周 強

(中鐵二十局集團第四工程有限公司)

1 概 況

中鐵二十局集團有限公司承建的非洲本格拉鐵路全長1 344 km，新建卡通貝拉大橋位于既有鐵路橋下游，橫跨卡通貝拉河，設(shè)計為雙線6～32 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁橋，左線為本格拉鐵路，右線為機場線，全橋共計16 片直線梁、8 片曲線梁，預(yù)制梁場設(shè)置在橋頭卡通貝拉車站旁空地處，T 梁采用《房橋施－2059 圖》預(yù)制。

北京房山2059 號鐵路簡支T 梁計算跨度32 m，梁全長32.6 m，梁高2.5 m，跨中斷面腹板厚度160 mm，下翼緣底寬880 mm。采用φ50 橡膠抽拔管成孔，直線梁設(shè)20 根管道，曲線梁設(shè)23 根管道。本梁設(shè)計采用C50混凝土，為預(yù)應(yīng)力后張梁。該梁既長又窄，縱向普通鋼筋配置很少，下翼緣均為構(gòu)造配筋，縱向鋼筋最大為二級Ф10 mm 鋼筋，水泥用量多，對其覆蓋灑水養(yǎng)護，在張拉前很容易出現(xiàn)裂縫。

在第一片試驗梁施工中，混凝土配比采用1∶1.176∶2.284∶0.34∶0.016(水泥∶沙∶碎石∶水∶高效減水劑)，開盤時間選擇在下午16∶00 開始澆筑，4 h 混凝土澆筑完畢。初凝后采用覆蓋灑水養(yǎng)護。澆筑后第三天預(yù)制梁拆模，在梁的1/2 和1/4 處由下翼緣開始出現(xiàn)兩道豎向裂縫，在1/2 處裂縫長度1.3 m，在1/4 處裂縫長度0.9 m，寬度約0.05 mm。

針對預(yù)制T 梁的開裂，通過對施工工藝分析總結(jié)，在以后的預(yù)制T 梁施工中，主要對混凝土配合比的外加劑摻量做了調(diào)整，將外加劑用量由1.6%調(diào)整到1.2%;其次是混凝土澆筑時間選擇在下午18 點開始;考慮到局部溫差可能產(chǎn)生的裂縫，外加劑增加了緩凝成分，減緩了混凝土的水化反應(yīng)，在混凝土終凝后開始覆蓋麻袋片灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不小于14 d。后面施工的預(yù)制T 梁均再未出現(xiàn)裂縫。

2 裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

由于混凝土屬于脆性不均質(zhì)體，其抗拉強度僅為抗壓強度的1/10～1/20，抵抗拉應(yīng)力的能力很低，當(dāng)梁體變化產(chǎn)生拉應(yīng)力(或拉伸應(yīng)變)大于其混凝土抗拉強度(或極限拉伸值)就會發(fā)生裂縫。預(yù)制T 梁裂縫主要有三種成因:(1)溫度裂縫;(2)收縮裂縫;(3)外力裂縫。

2.1 溫度裂縫

澆筑混凝土過程及以后的養(yǎng)護環(huán)境中，晝夜溫差比較大，實測溫差大于10 度，由于混凝土線膨脹系數(shù)為1.0 ×10－5，按照10 度溫差計算混凝土伸縮值為3.26 mm，每端的伸縮值為1.63 mm。對由于溫差引起的應(yīng)變，道碴槽上部為自由活動，其外界主要對其有直接影響的是預(yù)制梁的臺座約束下翼緣收縮，如果臺面與混凝土摩擦系數(shù)小，則對梁熱脹冷縮的約束就小;其預(yù)制梁的內(nèi)因主要是溫度應(yīng)力鋼筋的配置，通過在預(yù)制梁底部配置溫度應(yīng)力筋防止混凝土冷縮開裂。

本類型預(yù)制梁在臺座施工中臺面安裝鋼板，并刷優(yōu)質(zhì)6∶4的柴機油隔離劑，梁端臺座預(yù)留孔孔徑達到預(yù)留螺桿的10 倍，并灌注黃油防止混凝土漿流入臺座預(yù)留孔約束支座預(yù)埋鋼板上外伸螺桿在熱脹冷縮時自由活動。選擇在夜間進行混凝土澆筑，在第二天氣溫下降時，混凝土強度增長一部分，起到一部分抗拉作用。該梁梁肋部分為全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，配筋均按照構(gòu)造要求配置，可以通過按照混凝土強度增長情況，對預(yù)應(yīng)力束分次張拉，一般情況是在混凝土水化反應(yīng)中，通過對混凝土灑水降溫以減小溫度線膨脹，其次是張拉控制，這里的預(yù)應(yīng)力梁混凝土水化反應(yīng)在預(yù)制混凝土澆筑完成后18 h 后，水化熱下降，如果環(huán)境溫度同時也下降，預(yù)制梁就會出現(xiàn)冷縮現(xiàn)象，在這時張拉很是關(guān)鍵，通過張拉施加外力使混凝土回縮。

2.2 收縮裂縫

混凝土施工中收縮裂縫主要通過原材料控制和施工控制。

(1)原材料控制

混凝土原材料控制主要包括:確定水泥強度等級，水泥強度等級的確定原則是要與混凝土的設(shè)計強度等級相適應(yīng)，配置高強度等級的混凝土?xí)r水泥強度等級取混凝土設(shè)計強度的0.9～1.5 倍。由于安哥拉資源較為緊缺，缺少粉煤灰等礦物摻合料，為降低水膠比，保證混凝土強度確定采用P.O 52.5水泥;對進場的砂石材料進行篩洗，控制砂石料的含泥量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對砂石材料進行堿活性試驗，堿活性超過標(biāo)準(zhǔn)值時，需采取抑制堿骨料反應(yīng)的技術(shù)措施(經(jīng)檢測，砂石料堿活性符合標(biāo)準(zhǔn)要求，不需要采取抑制堿骨料反應(yīng)的技術(shù)措施);減水劑選擇對水泥適應(yīng)性強、摻量小、減水率高的鐵園牌TY－5A 高效減水劑，嚴(yán)格控制進場檢驗。

現(xiàn)場第一片預(yù)制梁施工過程中，試驗室根據(jù)梁的施工情況，為保證較高的混凝土強度，將減水劑摻量提高到1.6%，而鐵園牌的TY－5A 減水劑推薦摻量為0.3%～1.5%，據(jù)該減水劑實驗資料證明，減水劑摻量增加，減水率增大，混凝土易出現(xiàn)離析，雖然同坍落度降低了水灰比，增加了混凝土強度，但是混凝土收縮增大，混凝土易產(chǎn)生收縮裂縫。將減水劑使用摻量控制到1.2%，提高了水灰比，混凝土的強度滿足設(shè)計要求，和易性滿足施工要求，在以后的預(yù)制梁施工中均沒有出現(xiàn)裂縫。

(2)施工控制

混凝土施工中主要包括優(yōu)化配合比，在保證和易性及混凝土強度下減小混凝土的水灰比，降低砂率，減小水泥用量;加強澆筑混凝土振搗，控制混凝土灌注方法，采用斜向水平分層澆筑方法，始終由一段開始向另一端澆筑，以防止出現(xiàn)漏搗或者分層過厚出現(xiàn)。加強混凝土養(yǎng)護，防止局部溫差產(chǎn)生不均勻收縮，減緩水泥水化反應(yīng)，嚴(yán)格控制混凝土在拌制過程中用料的偏差及攪拌時間，選擇混凝土入模溫度，盡量在一天中氣溫比較低的時候澆筑混凝土。

2.3 外力裂縫

(1)張拉時間控制一般通過混凝土強度而定，一般在沒有設(shè)計要求的情況下，規(guī)范規(guī)定混凝土達到75%就可以對預(yù)應(yīng)力進行全部張拉，而本梁在對混凝土強度達到60%時即張拉且張拉到設(shè)計預(yù)應(yīng)力的50%。在本梁施工中為更有效的控制豎向裂縫的產(chǎn)生，在混凝土澆筑后的第二天就對N1 號束進行張拉，然后根據(jù)混凝土強度的增長，逐根張拉，因為每束施加預(yù)應(yīng)力噸位小，N1 號束施加的張拉壓應(yīng)力沒有對梁產(chǎn)生縱向水平裂縫，高標(biāo)號的預(yù)應(yīng)力混凝土強度增長比較快，對預(yù)制梁施加壓應(yīng)力能比較好的控制豎向裂縫的產(chǎn)生。

(2)一般規(guī)范規(guī)定，混凝土強度達到2.5 MPa 就可以對側(cè)模進行拆除，預(yù)應(yīng)力混凝土強度增長比較快，環(huán)境溫度在18～25 ℃時，一般在混凝土澆筑后的次日就對模板進行拆除。這里拆除每塊模板的面積比較小，每塊模板總面積約13 m2，模板和混凝土的切向粘著力和法向粘著力均不會對預(yù)制梁有較大的影響。

(3)外部施工環(huán)境中產(chǎn)生的應(yīng)力主要包括附近既有線火車經(jīng)過時產(chǎn)生的振動和施工中鐵路路基碾壓時產(chǎn)生的振動，兩處距離預(yù)制梁臺座大約100 m，施工中通過對第一片T梁及以后施工T 梁的觀測，外部應(yīng)力產(chǎn)生的振幅比較小，沒有對預(yù)制T 梁產(chǎn)生任何影響。

(4)本梁場設(shè)置五道制梁臺座，臺座基礎(chǔ)梁端處混凝土厚度為150 cm，其余厚度為30 cm，預(yù)制梁混凝土澆筑前后觀測沒有發(fā)現(xiàn)臺座有變形和沉降，其地基承載力及壓縮模量均能滿足預(yù)制梁施工要求。

3 結(jié)束語

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁產(chǎn)生裂縫很常見，但通過采取一些預(yù)防措施可以防止裂縫的發(fā)生。通過預(yù)制T 梁施工的實踐證明，對原材料的控制尤其是減水劑類型、摻量的選用，混凝土入模溫度的選擇，混凝土的前期養(yǎng)護，充分保持潮濕，盡早對預(yù)制T 梁進行張拉，防止混凝土在冷縮出現(xiàn)收縮裂縫，對預(yù)制T 梁的裂縫控制是成功的。預(yù)制T 梁裂縫的有效控制，對結(jié)構(gòu)物的耐久性和使用功能以及結(jié)構(gòu)物的美觀都是必要的。