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预应力混凝土T梁竖向裂纹预防与处理
作者：王荣国
【提要】本文根据工程实例，结合工程中存在的问题，分析了T梁竖向裂纹发生的原因，通过实验研究，提出了预防及处理T梁竖向裂纹的技术措施。
【关键词】T梁 竖向裂纹 措施    
  。。。高速公路所处区域为亚热带季风气候区，四季分明，4-5月份，日气温在6-26℃之间，昼夜温差大，项目在预应力混凝土T梁施工期间，发现有部分T梁腹板位置存在不同程度的竖向裂纹。针对该问题，我们结合现场施工条件，通过分析与实验，找到了竖向裂纹发生的原因，提出了预防和处理T梁竖向裂纹的技术措施。
1、概况
在30m预应力T梁预制施工过程中，开始发现部分T梁在拆除模板2-3天后，顶板与马蹄之间开始出现竖向裂纹，裂纹长度不均，部分两侧对称分布，缝宽度随早晚气温变化，晚间气温较低时裂纹基本闭合，白天气温升高时张开。施工时气温为为6-26℃。通过钻心取样，发现一般裂纹深度达1-3cm，部分左右两侧对称贯通。T梁裂纹分布情况见下图1 ：

图1
2、存在问题及分析
结合项目的施工现场情况及生产设施条件，经过对比分析，发现T梁预制过程中主要存在以下几个方面的问题。
2.1制梁台座的制作及基底处理
本项目梁场位于路基的填挖结合段上，基底材料在挖方段为强风化岩，填方段是强风化岩隧道渣石。由于制梁台座在路基段上，基本顺应路基坡度纵向布置，坡度较大，最大达3%。制梁台座采用的是C25钢筋混凝土，只在端头采用扩大基础，长1m，宽1m，台座露出地面部分钢筋混凝土厚30cm，与梁底同宽。
分析：根据裂纹分布情况统计，可以发现T梁竖向裂纹分布有一定规律，即在台座基底处理相对薄弱的地方，裂纹较为严重，在台座浇筑时基底处理较好、梁坡度较小的的台座上预制的梁裂纹较小、较少，甚至个别台座中间出现裂纹，该位置梁体易发生竖向裂纹。可见制梁台座对T梁裂纹有一定的影响。
当台座下沉或者发生变形时，梁体混凝土内部在自重力下会产生拉应力，当混凝土强度小于因因台座变形或下沉产生的拉应力时，混凝土就会开裂。当梁底纵坡较大时，根据力的分解，可以看出梁体在也会受力不均，产生拉应力，造成开裂，因此制梁台座混凝土尺寸过小，刚度不足，基底承载力不足，纵向坡度过大，都可能会造成T梁出现竖向裂纹。
2.2混凝土配筋的影响
据观察，可以发现发生裂纹的位置基本在钢筋相对较薄弱的腹板位置，其他钢筋较密的马蹄部位及顶板位置没有发现裂纹。
分析：裂纹只发生在钢筋薄弱的腹板位置，可以说明腹板钢筋布置也是造成梁体产生竖向裂纹的一个因素。
2.3气温差及混凝土内外温差的影响
据观察，发现裂纹宽度及严重程度随温度变化而涨缩，白天温度较高的情况下，裂纹较大，夜间温度较低时，裂纹较小，甚至闭合，
分析：根据施工期间的温度记录统计，发现施工期间24时温差最大接近20℃，根据混凝土温度变形值计算公式：
ΔL=L（t2-t1）α=30000×20×1×10-5=6mm
其中：ΔL为梁体长方向混凝土变形值；L为梁长：30m；t2-t1为温差；α为混凝土膨胀系数：1×10-5。
据以上计算，30mT梁受温度变化影响，当温差达到20℃时，梁长变化值为理论上可达6mm。
所以，在台座与梁体间的摩擦力作用下，混凝土收缩时受底板的束缚，梁体混凝土沿纵向会产生受拉应力，在梁体混凝土强度较低及没有施加预应力时，当拉应力小于梁体混凝土的抗拉力时就会产生竖向裂纹。
而且，根据实测，T梁浇筑完成后5-18小时时间段内，混凝土发热量较大，预应力管道内测量温度最高达70℃。
外界温度下降以及混凝土内外温度差异，都会会造成混凝土内部产生拉应力，根据温缩拉应力计算公式，当不满足：
K=R/σ≥1.15
其中：K为抗裂安全度，取值1.15；R为混凝土设计抗拉强度；σ为温缩拉应力
的条件时，即K值小于1.15时就会产生裂缝。
3、试验与分析
根据以上可能造成T梁产生竖向裂纹的分析结果，项目研究上决定采用了试验验证的方法，以找出造成问题的主要原因。
3.1制梁台座的制作
新制台座无纵向坡度，只设反拱，台座混凝土加厚至0.5m，加宽加深了台座的基底的处理范围，提高了台座基底承载能力。
根据在试验结果，在新台座上预制的个别梁体上偶尔还有较短、很小的裂纹。由此可见台座刚度及基底承载力是影响T梁竖向裂纹的一个重要原因。但因为座台座制作费用较大，返修和过分追求台座质量会加大施工成本。
3.2增加腹板配筋
根据分析，腹板位置裂纹基本属于受拉裂纹，因此考虑调整腹板钢筋布置。设计上采用的是直径10mm 的I级圆钢，考虑的I级钢筋的延伸率较大，对混凝土束缚力小，故对直径10mm的I级钢筋采用冷拉调直的方法，以减小钢筋的延伸率，同时在腹板对称均匀增设布置6根通长的12mm直径的II级螺纹钢筋。
改变腹板配筋后在原台座上预制T梁，新预制的T梁只出现了较短、较小裂纹，说明改进腹板钢筋施工工艺，增加配筋率可以预防竖向裂纹的发生，但是改变腹板钢筋配置增大了成本，相对改变了设计意图，因此，从长远角度考虑不太实用，但对于预制数量少，受特殊条件影响的情况下，可以采用。
3.3优化混凝土配合比，减小混凝土水化热，消除影响
施工区昼夜温差大，施工时梁体受外界温差影响无法避免，但梁体混凝土自身产生的水化热却属于可控，为减小因混凝土发热对梁体产生的影响，经优化配合比，使用水化热产生速度慢、少的42.5水泥代替52.5水泥拌合混凝土，同时为减少温度变化引起的对梁体混凝土的影响，对梁底座钢板进行打磨修整，尽量光滑平整，减少台座钢板对梁体的收缩阻力，同时加强保温养护工作。
采用此措施后，后来预制的没有发现裂纹，可见梁体混凝土水化热过大，因混凝土自身温度变化及外界温度变化影响也是造成梁体混凝土出现竖向裂纹的一个重要原因。
4、预防竖向裂纹的技术措施
结合项目实际情况，根据以上分析及试验，预防竖向裂纹的发生可重点从以下两个方面考虑：
4.1加强台座制作质量，提高刚度，防止台座变形、沉降
在制作T梁台座时需先处理好基底，必要时在中间部分也采用扩大基础，因当台座混凝土刚度不足时，受压时易变形，导致混凝土内部产生拉应力而产生竖向裂纹，因此设计台座时应进行验算，根据计算结果确定台座混凝土高度和所需的基底承载力。
4.2采用水化热低的水泥，配制低水化热混凝土，控制并减少温差对混凝土的影响
调整混凝土配合比后，使用水化热产生速度慢、水化热少的42.5水泥，延长了前期混凝土水化反应时间，有效减小了梁体的温度及内外温差，同时在外界温差变化较大时，采用包裹保温养护，防止内外温差较大及降温速度过快，可有效防止T梁竖向裂纹的产生。
根据施工经验，还可以在配制混凝土时加入粉煤灰，也可有效降低混凝土前期混凝土的温度，起到预防裂纹发生的作用。
5.裂纹处理技术措施
对于发生裂纹的梁，首先需要确认裂纹对梁体的影响程度，可用水冲洗干净后，用小孔取芯机钻孔，取出芯样，查看裂纹深度，对于裂纹只发生在表面或深度在1-3cm的裂纹，一般可以直接采用环氧树脂封闭压注法的方法修补。
环氧树脂封闭压注法是一种可靠、先进的裂纹处理方法。可以彻底处理混凝土裂纹，该方法是在高压力下对裂纹长时间持续压注胶液使其充分达到裂缝深处。修补后在原位置钻心取样试压，发现其甚至超过构件原设计强度。需注意的是要严格控制环氧树脂的配制质量，先张拉后封闭，具体操作方法可按照压住设备操作说明书进行。
对于裂纹较严重的、较深，甚至裂纹贯通的梁，在做完压注封闭后，还需做承载力试验，并观察裂纹情况，以确保T梁结构满足设计及使用要求。
综上所述，造成T梁产生竖向裂纹的原因有各种因素，有些条件下不会产生裂纹，当某个影响因素较严重或多个因素叠加后就会造成梁体产生竖向裂纹，属于偶合效应。裂纹发生后处理措施相对复杂，甚至会造成梁的报废，实际施工中需提前全面分析，提前做好预防措施。
参考文献：人民交通出版社 《路桥施工计算手册》 周水兴等

作者简介
王荣国，男，1978年12月出生，工程师，现工作于中铁十七局集团第一工程有限公司，公司地址：太原市小店区人民北路18号，邮政编码：030032
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论文见下：