孔道4个。
梁体底部布置Φ12钢筋6根，纵向构造筋由Φ8钢筋26根组成(每边13根，梁两端3.9m长增加20根，每边10根),箍筋由Φ8钢筋制成，沿梁长每20cm布置一根(两端受剪区每10cm布置一根)。预应力筋由270级
ΦJ15.24mm钢绞线4束组成，每束7根钢绞线，张拉力为140.6TF。
2.2 使用原材料
水泥：邯郸普硅525R,实际活性55.5MPa。
砂子：河砂，产自怀来县官屯，MX＝2.46，含泥量为1.7％。
碎石：产自怀来梁庄，最大粒径31.5mm。
外加剂：北京产JF-1，掺量0.75%。混凝土配合比见表1。
表1 混凝土配合比
混凝土
设计强度 每m3混凝土各种材料用量(kg) 混凝土28天
抗压强度
水泥 砂子 碎石 水 JF-1
C40 427 619 1289 170.8 3.2 55.7MPa
2.3 施工情况
原材料经自动计量，通过料斗进入双卧轴强制式搅拌机搅拌，搅拌时间2min，小翻斗车运送到浇筑地点后，吊车起吊到梁体横板顶部入模，以插入式振动棒振动为主，梁体每边布置三个附着式振动器，随混凝土浇筑进展而倒换位置使用，浇筑混凝土的方向从梁的一端向另一端推进，浇筑一片梁的时间约需150分钟。
抽拔胶管时间(形成预应力孔道)为浇筑混凝土后3～4h，拆模时间为24小时，拆边模时用千斤顶及倒链(3t、5t各一个)辅助进行，有时辅以大锤及撬棍。
2.4 养护
侧面采用混凝土养护剂喷洒成膜，靠混凝土内部自身水份自养，顶板采用浇水养护，洒水养护规定7天，但养护次数不均。
2.5 梁体基座
梁体基座分两种，一种是浆砌片石上再浇筑混凝土台座，一种是用粘土砖浆砌而成。
2.6 地基
地基在半山坡推就而成，土质属亚粘土及砂砾土，挖方部分很结实，填土部分经碾压检测满足密实要求(K＞90％)。
2.7 混凝土强度
检查混凝土试件,n=26 R28=51.4MPa δn-1=3.28MPa Rmin=45.9MPa Rmax＝58.6MPa。都满足设计要求， 一般都超过C40。
2.8 气候条件
年平均风速3.3m/s,风多雨少，施工期的气温在19℃～25℃，基本属于晴天。
2.9 混凝土梁体裂缝情况
混凝土梁体裂缝分三种情况：第一种见示意图(图2)。
梁体裂缝都从梁的下部开裂，裂缝发展是从下往上发展，裂缝最短53cm，最长达130cm，裂缝宽度都在0.2mm以下，裂缝呈下宽上窄状态。第二种裂缝情况见示意(图3)。梁体一共有5条裂缝，中间有两处沿横断面全部裂透，其它断面几乎从翼板以下全部裂透(制作承台是片石基础混凝土承台)，裂缝最大宽度0.22mm，开裂比较严重。第三种情况是梁底部下面有局部开裂，裂缝向上延伸10～40mm，宽度在0.06～0.12之间。
3 分析讨论
(1)从原材料情况看，品质指标都符合有关标准要求，水泥安定性合格，裂缝也不具备粗大网状裂缝的特征。因此无游离CaO与游离MgO造成的体积膨胀，故此项因素排除。
(2)从裂缝的表观状态看，裂缝不平行于约束方向，裂缝的两边缘较为整齐，无凹凸不平现象，阴面裂缝与阳面裂缝一致，无多少之分，缝中渗透物无乳白色半透明的凝胶，不具备因碱骨料反应形成无规则网状裂缝的特征。
(3)使用的混凝土组成材料中，没有引起钢筋锈蚀的成份，尤其是混凝土外加剂经检验对钢筋无锈蚀作用，而且时间很短，因此不会因钢筋锈蚀而引起膨胀。
(4)由于梁体模板是用大块钢模板拼装而成，与混凝土面接触大，拆模时虽用倒链和辅以撬棍和锤敲，但拆模后多次观察，没有发现因拆模不当引起的裂缝。
(5)混凝土配合比在掺用外加剂的条件下，水灰比为0.40，水泥用量427kg/m3，均符合一般规定，且配料时各种材料有严格的自动计量、混凝土搅拌时间在2分以上，施工中对混凝土坍落度的检测记录说明混凝土和易性适宜(在50～70mm内)满足设计和施工要求，不存在产生裂缝的潜在因素。
(6)混凝土浇筑捣固过程中，没有发生混凝土离析现象，捣固到位，无漏振现象，混凝土表面没有发现蜂窝麻面，因此也不 存在因振捣不当引发开裂的可能。
以上六个方面的原因都一一排除，经过仔细调查，梁体开裂的原因，下面的分析比较趋于合理：
对于图2所示形成的裂缝，经过进一步观察发现，预制台座建立在填方场地上，台座用粘土砖砌成，在进行混凝土梁体顶面洒水养护时向翼板两侧流水至地面，由于地面排水不畅，进而渗透到台座基础以下的土壤里，导致台座承载力降低，出现不均匀沉降，由此使梁体下部承受拉应力，裂缝从梁体底部开始产生，裂缝呈下宽上窄状态，随沉降的加剧,裂缝往上扩展。
对于图3所示的梁体裂缝，其台座建立在挖方地段坚实的场地上，并且台座基础是浆砌片石，台座部分用C20混凝土浇筑而成，具有良好的刚性及承载能力，不存在地基的不均沉陷问题。从开裂状态来看，粱体裂缝初期在梁的腹板开始，逐渐向上向下扩展，最后导致全断面裂透的程度。该梁体从浇筑到裂缝发展严重的时间是21天(没有进行预应力张拉)，问题是拆模后没有及时喷洒混凝土养护液，养护不及时也不充分，再加上太阳照射时间长，混凝土产生不均匀收缩，从最薄弱的部分先开裂，逐渐发展直到全断面裂透。
所有梁体的预应力实施在设计上有两个重要的约束条件，即混凝土龄期要≥10天，施加预应力时的混凝土强度必须达100%，因此在监理单位的监督下，施工单位觉得只要混凝土龄期足够长，混凝土强度达到设计要求后再施加预应力，制梁质量肯定得到保证。实际情况是混凝土配合比7天强度达到44.3MPa，随着气温的上升，达到设计强度的时间只需4～5天。尽管如此，甲方规定混凝土仍不能施加预应力。如果当混凝土强度已达到可施加预应力时，及时对梁体施加预应力，使混凝土产生一定的压缩变形，就可以提高梁体抵抗开裂的储备能力，防止裂缝的产生。
根据有关资料显示，工程实践中结构物裂缝的原因，属于变形变化(温度、收缩、不均匀沉陷)引起的约占80％以上，由荷载引起的约占20%左右，因此如何预防变形变化引起的裂缝显得更为重要。
4 处 置
对于第一和第二种开裂情况，由于已占混凝土梁和大部分横截面积，梁体已失去了安全使用的功能，因此决定报废、重制。
对于第三种开裂情况，经过计算不影响设计要求，进行适当修补，其做法要点如下：
(1)先用冷錾子沿裂缝轻击混凝土，剔除裂缝表面松散混凝土。
(2)将裂缝缝口凿成“V”字形槽，槽深以2～4mm, 槽宽以4～6mm为宜。并用细铁钩将裂缝中残渣和表面散裂混凝土剔除，用压缩空气除尽缝内浮尘。
(3)用工业丙酮反复清洗缝口后，在缝口涂刷一层薄薄的环氧树脂纯浆，再用橡皮刮板将事先制作好的环氧胶泥抹压进裂缝中，最后将缝口修补面抹平抹光即可。
5 预防措施
混凝土T梁预制出现裂缝，无论建设单位、监理单位，还是施工单位，都不愿意看到，不仅给工程质量带来隐患，同时也带来不必要的经济损失，因此针对施工中的各个环节，采取有效的预防措施，把引起裂缝的因素事先排除，确保制梁的完整性与可靠性，根据施工现场的实际情况推出了以下预防措施：
(1)严格监控原材料，应选用收缩小、放热小的水泥 品种，控制水泥的安定性。
(2)选择配合比时控制水灰比与水泥用量不宜过大，掺入适量减水剂和掺合料，控制混凝土的收缩和放热量，避免过多的温度应力和收缩应力引发开裂。
(3)精心组织施工，避免高温天气施工，浇筑混凝土时，注意梁体阴阳面的温差不宜过大，防止产生过大的温度应力引发开裂，注意加强养护，特别是早期养护，要及时，要充分，养护时间不能少于14天。
(4)拆模时间以混凝土强度达到2.5MPa为宜。在施工现场拆模时间为混凝土浇筑24小时后(经试验一般能达到5MPa以上)。
(5)加强地基碾压，台座基础加宽加深，使其有足够的承载力，也具有抵抗变形的能力，防止不均匀沉降。
(6)梁体周围排水要畅通，防止因水份渗透到基座底 而降低承载力，致使出现不均匀沉降发生。
(7)在混凝土基座顶面与混凝土梁体间要有一层隔离剂(滑石粉或塑料膜等)，减少对梁体的约束，使其尽量呈自由伸缩。
(8)拆模时要用千斤顶及倒链逐渐加力，不要用大锤敲，以防敲碎混凝土，或防止振动波传递引起共振，导致梁体开裂。
(9)混凝土强度达到设计要求并满足龄期≥10天的条件时应及时进行预应力张拉，使梁体有一个约束应力并具有一定的预拱度，使其有足够的抵抗变形的能力。张拉完后，即使发生基座不均匀沉降，也不会引起开裂。
6 结束语
以上预防措施提出后并在工地实施，效果很好，在以后所有预制的梁体中没有一片开裂，后张法预应力预制T梁工程是一个系统工程，在现场预制条件下，应根据不同的环境和条件，制定出切实可行的措施并落实到位，这样做既可满足设计要求，又防止了不必要的经济损失。在此需提出的问题是：当混凝土强度满足设计要求后，而龄期不到10天，是否可以施加预应力。
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