不利环境条件下大型混凝土预应力T 型梁抗裂施工技术研究与应用

张惠忠

（新疆克州新隆能源开发有限公司，新疆 克孜勒苏柯尔克孜州 845450）

1 工程概况

夏特水电站位于新疆（南疆）克孜勒苏柯尔克孜州（简称克州）乌恰县境内，是克孜勒苏河流域中游河段2 库6 级梯级开发的第三个梯级电站，电站采用引水式发电，装机容量248 MW，引水线路全长20.6 km，全部位于克孜勒苏河左岸。夏特水电站场内交通工程共有4 座大桥，其中3 号桥是为满足5 号施工支洞施工需要连接克孜勒苏河两岸的交通大桥。3 号桥设计荷载为公路一级，桥梁宽5.5 m，总跨度240 m，桥型采用装配式预应力混凝土T 型梁桥（先简支后结构连续）。3号桥上部结构采用6 m×40 m 预应力混凝土T 型梁结构，梁高2.5 m，梁间距2.0 m，边梁悬臂长0.75 m，全桥一联。2015 年5 月夏特水电站3 号桥开始进场施工，2016 年10 月全部完工并交付使用。

2 施工环境及条件

2.1 气候条件

克孜勒苏河位于新疆塔里木盆地西部，是新疆喀什噶尔河流域内的最大支流，源头位于吉尔吉斯斯坦境内的扎尔多布卡山口，流域深居欧亚大陆腹地，远离海洋，三面环山又受塔里木盆地的影响，冷湿气流难以侵入。克孜勒苏河流域水系气候具有降水量小而蒸发强烈（气候干燥）、气温日、年变幅大（温差大）、常年多风的特点，属于典型的温带大陆性气候。

2.2 施工条件

夏特水电站场内交通工程施工之前与外部的交通主要靠当地牧民的一条简易牧道，所有大型车辆均无法出入。3 号桥预应力T 型梁的单梁长度达40 m，重量约135 t，经综合考虑交通条件，3 号桥T 型梁的预制场地就近布置在克孜勒苏河左岸3 号桥头的戈壁滩台地上，采取现场野外预制方式。采取原状土开挖找平、25 t自行式振动碾碾压密实形成场地基础，浇筑20 cm 厚C20 混凝土的的方法形成预制场施工平台。

3 T 型梁的试验性生产及裂缝的情况

为保证施工质量，3 号桥预应力T 型梁按照试验性生产和全面生产两个阶段安排施工。按照计划，试验性生产阶段预制3 片T 型梁，全面生产阶段预制15 片T 型梁。

2016 年4 月20～30 日，3 号桥预应力T 型梁试验性生产了3 片梁。在T 梁模板脱模后检查发现，除3#-3号T 型梁无裂缝（纹）发生外，其他2 片梁不同程度的产生了裂缝。经仔细检查，所有裂纹均为竖向裂缝，未发现斜向裂缝和水平裂缝；所有裂缝均在T 梁脱模后不久发生，根据现场监测，所有裂缝的宽度及长度在后期没有明显变化。见表1、表2 和图1。

表1 3#-1 T 型梁裂缝情况表 mm

表2 2#-1 T 型梁裂缝情况表 mm

图1 3#-1、2#-1 T 型梁典型裂缝示意图

4 T 型梁裂缝产生的原因

1）T 型梁裂缝具有纵向自跨中向梁两端发展，竖向自中性轴向上下两端发展，马蹄底部裂缝宽度大于腹板顶部位置裂缝宽度的特点，完全符合混凝土干缩、温差及台座不均匀沉降综合作用产生裂缝的特征。同时经检测，所有裂缝均未贯穿，为表面裂缝。

2）T 型梁裂缝多发生在脱模之后，与钢模板的制约作用和密封保水作用有一定关系。

3）在当地干燥（湿度15%左右）、多风（月平均风速5.0 m/s）、昼夜温差大（14℃）的气候条件下，现场混凝土养护采用间断式洒水养护方式，养护效果不佳，是产生干缩裂缝的主要原因之一。

4）腹板是T 型梁结构最薄、降温最快的部位，纵向分布筋相对较少，对干缩应力约束较弱，也是产生裂缝的原因之一。

5）河水温度较低，直接用来养护混凝土，容易人为加大混凝土内外温差和温度应力，容易产生裂缝。

6）T 型梁脱模时间至关重要，既不能过早也不能过晚，且应安排在气温较高时段，以便尽量减少混凝土内外温差和温度应力。

5 T 型梁抗裂缝施工技术的研究、应用和完善

根据T 型梁裂缝产生的原因，现场做了了进一步的试验验证，对施工工艺和施工方案进行了全面补充和完善。

5.1 T 型梁台座承载变形试验

2016 年5 月18 日，施工单位选取最靠近场地外侧、开挖最浅、最不利的4#-1 梁台座进行了承载变形试验。试验荷载按照最大T 型梁重量的120%考虑，加载方法采取沙袋均匀堆码方式。台座的沉降监测采用百分表进行监测，百分表设置在台座两侧2 m 处，确保沉降监测精度不受台座沉降影响。百分表在堆码第2 层沙袋时安装，读取原始读数并记录。沉降监测在所有荷载沙袋全部堆码完毕后，每2 h 读取一次读数，之后连续监测4 天。5 月21 日台座承载变形试验结束，根据沉降监测数据统计，其最大沉降量为0.64 mm，5 组点位的平均沉降量为0.37 mm，完全满足±2 mm 沉降量的控制要求。由此判断3#预应力大桥T 型梁预制台座不存在承载力不足，不均匀沉降问题。

5.2 T 型梁抗裂缝施工技术的研究和应用

根据现场实际情况，经对3#预应力大桥T 型梁抗裂缝施工技术及工艺认真总结和研究，最终决定对预制T 型梁施工工艺从以下几个方面进行全面完善:

1）加密纵向分布筋，增强混凝土抗干缩性能。将腹板部位的纵向分布筋的间距由138 mm 调整为100 mm,马蹄部的纵向分布筋由3 根加密到4 根。

2）优化混凝土配合比，调整减水剂掺量，降低水灰比，减少水化热。

3）结合当地气候、时差等具体情况合理安排混凝土浇筑、前期养护、拆模等各工序施工时段。混凝土浇筑时间安排在21：00（太阳落山之后）至第2 日2：00之间气温较低时段，拆模开始时间安排在第二日中午14:00 左右气温较高时段。

4）完善养护棚。养护棚脚全部采用沙袋压实，建立相对封闭的小环境，努力减少多风、干燥、大温差等不利外部环境的影响。

5）就近设置养护水池，电加热至水温30℃左右，保证所有养护为温水养护。

6）进一步细化脱模前的温控及养护工作。脱模前T 型梁的养护按照静停、升温、恒温、降温四个阶段进行控制：混凝土浇筑结束后5 h 为静停期，期间棚内温度控制在15℃左右，混凝土养护主要通过对覆盖在梁体表面的棉被洒温水保湿进行。混凝土终凝后方可开始升温，升温速度控制在10℃/h 以内；恒温期间棚内温度保持在20℃左右，恒温时棚内各部位的温度控制一致，湿度控制在95%左右；升温、恒温期间的保湿、保温主要通过对覆盖在梁体表面的棉被洒温水、煤炉加热及水蒸气进行。在第10 h 开始降温，降温速度控制在10℃/h 以内，12 h 左右开始拆除汽车篷布，准备脱模。

7）进一步强化脱模期间及后期的温控及养护工作。T 梁拆模过程中，养护棚篷布的覆盖必须紧跟拆模分段（每5 m）进行，以尽量减少暴露时间。混凝土脱模后3 d 内（即混凝土水化热高峰期），按照前期既定养护棚保温、保湿措施进行养护，温度控制在20℃左右，湿度95%左右；在脱模第3 d 后开始降温，然后拆除篷布，采用常规温水洒水养护（棉被不拆），继续养护7 d。

在经过了充分的准备之后，2016 年6 月3 日21∶45，4#-1 梁开始预制生产，之后严格按照既定程序和要求进行养护。6 月4 日下午14∶00 进行模板拆除，脱模时没有裂缝发现。6 月7 日16∶40，检查发现4#-1 梁出现两条裂缝,两条裂缝对称分布在跨中两侧2 m 处，裂缝长度分别为80 cm 和45 cm，缝宽0.02 mm，后期没有进一步发展。

5.3 T 型抗裂缝施工技术的进一步完善

结合4#-1 梁的整个施工工艺、施工方案、裂缝检查情况，总结和分析认为：4#-1 梁裂缝较少，长度较短，缝宽较窄，裂缝情况已经大大改善，整体施工工艺和施工技术较为完善；但是，T 梁在脱模至升温养护期间存在混凝土较长时间（3 h 左右）暴露在干燥多风的空气中［即使洒水也会在极短时间（约2 min）内干燥］，导致混凝土表面湿度和热量大量瞬间减少，是本项目T 梁抗裂缝施工技术的重要漏洞，也仍然产生个别裂缝的主要原因。

通过不断探索和研究，施工单位提出了进一步完善抗裂缝施工技术的措施：

1）结合T 梁模板每5 m 一段的特点，在进行分段脱模之后，立即在混凝土表面连续喷洒30℃左右温水进行首次养护，同时在混凝土表面粘贴（利用喷洒养护水）一层0.007 mm 的塑料薄膜，3～5 min 内实现混凝土表面与多风、干燥空气的隔绝，有效控制混凝土表面湿度和水化热的快速散失，全面补齐抗裂缝施工技术的漏洞。

2）在前一段混凝土梁表面没有完成塑料薄膜和篷布的覆盖之前，不再进行下一段的模板拆除，努力减少T 梁混凝土在多风、干燥空气环境中的暴露时间。

3）在开始棚内养护之前，安排专职养护员每20 min 一次对已贴膜混凝土进行温水洒水养护（养护水能够通过薄膜粘贴上部的缝隙到达混凝土表面，同时由于塑料薄膜的作用混凝土表面持续保持湿润）。

6 效 果

2016 年6 月8 日开始，夏特水电站3#桥大型预应力混凝土T 型梁预制在完善了综合抗裂施工技术的情况下全面、有序、快速地展开，截止8 月14 日最后一片T 型梁预制完成，期间没有再发生任何裂缝问题，有力保障了大桥的施工质量和施工进度，为大桥安全运行奠定了坚实基础。2016 年11 月1 日，夏特水电站3#桥全面建成并投入使用，为5#施工支洞及主洞约4 500 m 的隧洞开挖、支护和衬砌提供了强有力的交通保障，至今运行良好。2019 年12 月，新疆克州乌恰县紫金矿业公司跨康苏河混凝土预应力大桥成功建成，期间本文所述干燥、多风、高温差等不利环境条件下的大型预应力“T”梁抗裂技术得到成功推广和应用，取得了良好的效果。

7 结 语

受自身体型结构、材质特点、施工技术和外部环境影响，不同类型的裂缝问题一直是困扰混凝土施工质量的主要问题，给混凝土结构后期安全运行造成了较大的隐患。夏特水电站3#混凝土预应力T 型梁大桥通过对抗裂缝施工技术的不断研究和应用，成功解决了干燥、多风、高温差不利环境条件下的裂缝问题，为其他类似工程提供了经验，具有较好的推广意义。