装配式预应力混凝土T形梁连续结构调平层裂缝浅析

在高等级公路建设中，近年来较多地采用先简支后连续的体系转换结构桥梁，梁的结构型式有预应力空心板梁、预应力混凝土箱梁、T形梁等，目前我国北方地区用得最多的装配式简支梁是T形梁，这种形式的桥梁预制简单，肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架，主梁之间借助间距4-6米的横隔梁来连续，整体性好，为了有利于安装，在保证抗剪的条件下尽可能减小梁肋的厚度，以期减小构件自重，这是目前钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥的发展趋向。为了解决简支梁桥具有较多施工缝而影响行车舒适性问题，同时综合考虑梁桥跨径布设，因此，预应力组合T形梁和沥青混凝土桥面铺装之间设计一层调平层，该调平层厚度一般为6-10cm，它既起到调整与控制桥面高程的作用，又起到防水防腐作用，对确保桥梁使用安全、耐久，该调平层的施工尤为重要，但在实际施工中，调平层经常出现裂纹或裂缝，严重影响桥梁使用的耐久性和安全性，甚至造成桥面路面损坏。


1.工程概况
上桃花大桥采用2*（5*25m）共两联预应力混凝土T梁连续的结构形式，5号墩顶及0、10号台顶设伸缩缝各一道，其它支座墩顶为现浇连续段。该桥面调平层为10厘米厚C50混凝土，外加聚羧酸高性能减水剂0.8%。


2.聚羧酸高性能减水剂的性能
聚羧酸高性能减水剂具体有掺量低、减水率高、混凝土拌合物坍落度保持性能优异、增强效果显著、低收缩、低含碱量、引气量适中、环保性能好等特性。


3 .预应力混凝土T梁顶面调平层缝的施工及其裂情况
结合上桃花大桥的施工情况，调平层混凝土养生结束后，经仔细检查发现绝大部分混凝土调平层表面无裂缝，部分调平层尽管使用了聚羧酸高性能减水剂还是产生了不规则的细小裂纹或裂缝，这些细小裂纹宽度均较小，须仔细观察才能发现，或者在桥面调平层上的雨水即将蒸发完时，裂纹比较清晰；在局部也有极少量调平层出现裂缝，裂缝宽度达0.1mm，为不规则裂缝，其裂缝深度较浅，还有一部分调平层起初无裂纹，经过2至3个月后，调平层上出现裂纹，裂纹宽度逐渐增大。上述大部分裂纹或裂缝分布呈不规则状，但也有少量横向和斜向裂缝存在。


4．产生裂缝的原因
实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：


4.1 调平层厚度不均匀对裂缝的影响
首先，在施工图设计中，桥面横坡通过桥墩调整，设计要求T梁顶面横坡与桥面横坡相同，但在T梁预制时，为保证混凝土振捣密实，因此，很难保证T梁顶面横坡与设计图纸规定的3.0%横坡相同，由此可能引起的最大高差为5.5cm；其次，由于装配式T梁为预应力混凝土结构，其反拱度在预制时很难保证绝对一致，所以，相邻T梁之间因拱度不一致而造成顶面高程存在差异；再次，T梁在安装时垂直度很难保证准确无误，临时支座的不均匀沉降及高程误差也是引起梁顶有错台的原因。因此，10cm调平层厚度就很难控制一致，薄层混凝土厚度的不一致性，极易造成其产生不规则裂缝。


4. 2 调平层与T梁粘结效果对裂缝的影响
大面积的施工调平层，施工单位难以保证把T梁顶面的浮浆层全部凿除，这样就造成10cm混凝土调平层与T梁存在隔离层，即两者之间没有牢固粘结，在施工现场，用锤子敲击，根据所发出的声音明显不同，可加以区别，如此薄的混凝土调平层，必然产生裂纹或裂缝；其次，按设计图纸要求，T梁上浇筑一层10cm的调平层，按常规施工工艺要求，浇筑调平层之前，应将其表面清污、凿毛、润湿后再浇筑调平层混凝土，但从现场凿毛工作来看，少部分凿毛工作不彻底，表现在部分裂缝处，用敲击方法可基本判断此处调平层混凝土与T梁之间有“突空”现象，在反复外荷载以及温度应力作用下，对于周边固定又存在变形的溥板而言，最容易产生龟裂。


4.3 调平层中的钢筋网安放不当对混凝土调平层裂缝的影响
本桥采用φ12绑扎钢筋网，间距为15×15cm，钢筋搭接长度为42cm，净保护层厚度为3cm，网片下垫已预制好与调平层混凝土标号相同的混凝土垫块，呈梅花形均匀布设，但由于垫块是人为放置，有可能部分垫块放置不均匀，所以不可避免地造成部分网片下落到T梁表面而致使净保护层厚度增大，这样就不能保证钢筋网的平整，从而削弱钢筋网应有的防裂作用。


4.4 调平层混凝土的养生对裂缝的影响
混凝土浇筑后，在一定时间内必须保持足够的湿度。否则将导致混凝土失水干燥，而水化作用未能充分完成，造成混凝土内部结构疏松表面极易出现干缩裂缝。装配式T梁顶面调平层混凝土起初采用洒水养生，由于桥面横坡为3%，因此，用于养生而洒的水容易沿调平层顶面流失，这种方法对薄层混凝土养生极为不利，主要因为其保水功能差，养生期间缺水易引起混凝土开裂，经分析后，采用土工布覆盖养生，其效果大为改善。


4.5 调平层混凝土碳化收缩引起混凝土表面龟裂
由于混凝土质量较差（水泥用量较低、水灰比较大）或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀渗透到混凝土内甚至炭化到钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2-4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝。另外，空气中的CO2与混凝土中的碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，混凝土碳化引起的收缩仅限于混凝土表层，只产生混凝土的表面裂缝附带有起皮现象。


4.6 在荷载反复作用下，混凝土调平层由原先裂缝较少、整体受压，后逐渐变为局部受压，出现应力集中，久而久之，裂缝数量和宽度将增加，这也是调平层施工结束后起初裂缝少，后期裂缝多的原因之一。


4.7 调平层混凝土的配合比不当引起混凝土的干缩裂缝
在混凝土中，水在其中是以化学结合水、层间水、物理吸附水状态存在，当这些水在混凝土硬化过程中失去时，水泥浆体就会收缩，从配合比来看，虽然混凝土的水泥用量、集料粒径、细集料含量等对混凝土的干缩有影响，但最重要的影响因素还是混凝土的单位用水量。混凝土的单位用水量越小，其自由收缩应变值越小，但在实际施工中，过小的单位用水量，往往满足不了混凝土施工和易性的要求，施工中混凝土若采用泵送混凝土，坍落度较大，易引起混凝土开裂。


4.8 防裂钢筋配筋率μ对裂缝的影响
实验表明，当钢筋直径相同钢筋应力大致相同的情况下，裂缝宽度随着μ的增加而减小，当μ接近某一数值（μ≥0.2时），裂缝宽度接近不变。


4.9 振捣梁前进过程中滑移引起的斜向裂缝
首先设计图纸要求桥面横坡为3.0%，这样高频振捣梁在滑道上的前进过程中就要向低的一侧滑移，由此产生合力，后续收面工作搓揉遍数不够就产生斜向裂缝，其次振捣梁行进速度偏快时振捣不密实，经观察分析振捣梁行进速度以0.6米/分为宜。


5.调平层混凝土裂缝防治措施
5.1 调平层与T梁应严格按层间施工缝处理
施工中应采取多项措施确实做好T形梁表面浮浆等凿除工作，确保调平层厚度基本均匀，其中包括T梁预拱度的控制、梁顶面3%横坡控制、T梁安装高程的控制等，同时要注意调平层与T梁顶面粘结问题，即装配式T梁顶面一定要凿毛与润湿，润湿时应注意用水量的控制，过湿或过干都不利于调平层与T梁的粘结。


5.2严格控制钢筋网在调平层中的平整与位置
钢筋网在调平层中主要起防裂以及传递荷载作用，因此，必须保证钢筋网片净保护层厚度，若钢筋网片直接安放在梁顶面或净保护层过小都起不到应有的防裂作用。为保证钢筋网片的平整，首先，在纵横两个方向都要用绑丝隔一个结点绑扎一道并呈梅花状分布，使其具有一定的刚度。其次，在测好铺装层顶高程后横向拉线，在确保净保护层的前提下支垫钢筋网尽量使其平整。


5.3 在施工中应合理控制振捣时间和移动速度，最后采用人工收浆时应加强对混凝土的搓揉，并要控制好搓揉时间和搓揉遍数。


5.4 把握好收面时间，收面是在混凝土的塑性状态进行的，一般在混凝土由向固性状态的前0.5-1小时为宜，且调平层表面收为略带麻面，若收为光面易出现裂缝。


5.5 严格控制调平层混凝土配合比及其养生
在调平层混凝土施工中，水灰比的控制应十分重视，水灰比太大极易产生调平层的干缩，因此，在满足施工的条件下，混凝土的坍落度应尽量小，同时应重视调平层混凝土的养生，根据部分试铺经验，宜采用土工布覆盖养生，覆盖养生时间最好控制在5-6天，另外也不能因掺加了聚羧酸高性能减水剂而放松对混凝土的养生。


参考文献：
[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1985.
[2]毛鹤琴.土木工程施工[M].武汉：武汉理工大学出版社，2004.
[3]交通部第一工程局.公路施工手册（桥涵）[M].北京：人民交通出版社，1990.
[4]GoodRoadⅠ产品说明.
[5]中国建筑学会混凝土外加剂应用技术专业委员会.聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.









分享到：