预应力混凝土T梁裂缝成因及施工处理技术

王路

山东省公路桥梁检测中心有限公司 山东 东营 257100

引言

相较铁路水路构建而言，公路运输虽然速度慢，单次承载量小，但灵活性更强，除能对铁路网进行有效补充还在小宗物品运输上有不可替代的作用。随着近年来我国经济的飞速发展，公路网建设也在不断紧密，在不便施工的地区桥梁的架构发挥着不可替代的作用，应用范围也逐步扩大到铁路。随着各种交通运输方式的承载量的不断加大，对各交通设施桥梁铁路的质量都提出了更高的需求，尤其是高级公路和铁路，其行车速度快对于桥梁的平整与质量的要求更高。预应力混凝土T梁具有结构简单、安装方便、施工时间短、跨越范围相对较大等卓越优势，新建桥梁多采取这种技术。但是近几年频繁发现T梁产生裂缝，裂缝对于混凝土T梁而言，不仅影响外部观感，重要的是许多裂缝会大大降低其本身的承载能力和使用周期，一旦裂缝继续扩大而没有发现，还会危害人民的生命财产安全。预应力T梁极易受外力影响温湿度的变化、混凝土原料质量、施工操作规范都是影响T梁成品质量的重要因素。为此，对其裂缝进行成因分析并探讨施工处理技术势在必行。

1 相关概况

1.1 概念简述

预应力混凝土T梁是指采用预制拼装预应力混凝土制作的横截面呈T型的桥梁结构，其多采取钢构链接，是2017年1月1日实施的一项行业标准，在我国的公路铁路所涉桥梁架设中被广泛使用，具有自重轻、结构简单、性能优越、所需材料少、安装方便、施工时间短、生命周期长、跨越范围相对较大等特点。

1.2 施工方法

目前，我国的预应力混凝土T梁主要有先张法和后张法两种制作方式，其核心的区别在于混凝土浇筑与预应力钢筋张拉的先后次序。先张法T梁需要先张拉后以混凝土为原料浇筑部件，等待整体结构强度达标后放张，完成施工目标。后张法需要先施工浇筑后张拉。其中先张法施工难度相对较低、环节较少，后张法则多了打孔灌浆等多项操作孔道阻塞极易发生，施工难度高但可跨长度相对较大。需要根据整体项目状况采取对应方法[1]。

2 裂缝成因

常见的T梁裂缝有结构性裂缝和非结构性裂缝两种，其设计因素巨多外部环境温湿度、很凝土自身质量、施工质量等都是其产生裂缝的成因。

2.1 原材料质量

2.1.1 水泥质量。原材料的质量是影响整体工程施工质量的核心要素，原材料质量是否达标直接关系了整体工程质量是否能达到预期。混凝土的主要原材料为水泥，水泥质量的高低会影响混凝土整体的强度和T梁的整体弹性，弹性不够则易发生裂缝。为此在施工之前，对原材料砂石的含泥量进行检测是必不可少的。此外，在施工进程中也要定期复检，发现不达标原料应立即处理，以免影响叔公效果。同时不同水泥配置混凝土的配比也不同，在采用原材料制作混凝土时，要严格遵循生产厂家的建议配比，切勿由施工人员按已有经验直接施工，并要反复核验混合后的混凝土质量是否达标，符合要求后才可施工。

2.1.2 混凝土配比。如前所述，在混凝土的制作过程中水泥是核心原料，水泥与水的配比会直接影响混凝土的质量，而水泥的比重会影响混凝土的黏度和使用强度，提升水泥的占比固然能增大强度，但是影响众多。在国家相关施工规范中，有明确条文规定，要求在浇筑通行桥梁的预应力T梁时，混凝土必须符合相关标准。及其原料混凝土的强度需要符合C50要求。而在实际的工程建设中，为了达到建设要求，实际需求的混凝土强度要高于标准。直观来讲，实际所需强度是标准强度的120%，才能达到正常施工所需质量。许多施工单位为了满足强度，会无视混凝土原料不同的科学配比，通过加大水泥占比来提升强度。这种不科学的方式看似是对原材料质量的高要求实际却是不达标的原料，水泥比重过大会在凝固时过分产生水化热，致使水分快速蒸发出现众多网状无规律裂缝。反之，大量加水会降低黏度，也不利于后期养护。故而混凝土配比不合理是许多裂缝产生的内因。

2.1.3 配筋质量。上述水泥质量和整体混凝土都是影响混凝土强度与黏度的重要因素，除此之外，在预应力混凝土T梁的构建中，钢筋也是必不可少的关键原材料。在T梁的设计中，钢筋起着保障整体结构稳定，承托大部分的受力任务，也是凝聚整体框架避免混凝土凝固过程中过分形变产生裂缝的关键因素，钢筋质量是否达标，不仅关系着裂缝问题，更是整体架构能否完成预设承载量的核心环节。在我国的相关施工规范中，对预应力混凝土T梁所采取的钢材有着明确的标准，横隔板渐变段处必须采用Φ120钢筋为原材料，对其间距也有标准，固定设为200mm，如果在施工环节忽视了钢筋相关标准，不仅会产生裂缝问题，严重者会危及整体桥梁质量，危害人民的生命财产安全。

2.2 温度应力

即便是科学配比的混凝土在凝固过程中产生水化热也是难以避免的，其前期表现多为受水化热影响其弹性模量，形成残余应力，中后期则主要受外部温度影响。具体而言，就是在混凝土浇筑后初步凝固的时期，混凝土内部由水化热引起的温度急剧上升后由于内部与外部散热能力差异大，导致内外温度出现内高外低，产生梯度差，内部压力增大，出现裂缝。后期内部环境相对稳定，受外部影响更大，由于环境的影响会加大内外的温差，又受限于基座，当外部温度变化到达一定值时，内部拉力逐步上升，超过自身能力形成裂缝。为此，混凝土自身温度差的变化加之外部环境的差异会产生温度应力，产生裂缝，尤其极端高温与低温环境下施工，温度应力更大，加之随之而来的湿度应力，会对质量产生极大的影响。

2.3 收缩应力

收缩应力也可视为由湿度变化产生的应力，温度的变化多伴随着湿度的演变，虽然混凝土内部湿度变化并不剧烈，但会受到外部湿度的影响。在T梁预制安装完毕后，混凝土会逐年凝固，并会伴随体积的收缩，尤其施工进程中为了保证混凝土的强度，其水泥占比较多，收缩反应也会相应的更加剧烈。

简单来讲，混凝土的收缩行为是伴随着混凝土凝固时期温度的变化同时发生的，内部的湿度伴随着问的提升逐步降低，其吸附水不再附着在毛细孔上，压力差加剧干缩现象愈加明显。为此，高温施工要注意及时养护，避免因缺水导致收缩应力过强，而极端低温也要避免冻融现象。

2.4 设计环节

完善的设计方案可以有效保障施工方向，提升工程质量，实际环节出现问题则会对整体工程质量产生决定性的消极影响，尤其是T梁预设，其拱度与马蹄尺寸等细微环节都会极大地影响施工，缺乏科学可行的设计方案，也是T梁裂缝常见成因之一。主要原因如下：①预制拱度与施工标准的矛盾，设计方在设计预应力T梁时忽略了实际施工标准施工技术难度的因素，或无法实施，或标准过分宽松，不符建设标准。据此，架设的T梁质量堪忧，结构性和抗压性都有待商榷。②过分关注纵向预应力，忽视上拱反作用力对横向应力的影响。③保护层不足，为降低自重而压缩马蹄部尺寸，致使实际工程进度中保护层过薄，加剧裂缝产生。

2.5 施工标准

2.5.1 模具偏差。好的设计方案要落实在施工层面上，首先遇到的就是模具制作过程，模具设计是否符合设计方案和施工标准，会对整体工程的质量产生至关重要的影响，在制定模具时首先要严格执行项目方提供的设计方案，在模具环节尽量将误差降到最低，为后续的浇筑张拉提供余地，同时也要符合相关技术标准，避免技术问题产生的质量问题。在模具安装时更要仔细注意安装位置，T梁位置预设失之毫厘对整体桥梁架设效果就会谬之千里，一定要完全符合桥梁位置[2]。

2.5.2 施工技术。具体的施工环节是除后期养护将方案变为现实的最后一个环节，也是把控整体工程质量的核心环节，据调查显示，T梁施工技术是许多T梁裂缝的重要成因。由于大部分施工现场在浇筑混凝土时会采取分部浇筑的方法，受整体T梁浇筑时间所限，不同位置的浇筑先后顺序不同，其温湿度变化产生的应力不同，极易产生裂缝。同时受T梁自重所限，在设计环节时马蹄部尺寸就相对较小，相对端部而言其配筋也相对复杂，在浇筑时压实的技术难度大，一有疏忽就极易成为整体T梁的薄弱板块，产生裂缝。最后在张拉预制混凝土的进程中，两端也极易因为受力不同造成离心作用，加剧缝隙形成。

综上所述，施工环节的环节众多，技术难度高，涉及要素多，一旦施工方案不符设计方案会加剧正常施工误差或不符实际情况都会加剧裂缝的形成。

3 施工处理

3.1 预前准备

预应力T梁所涉工序复杂、裂缝成因影响因素多，为了保证整体工程质量，减少裂缝形成，需要做好预前准备，设计方案要科学合理符合实际施工环境。首先，针对方案和施工标准选用建筑材料，要严格把控材料质量，避免因原材料问题产生裂缝；其次，要根据现场环境设计盐湖方案，尤其是温差较大地区，更要重视养护过程，延长养护时间，控制外部温度，保持表面湿度从而减少收缩，具体各环节时长因时因地而异；最后，要做好场地硬化、台座施工、施工原材料检测等等多方面的准备工作。

3.2 预中控制

在实际施工中，要根据工程情况合理选择施工技术，对马蹄和端部的钢筋严格按照施工标准排布，防止结构性裂缝吧，注意施工时间避免在暴晒温度巨大时进行浇筑环节，严格执行预前方案，选取科学的拆模时间和混凝土配比，尽量将温湿度导致的收缩控制在合理范围内，避免收缩性裂缝。

3.3 预后处理

混凝土裂缝是施工环节中常见的问题，T梁结构虽然相对简单，但是所涉环节仍然较多，通过预前和预中措施，可以避免大部分人力可控的裂缝，但仍有部分裂缝难以避免或已经形成，就要考虑预后处理，制定科学的修复方案以延长T梁寿命，提升整体质量，具体建议如下。

3.3.1 修复方案。①非结构性裂缝。非结构性裂缝多因收缩而成，分布在T梁表面，影响其耐久程度，但对安全性影响较小。对于宽度较小的裂缝，可以直接进行封缝处理，可在裂缝处涂刷树脂封闭胶即可，处理难度低。对于宽度较大的裂缝，为了避免修复不当造成的二次开裂，甚至加剧裂缝影响，需要谨慎保守处理，其首选主要材料为环氧树脂浆，对裂缝采取灌浆技术，并严格进行后续养护，养护结束要进行多次复检，确保其与其他混凝土无差异后结束修复工作。并且要对裂缝处进行长期监测。②结构性裂缝。相对非结构性裂缝而言，结构性裂缝裂危害性强且不易修复，随着裂缝的扩展会对整体架构产生结构性破坏，埋下极大的安全隐患，必须尽早地对其进行处理。常见处理方法为粘贴加固，主流材料仍为环氧树脂，但要注意对其进行压浆处理。

3.3.2 材料选择。好的修复方案对于修复裂缝延长T梁应用年限至关重要，但是选择合适修复材料的重要性也是毋庸置疑的，主要在于以下几个维度。首先，良好的流动性是其能够渗透到裂缝中发挥其修复作用的前提和保障；其次，材料强度要略高于混凝土强度，以免二次开裂；再次，在保障黏性的同时，要选取不具备收缩性的材料；最后，要适应外部复杂温差[3]。

4 结束语

综上所述，我国目前交通路线的架构正随着经济的快速发展而飞速前进，为了使交通布局更加合理，便于居民生活，桥梁架构势在必行。预应力混凝土T梁结构是目前我国在桥梁建设中普遍采取的方案，但是，随之而来的T梁裂缝极大地桎梏了桥梁的安全质量。本文从T梁建设中所涉及的材料质量层面、温湿度应力层面、施工涉及方案层面和施工实操层面入手，分析了裂缝的常见成因，并提出了一些避免裂缝的举措和修复方案。