普速铁路后张法预应力混凝土T梁常见裂纹分析及防治浅析

罗万武（中铁丰桥桥梁有限公司，北京 100070）

普速铁路后张法预应力混凝土T梁常见裂纹分析及防治浅析

罗万武（中铁丰桥桥梁有限公司，北京 100070）

近年以来，我国铁路发展进入高潮，新建铁路线路中桥梁占比越来越高。在设计200Km/h以下的普速铁路中，后张法预应力混凝土T梁（以下简称T梁）得到了大量的应用。本文分析T梁生产预制过程中不同结构部位常见裂纹类型和产生机理，并对实际施工的的防治措施进行探讨。

后张法预应力T梁；混凝土；裂纹；机理；防治

1 概 述

近十年以来，我国基础建设迅猛发展，尤其是随着“一带一路”跨境建设方案提出以来，在铁路建设走出国门的要求下，铁路行业建设质量标准日趋严格，施工的难度越来越大。以现场预制T梁为例，在气候环境、机械化程度、材料质量、技术管理水平等的影响下，各单位在施工过程中存在这样那样的质量通病，尤其是T梁梁体常出现的裂纹现象危害较大，不仅给施工单位造成较大的经济损失，还给铁路工程质量造成了潜在安全隐患。

T梁梁体常见的裂纹一般分非受力裂纹、受力裂纹两种，下面就结合张唐铁路、南龙铁路等的施工经验，以实际施工生产中不同结构部位容易产生的裂纹为例，对各类裂纹的产生机理、防治措施进行探讨，希望能给预制T梁的施工提供一些借鉴参考。

2 非受力裂纹

非受力裂纹在T梁预制生产中也较为常见，一般由温差、混凝土收缩、钢筋锈蚀及压浆冻胀等方面引起，下面结合在实际生产过程中遇到过的一些非受力裂纹案列进行简要分析。

2.1 表面裂纹

T梁梁体表面裂纹在日常施工中最为常见，尤其是在北方干旱地区及高温季节的施工中发生较为频繁。一般存在于桥面顶面、梁端封端混凝土、桥面保护层及各类后修补的混凝土部位。裂纹形式有表面龟裂、井状裂纹、延钢筋方向裂纹等。

2.2 产生机理

1）混凝土浇筑完成后，桥面未及时覆盖或洒水养生，桥面出现干缩裂纹。

2）在混凝土施工过程中，浇筑完成后最初的4至5小时内，水泥的水化反应最快，易形成水分子链，水分快速蒸发出现泌水现象，混凝土也因为失水而发生收缩，与此同时，混凝土骨料也会因自身重量而发生下沉，在下沉过程中因受到钢筋阻挡，很容易造成沿钢筋方向的裂纹[1]。

3）缩水收缩。在混凝土终凝以后，其表面水分会不断蒸发，体积逐步缩小，在混凝土表面和内部失水速度不一致的情况下，其收缩程度也不一样，当混凝土表面的抗拉强度超过一定限度时，就会出现收缩裂纹。

4）砂、碎石级配不佳，空隙率较大，混凝土易在凝结过程中产生收缩裂纹。

5）气候环境影响，自然养生条件下昼夜温差较大影响或在蒸汽养生条件下未按相关规定执行，造成混凝土内外温差，产生温度裂纹。

2.3 防治措施

2.3.1 加强混凝土养生

混凝土浇筑完后，桥面及时进行二次压面作业，并覆盖塑料薄膜、土工布等，并进行保湿养生。模型拆除后对梁体其他裸露表面按照规范要求进行养生。

2.3.2 优化施工配合比，采用低放热、低收缩水泥同时控制混凝土拌合质量，防止因机械作业造成的配合比变化，影响混凝土水灰比。

2.3.3 砂石骨料

在选择砂石骨料时要控制砂石的含泥量，这样砂石与水泥的结合性较好，以增强混凝土的耐久性；砂石要具有良好的颗粒级配，应选用10-20mm和5-10mm的双级配碎石。砂子应选择中砂，砂子过细，会导致混凝土保水性较好，粘聚性较大，但是干缩大，容易在表面形成干缩裂纹；砂子过粗，会导致新搅拌的混凝土出现泌水现象，因此细度模数控制在2.6至3.0之间[2]。

2.3.4 振捣方式

混凝土采用侧振+振捣棒作业的方式，控制振捣时间部位，保证混凝土密实度，确保混凝土质量。

2.3.5 季节施工

夏季施工尽量避开高温时段作业，冬季施工中采取蒸汽养生时严格按照相关规定执行静停、升温、恒温、降温的过程。在环境温度低于5℃的情况下，严禁直接向梁体进行洒水养生。

2.4 边梁挡碴墙裂纹

挡碴墙裂纹一般为垂直裂纹，在挡碴墙面和外侧出现较多，严重的会随着裂纹方向延伸至顶板。

2.4.1 产生机理

T梁边梁由于内外侧宽度不一样，而梁体张拉形心位于腹板中心线，因而导致边梁内外侧受张拉影响受力不一致，桥面挡碴墙一侧受较大拉应力。为了减小外侧拉应力对挡碴墙的影响，一般挡碴墙处设置宽度为20mm的断缝，间隔1.5m-2m。在实际施工中，由于断缝隔板固定效果不佳，施工过程中造成位置偏移，而影响其本身效果，产生裂纹。

2.4.2 防治措施

1）优化设计断缝板磨具，使其易于牢固固定，在施工过程中不偏离设计位置。

2）断缝板磨具内侧设置为圆角，防止因应力集中，而造成延断缝产生裂纹。

3）加强混凝土振捣工艺控制，保证挡碴墙混凝土密实度，控制拆模强度。

2.5 封端混凝土表面裂纹

锚穴封端混凝土一般为表面龟裂，由混凝土干缩产生。

2.5.1 产生机理

锚穴封端混凝土一般采用干硬性补偿收缩混凝土，一般施工工艺为人工补填，并采用橡胶锤锤捣，难以捶捣密实。施工完成后养护难度较大，容易造成干缩裂纹。

2.5.2 防治措施

1）封端作业完成后，及时进行二次压面，并采取覆盖土工布+薄膜的方式进行保湿养护。

2）调整施工工艺，采取支模，并灌注与梁体同强度微膨胀混凝土进行封端作业，保证振捣密实度。施工完成后覆盖土工布保湿养护至25MPa拆模，拆模后继续养护至规范要求时间。

2.6 钢筋锈蚀膨胀裂纹

钢筋锈蚀膨胀产生的裂纹在预制初期难以发现，一般存在于长期存放成品梁或者交付使用后的梁体中发生较多。在T梁底板、上翼缘底部出现较多，裂纹周边表现为暗黄色锈斑，随着时间的推移，钢筋锈蚀膨胀产生的裂纹会愈加明显，危害较大。

2.6.1 产生机理

钢筋发生氧化反应，表面形成三氧化二铁，体积膨胀二倍以上。而混凝土本身抗拉强度较低，受到挤压后发生涨裂。随着时间推移钢筋与空气中水汽接触后会加速梁体钢筋的氧化反应，裂纹会逐渐扩大，形成恶性循环，对混凝土结构产生严重破坏，影响混凝土的耐久性。

2.6.2 防治措施

1）T梁场加强钢筋的存放保护。应设置车间式通风、干燥的钢筋加工场，用于钢筋加工和原材料、半成品的存放，避免钢筋在使用前发生氧化反应锈蚀。

2）严重锈蚀的钢筋不得使用。表面锈蚀的钢筋按照规定进行除锈后方可用于梁体绑扎，雨季施工中采取防护棚架等方式对成品钢筋骨架进行保护。

3）采用符合要求的混凝土垫块，并按规定数量和位置设置垫块，保证保护层厚度，绑丝不得伸入到混凝土保护层以内。

4）加强混凝土振捣工艺，确保混凝土密实性。

5）控制混凝土材料中氯离子含量，总量不应超过总胶凝材料的0.06%[3]

2.7 冻胀裂纹

在北方、高寒地区冬季预应力管道压浆施工中，易出现冻胀裂纹，裂纹延预应力管道布置位置发展。

2.7.1 产生机理

在0℃以下施工环境中，压浆施工完成后，管道中的水泥浆还没有凝固之前，如果管道芯部温度在0℃以下，水泥浆中的水出现结冰现象，胀裂混凝土从而形成冻胀裂纹，裂纹宽度一般在0.1至0.3毫米之间[4]。

2.7.2 防治措施

通过热工计算，确定搅拌用水温度，以保证压浆时浆体温度在5℃～30℃之间，压浆及压浆后3d内，梁体及周围环境温度不得低于5℃，否则采取覆盖棚布、电暖气、蒸汽等方式保证温度，以满足要求。

3 受力裂纹

T梁梁体在终张拉后、活载作用及存放条件较差情况下产生的裂纹，称为受力裂纹，梁体受力裂在梁体交付使用后的反复荷载作用下会发展变化，影响梁体的正常使用功能和耐久性，危害较大。

3.1 梁端腹板变截面处纵向裂纹

载T梁进行终张拉后，该部位经常出现纵向裂纹。在梁体徐变收缩过程中，该类型裂纹会可能随着时间变化而沿着变截面处发展。

3.1.1 产生机理

1）梁端钢筋密布，分布钢筋、锚下加强钢筋、螺旋筋交错，在安装端模过程中又容易对该部位钢筋造成错位，浇筑后容易造成锚下混凝土不密实，抗压强度不足，在张拉应力作用下产生裂纹。

2）变截面部位上下受力面积变化较大，在预应力作用下混凝土回缩量会有所差别，从而在该部位造成裂纹。

3.1.2 防治措施

1）加强端部钢筋绑扎质量，严格控制钢筋加工尺寸，端模安装后调整局部移位钢筋。

2）保证端部混凝土灌注密实度，加强振捣。

3）严格按照规程进行终张拉作业。保证预应力作业的两个“三控”，持荷时间不低于2分钟，确保张拉应力满足计算要求。

3.2 下翼缘竖向裂纹

底板裂纹易出现在T梁跨中4米段，一般在梁体终张拉前产生，容易延伸至底板。

3.2.1 产生机理

1）T梁浇筑完成后，因混凝土配合比原因或养护原因，造成初张拉时强度不足，在移运至存梁台座后，因梁体自重原因导致底板受拉产生裂纹。

2）梁体张拉力不足导致底板受拉产生裂纹。

3）梁体模板拆除时温度梯度过大，产生温度裂纹，在终张拉前温度裂纹在自重作用下发展，产生裂纹。

3.2.2 防治措施

1）控制梁体原材料、混凝土搅拌质量，保证梁体混凝土早期强度。

2）初张拉在混凝土强度达到33.5MPa后进行。不允许梁体未加预应力在生产台座上放置时间过长，以免梁体混凝土收缩开裂。初张拉力可适当加大至终张拉控制应力的15%。

3）控制模板拆除时梁体温度梯度，拆模时环境与表层以及表层与芯部温差不超过15℃。

3.3 梁端侧面竖向裂纹（支座板上方）

梁体初张拉之后，梁端侧面距梁端5-10cm处支座板上方易产生由下而上的竖向浅表裂纹。由于该裂纹在预应力区以外，不会对梁体预应力及短时间正常使用造成破坏。但在长期空气的氧化作用下会造成钢筋锈蚀、梁端掉块等现象，影响梁体耐久性。

3.3.1 产生机理

1）梁体在初张拉应力作用下产生弹性上拱，梁体底板发生延底模向跨中方向回缩，由于支座板与底模、底板混凝土与底模摩擦力的差异，造成该部位混凝土自下而上产生裂纹。

2）初张拉后，梁体未及时移出制梁台位，长时间存放。梁体荷载集中在梁端造成该类型裂纹。

3.3.2 防治措施

1）在支座板两侧涂抹少量润滑剂，以减少初张拉时混凝土与底模的摩擦力。

2）在梁端侧面底部加强分布钢筋，以增强该部位混凝土抗拉强度，减少裂纹的出现。

3）减少梁体初张拉后在制梁台座的存放时间，及时移运。

3.4 下翼缘至腹板斜向裂纹

自梁端第二隔墙和第三隔墙之间产生自下翼缘开裂延伸至腹板，呈斜向布置。

3.4.1 产生机理

由于地基承载力不满足设计要求，或者存梁台座强度不够，在存梁过程中，台座发生不均匀沉降，致使梁体扭曲，产生内部附加应力，导致梁体在存梁支点内侧产生斜向破坏裂纹，破坏梁体结构甚至断裂。

3.4.2 防治措施

1）存梁台座两侧地基处理方案、台座设计方案必须经过验算，使其满足存梁的承载力要求。

2）存梁前选取有代表性的台座进行堆载预压试验，验证台座方案，确保其沉降均匀或稳定。

3）存梁后对存梁台座进行周期性沉降观测，若发生不均匀沉降应及时对存梁台座采取加固措施，并持续观测，待其稳定后采用高强砂浆找平两侧存梁基础。

4）存梁台座和梁体之间采用厚度不低于4cm的橡胶柔性垫板，以消除台座对梁体的影响。

4 结 语

后张法铁路预应力T型梁裂纹种类繁多，出现的因素也各有不同，它与施工环境、材料质量、工艺水平等各方面均有关系。在张唐铁路和南龙铁路的预制T梁施工中，通过对上述各种因素的控制，取了较好的效果，实现预制T梁施工过程中的质量保证，对今后T梁的预制有一定借鉴意义。

[1]王周．土城特大桥关键工序的监理及控制[J]．交通建设与管理,2015(08):217-219．[2]余艳．公路工程关键工序的施工技术[J]．技术与市场,2013(07):166-166．

[3]预制后张法预应力混凝土铁路简支T梁技术条件TB/T3043-2005．

[4]沈霖源．后张法预应力混凝土桥梁施工技术应用研究[J]．价值工程,2016(25):71-72．

Analysis and prevention of common cracks in post-tensioned prestressed concrete T-girders of general speed railway

In recent years,China’s railway development climax,the new railway line bridge increasingly high proportion．In the design of 200Km/h based general speed railway,post-tensioned prestressed concrete T-girders (hereinafter referred to as T-girders)has been widely used．In this paper,the common crack types and mechanism of different structural parts in T-girders production are analyzed,and the preventive measures are discussed．

railway post-tensioned prestressed t-girders；concrete；crackle；mechanism；prevention and cure

445．57

B

1003-8965(2017)03-0105-03