钢筋混凝土T梁竖向裂缝机理分析及预防措施

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纳林川大桥是我公司承建施工的国道109线大饭铺至东胜段高速公路上的一座大桥，中心桩号为K685+049。本桥桥型结构为4×40＋4×40＋5×40＋5×40＋4×40米先简支后连续预应力混凝土“T”型梁桥，全桥共为五联，桥全长888.0米，设计为双向四车道，共220片T梁，T梁采用C55混凝土预制而成。桥位区属大陆半干旱气候，夏季干燥且昼夜温差大。自2017年4月22日开始进行梁片预制施工至2017年6月30日底止，先后发现部分预制T型梁在梁体中部腹板段出现竖向裂缝，每片1～5道不等。病害出现后，我们进行了大量的现场调研且进行综合分析，在研究分析的基础上采取了针对性的综合治理措施，收到了明显的效果。

钢筋混凝土T梁竖向裂缝机理分析及预防措施

一、T梁梁体竖向裂缝产生的机理分析

1．概述

通过现场调查，发现梁体裂缝均产生在梁体中间部位的腹板位置，一般与短边方向平行或接近平行，有的延伸至顶板或马蹄部位，有的只出现在腹板范围内，长短不一，裂缝的宽度大小也不一。具体裂缝产生区段见图1。

2．产生裂缝机理分析

经现场调查并研究分析，本工程梁体竖向裂缝主要是以下两种温度裂缝，这两种裂缝有的共存于一体，有的以单独的形式存在。

（1）梁体砼内外温差产生的表面裂缝，多平行于短边，基本上发生在配筋率小的腹板部位。这是由于梁体砼内部温度较高，外部温度较低，从而造成内部膨胀受压，表面收缩受拉。当收缩拉应力大于砼抗拉强度时，即导致梁体表面裂缝的产生。

本工程40mT型梁设计采用C55高强砼，水泥用量大，裂缝裂缝水化热高，早期收缩强烈。同时施工时处于夏季高温季节，且昼夜温差大，因此养护时必须要做好砼的降温和保温工作，避免砼内外温差过大（＞15℃）而引起的温度裂缝。实际施工时养护不能到位，如：外模没有洒水降温，同时拆模过早（24h），失去了白天隔热、夜间保温的作用；24h拆模后喷涂养护液，起不到高温隔热、低温保温的作用，同时腹板等部位的砼只能靠砼生产中的拌合用水，难以达到湿润养生、冷却降温的目的。综合以上因素，易造成砼内外温差过大，当砼表面的收缩拉应力超过砼的承耐能力时即产生表面裂缝。由于腹板配筋率低、水平钢筋间距偏大，故最易出现竖向表面裂缝。

（2）梁体温降收缩受底模约束而产生的变形约束裂缝，中间较密，一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现。竖向裂缝基本上分布在中间20m左右范围内比较薄弱的腹板处，个别甚至延伸至顶板处，每片1～5道不等。

梁体温缩受到底模约束，在梁底与底模接触面上因摩擦、粘结作用产生的剪力阻止梁体缩短，这等于使梁体受到拉伸，对底缘的拉伸大，向上渐减；其在梁长截面上引起的水平拉应力也是底缘的最大，向上渐减。此拉应力由梁体砼及钢筋的水平拉力来平衡，当此拉应力大于梁体砼的抗拉强度时，即产生竖向裂缝。40mT型梁，底板（马蹄）配筋率最高，其次为顶板（翼板），腹板配筋率最小（仅配置构造钢筋），故竖向裂缝一般出现在腹板部位。个别梁片底模对梁截面产生的拉应力较大时，才延伸至顶板（翼板）部位。最严重者，甚至连马蹄也出现裂缝。

同时40mT型梁，两端结构尺寸大，质量重，相应摩阻力也大。梁片整体收缩时受两端的牵制作用，相当于给梁体中部施加一个外拉力，从而导致裂缝大多发生在中间20m左右范围内的腹板部位。

梁底剪力大小与底模类型有密切关系，底模平整度、光洁度越好，其梁底剪力就越小；反之则越大。经现场调查，出现裂缝的均为白铁皮底模。白铁皮底模由每块约1m左右的白铁皮相互拼接而成，每片梁有39道拼接缝，拼接缝不

收稿日期：2017-08-19 作者简介：杨庆中（1971-），男，安徽太湖人，中铁十六局集团第三工程有限公司工程师，主要从事工程实践及施工技术研究。

214 中国水运第08卷平顺，均有坎台，阻力较大。5标纳林川大桥共有30个白铁皮底模的制梁台座，首次使用时仅1片梁出现竖向裂缝，第二次重复使用时20片梁出现裂缝，裂缝出现机率与首次相比增加20倍。这时由于白铁皮底模第一次使用后变形较大，特别是拼接缝更是错台严重，普遍存在着水泥浆液经拼接缝进入白铁皮底模下方致使底模更不平顺，这些因素成倍地增加了底模阻力；同时每个台座首片梁预应力张拉后，梁片上拱（中部3～4cm左右），仅两端支承受力，导致台座两端或多或少有些局部变形下沉，增加了台座的不平顺。以上这些原因，导致白铁皮底模重复使用时，梁底所受的剪力（阻力）大大增加，从而使裂缝出现的概率也相应地大大增加。3标贾浪沟大桥首次使用白铁皮底模，3片梁出现裂缝，主要原因是白铁皮底模表面未涂脱模剂，并且接头存在着与梁收缩反方向的错台现象，从而相应地增加了梁底剪力（阻力）。

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二、梁体竖向裂缝的主要预防措施

1．改变底模结构类型。将白铁皮底模改为钢板底模（厚度为5～8mm），严格打磨、除锈，并喷涂脱模剂，确保底模表面平顺、光洁、润滑，尽量减少梁底阻力（剪力），为梁体自由伸缩尽可能地创造条件。并对已经出现破损的台座的破损部分凿除，重新浇筑混凝土。

2．控制梁体温降幅度（温差），减少梁体温降收缩量。本地区昼夜环境温差大（达15℃左右），为达到减少梁体温降幅度的目的，采取“白天浇水降温，晚上覆盖保暖”的措施。

3．增加腹板的配筋率。裂缝均出现在腹板部位，说明腹板配筋不足。出现竖向裂缝说明必须加密水平布筋间距，以改善腹板受力性能，增强梁体收缩的抗拉强度能力。

4．为缩短腹板φ10mm水平构造筋的受力延伸率，尽量减少腹板砼的温差拉应力，φ10mm盘条钢筋应采用5t卷扬机（或装载机）冷拉调直，并施予一定的预拉应力（钢筋调直机，只能调直，无法施予预拉应力）。

5．在满足砼设计强度等级和施工工艺的前提下，合理调整原砼配合比。一是改善骨料级配来减少水泥用量，将水泥用量从原497kg/m3降至476kg/m3，以降低水化热（每减少10kg水泥可降低水化热1℃）。同时在既有条件下，为进一步降低混凝土的水化热，在试配满足要求的前提下，又在混凝土中掺入级别为S95的粒化高炉矿渣粉133 kg/m（为3水泥用量的30%左右），将混凝土中水泥用量又降为343kg/m3，这样就大大的降低了混凝土的水化热，减少了混凝土内外温差；二是控制坍落度，将水灰比控制在0.34左右，坍落度控制在120mm以内，以减少砼收缩率，提高砼强度；

6．改进砼拌合和运输方式。采用自动计量拌合站生产砼，砼运输车运输，以避免砼生产不准确性和运输离析现象，确保砼性能的可靠性和均衡性。

7．控制砼入模温度。夏季砼浇注时尽量采用低温入模，控制砼入模温度在30℃以下。根据本地区气候条件，夏季梁片预制施工安排在早晨或傍晚进行，避免环境高温带入砼内。必要时砂石料浇冰水降温，以降低砼原材料的温度。

8．严把砼浇捣质量。浇捣时，振捣棒要快插慢拔，根据不同的砼坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣工艺，以排除泌水、砼内部的水分和气泡。特别要加强腹板及腹板与马蹄相连的倒角处的浇捣质量，因为腹板厚度薄（20cm），配筋少，是梁体最薄弱的部位，而倒角处是最易出现应力集中现象。倒角处在模板外侧用木锤或橡胶锤敲击，有利于气泡排出。

9．确保砼在初凝时间内浇注完毕，以加强砼的整体强度，并避免因台座不均匀下沉而生产的沉降裂缝。

10．加强砼养护工作。C55高强砼，水化热高，早期收缩强烈，加上本地区气候干燥、温差大，故要特别注意砼养护工作。砼浇筑后，及时用湿润的土工布或麻片等覆盖顶板，并注意洒水养护，始终保持湿润状态。对于四周的侧模进行浇水降温，确保砼内外温差控制在15℃以内，避免梁体表面裂缝的产生。砼初期升温较快，内部温度高峰值集中在浇筑后的3～5d内，一般3d内可达高峰值。为加强砼温度的监控（一般初期每2h测一次，3d后4～6h测一次），现场按照既定的频率分别测量梁体波纹管内及梁体表面的温度，并根据测量结果及时采取冷却、保温措施。拆模后腹板及时采用土工布覆盖，并洒水始终保持湿润状态，直至到浇注砼一周后为止。养护液喷涂需待砼水化热完全开始下降时的7d后进行。

三、结语

对于高标号的混凝土而言，要想控制其不产生裂缝，在施工中从原材料的选购，到混凝土的配合比，到生产、运输，再到其施工工艺，乃至后期的养生等各个环节均必须进行严格的控制。从本工程的事例来看，通过对裂缝产生原因的调查、分析并采取上述措施来控制，取得了良好的效果。目前所预制生产的近100片梁均未出现裂缝。

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