摘 要：對于橋梁工程而言，預(yù)應(yīng)力混凝土的耐久性是結(jié)構(gòu)壽命的重要決定因素。高寒陰濕地區(qū)常年氣溫低、晝夜溫差大。近年來，大量的工程實踐表明，橋梁混凝土工程在該地區(qū)惡劣的自然環(huán)境下，梁板受到凍融破壞的影響，混凝土表面會脹縮、風(fēng)化剝蝕甚至產(chǎn)生裂縫，部分裂縫在不利環(huán)境、氣候條件和荷載的作用下，不斷延伸擴(kuò)展，削弱梁板的剛度和強(qiáng)度，降低梁板的耐久性，甚至?xí)l(fā)生坍塌，影響后期營運(yùn)安全。文章通過甘肅省甘南某橋梁工程，結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗，從施工實際出發(fā)，研究分析高寒陰濕地區(qū)混凝土梁板裂縫產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)的措施，為相關(guān)工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：裂縫；混凝土；高寒陰濕

中圖分類號：U445.57"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，道路建設(shè)在交通運(yùn)輸中發(fā)揮著越來越重要的作用。裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁屬于當(dāng)前主流的橋梁類型之一，該橋梁的施工工藝與其他類型橋梁相比具有施工難度小、建造成本低、維修養(yǎng)護(hù)簡單、使用年限長、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點。但由于混凝土結(jié)構(gòu)普遍具有抗拉強(qiáng)度低、容易開裂產(chǎn)生裂縫的缺點，裂縫的存在會直接影響后期施工質(zhì)量及建設(shè)進(jìn)度，增加橋梁建設(shè)及后期養(yǎng)護(hù)成本，影響橋梁工程實體的耐久性及安全性[1-2]。由于甘肅省甘南藏族自治州位于高寒陰濕地區(qū)，常年氣溫低、晝夜溫差大，施工質(zhì)量管控措施也與其他地區(qū)存在較大差異，引起混凝土裂縫的原因和防治措施也頗有不同[3]，文章結(jié)合甘肅省甘南某項目預(yù)應(yīng)力梁板現(xiàn)場預(yù)制施工，對施工過程中預(yù)應(yīng)力梁板產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行綜合分析，提出相應(yīng)的解決措施，有效避免裂縫對箱梁實體質(zhì)量的不利影響，提高橋梁工程耐久性和安全性，為類似工程提供參考。

1裂縫種類

1.1縱向裂縫

縱向裂縫是比較常見的裂縫之一，裂縫平行于梁板方向，一般出現(xiàn)在箱梁腹板及底板位置，對應(yīng)預(yù)制梁板縱向主筋位置，開裂較大處常伴隨混凝土起皮或混凝土保護(hù)層脫落，梁板鋼筋漏出，部分出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，如果縱向裂縫不及時有效處理，裂縫會在預(yù)應(yīng)力荷載及自重作用下在混凝土表面快速延伸，寬度也會逐漸變大，水分會從縱向裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在雨天潮濕、冬季寒冷等極端天氣條件下，對預(yù)應(yīng)力梁板鋼筋造成嚴(yán)重銹蝕，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞[4]，影響橋梁工程耐久性與安全性，甚至項目工程安全。

1.2斜向裂縫

斜向裂縫位于預(yù)制梁板根部受剪區(qū)或彎起筋外端部，為一條或多條從箱梁底板向梁中方向延伸，夾角約45°角走向的斜向裂縫[5]。斜向裂縫多出現(xiàn)于地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降幅度較大的區(qū)域或預(yù)制梁板內(nèi)部與周圍環(huán)境濕度、溫度出現(xiàn)較大變化，混凝土凝結(jié)速度不一致，導(dǎo)致預(yù)制梁板在2個區(qū)域的交界位置出現(xiàn)斜向裂縫。

1.3橫向裂縫

橫向裂縫垂直于梁板方向，大部分橫向裂縫多位于混凝土梁板中段，單條橫向裂縫上下基本同寬，部分裂縫為中間寬兩端窄，沿梁板兩側(cè)腹板呈對稱狀態(tài)，一般跨中橫向裂縫寬度最大，下寬上窄，沿梁板兩側(cè)腹板呈對稱狀態(tài)。此類裂縫一般在梁板承受荷載時，梁板底部受拉區(qū)鋼筋與混凝土共同受力，受拉區(qū)邊緣應(yīng)變大于混凝土受彎極限拉應(yīng)變時，出現(xiàn)受拉區(qū)混凝土開裂，該類裂縫一旦出現(xiàn)，即具有一定寬度，并沿腹板垂直于梁板方向延伸至一定高度到箱梁翼緣板根部位置[6]。

2工程概況

工程所在地屬甘南藏族自治州，位于中國甘肅省西南部，地處青藏高原東北邊緣與黃土高原西部過渡地段，沿線海拔2400～3700 m，相對高差達(dá)1300 m，平均海拔2960 m，屬甘南高寒陰濕區(qū)，施工周期短，年平均氣溫4.6℃ ， 7月平均氣溫最高，達(dá)14.8℃ ， 1月平均氣溫最低，達(dá)-7.6℃ ， 極端最低溫度-25℃ ， 日最大溫差可達(dá)26℃ ， 晝夜溫差大，自然災(zāi)害頻繁，主要是霜凍、寒潮、強(qiáng)降溫等。

3現(xiàn)場勘察及檢測情況

預(yù)應(yīng)力混凝土梁板預(yù)制施工從2020年10月開始施工，梁板采用單箱單室截面，跨徑為20 m，預(yù)制梁高為1.2 m，預(yù)應(yīng)力采用3組共計6束鋼絞線，鋼束張拉采用兩端對稱張拉。2021年3月10日，現(xiàn)場監(jiān)理、項目部、試驗室對2020年完成的預(yù)應(yīng)力混凝土梁板進(jìn)行質(zhì)量回頭看檢查，發(fā)現(xiàn)2020年預(yù)制的部分梁板出現(xiàn)不同程度裂縫，為了解裂縫形成原因并為下一步處理提供依據(jù)，項目組織技術(shù)人員對梁板裂縫通過尺量、觀儀器檢測等檢查手段對梁板裂縫的長度、走向進(jìn)行檢測和描繪，結(jié)果見表1。通過排查發(fā)現(xiàn)大部分裂縫出現(xiàn)在腹板位置，沿著梁板梁端縱向斷續(xù)或連續(xù)展開，部分裂縫延伸方向與梁板預(yù)應(yīng)力波紋管道走向高度重合，個別梁板腹板裂縫處還出現(xiàn)了滲漏水痕跡。

4裂縫成因分析

4.1原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

混凝土是由水泥、砂、粗細(xì)集料、外加劑等多種原材料按照設(shè)計的配合比組合而成，屬于混合型材料?；炷帘旧聿牧腺|(zhì)量的優(yōu)劣將對混凝土施工質(zhì)量有著直接的影響，水泥的品種、安定性、凝結(jié)時間，粗細(xì)集料的含泥量，減水劑，速凝劑等外加劑的含量，含水量的多少等都會影響混凝土各種原材料之間的化學(xué)反應(yīng)，從而影響混凝土的工作性能，導(dǎo)致在施工過程中，由于混凝土產(chǎn)生的大量水化熱未及時揮發(fā)，混凝土自身溫度升高，混凝土內(nèi)部和外部的溫度逐漸失去平衡，混凝土冷卻收縮產(chǎn)生裂縫。該橋梁工程混凝土為 C50混凝土，水泥采用高品質(zhì)硅酸鹽水泥，粗骨料采用連續(xù)級配，碎石最大粒徑不宜超過20 mm，工地試驗室定期對混凝土各項原材料進(jìn)行抽樣檢測，原材料各項指標(biāo)都處于可控狀態(tài)，混凝土工作性能良好，因此原材料質(zhì)量不是本次裂縫的主要原因。

4.2施工工藝不當(dāng)

混凝土施工中所使用的模板需要具有良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保障混凝土結(jié)構(gòu)的整體剛度，所選用模板如水平支撐少或剪力撐支撐不牢，混凝土澆筑過程中必然會導(dǎo)致模板變形、斷裂等情況，造成跑模，漏漿，后期混凝土結(jié)構(gòu)形成裂縫?；炷翝仓┕ひ彩潜ＷC梁板預(yù)制施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，在混凝土澆筑環(huán)節(jié)混凝土澆筑時間過長，沒有充分考慮混凝土運(yùn)輸過程中的水分損失問題，混凝土坍落度和易性不符合要求，待混凝土初凝后會增大混凝土孔隙率，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)[7]。同時在混凝土澆筑施工中，應(yīng)加強(qiáng)振搗，及時排出混凝土中殘余的空氣，減少混凝土結(jié)構(gòu)開裂的情況。該橋梁工程模板采用整體定型鋼模，模板安裝前進(jìn)行試拼，有效消除誤差，整體滿足梁體尺寸要求，鋼板面板厚度應(yīng)不小于3 mm，滿足施工工況下的強(qiáng)度和剛度要求，表面平整，拆卸方便。梁板預(yù)制施工時，梁端2 m范圍內(nèi)及錨下混凝土局部應(yīng)力大、鋼筋密、要求振搗密實，嚴(yán)控其施工質(zhì)量，而施工人員在施工時對混凝土振搗重視程度不足，沒有分層澆筑，分層振搗，且梁端2 m 范圍內(nèi)及錨具波紋管部位鋼筋密集，局部沒有被混凝土完全包裹，振搗不充分、漏振造成混凝土內(nèi)部存在氣泡，結(jié)構(gòu)受力不均引起后期開裂，因此混凝土振搗不充分是引發(fā)該橋梁工程產(chǎn)生裂縫的原因之一。

4.3結(jié)構(gòu)承受荷載

在道路橋梁工程設(shè)計和施工過程中，由于設(shè)計人員設(shè)計經(jīng)驗不足、計算錯誤、設(shè)計過程中參數(shù)誤差等方面因素的影響，使得設(shè)計圖紙不符合現(xiàn)場施工實際，結(jié)構(gòu)設(shè)計存在漏洞，導(dǎo)致后期施工過程混凝土應(yīng)力結(jié)構(gòu)分布不均勻，引起混凝土構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生不均勻沉降，產(chǎn)生沉降裂縫。此外橋梁工程通車運(yùn)行后，橋梁工程需要承受較大的汽車運(yùn)輸產(chǎn)生的荷載，外力作用下的荷載會直接作用在混凝土梁板上，一旦超過梁板的受力極限，就會產(chǎn)生彎曲、剪切、局部應(yīng)力裂縫。該橋梁工程采用預(yù)制梁場集中預(yù)制，存梁區(qū)全部硬化，排水通暢，場內(nèi)不積水，臺座地基承載力滿足使用過程中的各種動靜載組合，臺座端頭滿足梁板張拉起拱后基礎(chǔ)兩端的承載力要求，臺座頂面標(biāo)高施工允許誤差符合要求（0，-5）mm，同時在臺座上設(shè)置觀測點進(jìn)行沉降觀測。該工程在施工過程未發(fā)現(xiàn)臺座產(chǎn)生不均勻沉降，未承受較大的不利荷載，因此承受荷載不是該橋梁工程產(chǎn)生裂縫的原因之一。

4.4溫度、濕度變化

引起混凝土早期產(chǎn)生裂縫的主要原因是環(huán)境溫度、濕度變化。溫度變化對早期混凝土的收縮開裂起著重要的作用，混凝土在初凝及早期養(yǎng)護(hù)過程中產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度升高，如果混凝土內(nèi)部的溫度與環(huán)境溫度相差較大，水化熱不能迅速、均勻的消散，就會形成裂縫。同時混凝土結(jié)構(gòu)表面水化熱散發(fā)較快，表面水分會快速蒸發(fā)，如果混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)期間濕度不達(dá)標(biāo)，混凝土表面失水收縮，結(jié)構(gòu)受力不均，加速結(jié)構(gòu)表面變形，也會導(dǎo)致產(chǎn)生收縮裂縫[8]。在工程實踐中，許多裂縫都是由于混凝土養(yǎng)護(hù)期間的溫度、濕度變化的雙重作用共同引起的，另外在氣溫低于0℃的情況下，混凝土內(nèi)部孔隙水產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，混凝土內(nèi)部體積增大，與混凝土固有體積產(chǎn)生沖突，使強(qiáng)度降低，也會產(chǎn)生裂縫。項目所在區(qū)屬高寒陰濕地區(qū)，氣候干燥，晝夜溫差大，而為了確保項目施工進(jìn)度，上述梁板預(yù)制均在秋冬時段進(jìn)行，澆筑時間及環(huán)境溫度見表2，澆筑當(dāng)日最低溫度可達(dá)-7℃ ， 最大溫差達(dá)19℃ ， 若施工人員操作不當(dāng)，不注重細(xì)節(jié)控制，預(yù)制梁板未及時采取蒸汽養(yǎng)護(hù)等措施，極易發(fā)生因混凝土內(nèi)部的溫度與外部環(huán)境相差較大產(chǎn)生裂縫，因此溫度、濕度變化也是該橋梁工程產(chǎn)生裂縫的原因之一。

4.5預(yù)應(yīng)力施工不規(guī)范

預(yù)應(yīng)力是預(yù)制梁板重要受力結(jié)構(gòu)，可以有效減輕自重，提高預(yù)制梁板的抗?jié)B、抗裂和抗滑性能，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，提高公路橋梁使用的安全性[9]。同時預(yù)應(yīng)力施工工藝復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)，在實際施工中任何一道工序施工不規(guī)范都將影響梁板整體質(zhì)量，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，由于該工程梁板壓漿均在秋冬時段進(jìn)行，晝夜溫差較大，壓漿當(dāng)日環(huán)境溫度見表3，最低溫度可達(dá)-4℃ ， 最大溫差達(dá)18℃ ， 若壓漿料拌合水溫較低，壓漿料未充分溶解，壓漿完成后未及時對梁板進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致漿液未完全凝固產(chǎn)生強(qiáng)度，經(jīng)過一個冬季的凍融循環(huán)，造成波紋管處附近裂紋。而在排查中發(fā)現(xiàn)的大部分裂縫出現(xiàn)腹板位置，沿著梁板梁端縱向斷續(xù)或連續(xù)展開，部分裂縫延伸方向與梁板預(yù)應(yīng)力波紋管道走向高度重合，個別梁板腹板裂縫處還出現(xiàn)了滲漏水痕跡。因此預(yù)應(yīng)力壓漿施工不規(guī)范也是該橋梁工程產(chǎn)生裂縫的原因之一。

5試驗驗證

為進(jìn)一步確認(rèn)沿預(yù)應(yīng)力波紋管道方向的裂縫產(chǎn)生原因，項目部在項目管理單位、監(jiān)理單位、試驗檢測單位的共同見證下，挑選在波紋管位置裂紋最嚴(yán)重的具有代表性的梁板進(jìn)行了開窗試驗檢查。從開窗檢查發(fā)現(xiàn)，部分開裂梁體的預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)空洞、不密實（如圖1所示），壓漿潮濕未凝固呈顆粒狀，部分梁板波紋管內(nèi)有水流出，壓漿料潮濕、未凝固、無強(qiáng)度（如圖2所示），后續(xù)將對裂縫嚴(yán)重，預(yù)應(yīng)力波紋管道內(nèi)壓漿漿液普遍潮濕未凝固或呈粉末狀松散體的梁板進(jìn)行報廢處理。

6防控措施

6.1嚴(yán)控進(jìn)場原材料及混凝土配合比

嚴(yán)把原材料進(jìn)場關(guān)口，主動選用優(yōu)質(zhì)外加劑、壓漿料等原材料，有針對性地優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計，認(rèn)真做好各項試驗檢測工作，及時準(zhǔn)確反饋試驗數(shù)據(jù)，充分考慮該地區(qū)晝夜溫差大這一氣候特點，根據(jù)設(shè)計、規(guī)范相關(guān)要求，嚴(yán)控混凝土拆模、養(yǎng)生、張拉時間，精細(xì)化控制智能張拉、壓漿作業(yè)，嚴(yán)防混凝土出現(xiàn)裂縫。

6.2加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力梁板養(yǎng)生

加強(qiáng)橋梁工程預(yù)制混凝土養(yǎng)生控制，預(yù)制梁板必須采用蒸汽養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度、濕度必須符合規(guī)范要求，晝夜溫度、濕度差不能過大，加強(qiáng)管理，確保梁板混凝土表面保持濕潤，溫度符合規(guī)范要求，養(yǎng)生期限不得少于7 d，強(qiáng)度、彈性模量達(dá)不到設(shè)計、規(guī)范要求的可適當(dāng)延長。

6.3加強(qiáng)壓漿施工管理

預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，必須在48 h 內(nèi)完成預(yù)應(yīng)力管道壓漿工作，壓漿工作必須選擇在12：00—14：00時間段內(nèi)完成，確保漿液在一天中溫度較高時段完成初凝，在保證漿液流動度的前提下盡量提高漿液稠度。冬季施工期間，壓漿完成后還需對梁體進(jìn)行保溫養(yǎng)生，養(yǎng)生期限不得少于3 d，漿液凝固且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%以上，方可取消養(yǎng)生措施。

6.4加強(qiáng)壓漿施工質(zhì)量監(jiān)控

加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力波紋管道內(nèi)部壓漿漿液凝固情況監(jiān)控，利用同批壓漿漿液制作同條件養(yǎng)生試件，根據(jù)養(yǎng)生試件漿液的凝固情況分析判斷預(yù)制梁板預(yù)應(yīng)力波紋管道內(nèi)漿液是否凝固，梁板預(yù)制完成后，回棚蒸汽養(yǎng)生至梁板混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到梁板預(yù)應(yīng)力張拉規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力穿束張拉、管道壓漿，同時利用截取的預(yù)應(yīng)力管道和同批次壓漿漿液制作同條件養(yǎng)生試件（如圖3、圖4所示），將完成壓漿的梁體與試件立即同步二次回棚蒸汽養(yǎng)生，根據(jù)養(yǎng)生試件漿液的凝固情況分析判斷預(yù)制梁板預(yù)應(yīng)力波紋管道內(nèi)漿液是否凝固。

7結(jié)語

高寒陰濕地區(qū)預(yù)制梁板沿波紋管方向開裂現(xiàn)象普遍，開裂問題長期以來沒有得到根治，只能采取冬期停工、開裂梁板報廢處理等一些被動措施，后期運(yùn)營過程中梁板裂縫問題每年須投入大量人力、物力資源進(jìn)行裂縫處治，嚴(yán)重影響了高寒地區(qū)項目正常進(jìn)行，造成了社會財富的浪費，產(chǎn)生了不良的社會影響。文章通過探討高寒陰濕地區(qū)預(yù)制梁板裂縫產(chǎn)生的原因，不斷總結(jié)和改進(jìn)，從多角度、多方位采取保障措施，預(yù)制梁板裂縫通病治理效果明顯，有效提升預(yù)應(yīng)力梁體耐久性，對類似地區(qū)預(yù)制梁板質(zhì)量管理和成本控制提供參考。

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Analysis and Response Measures for Prestressed Concrete Beam Cracksin High -cold and Wet areas

LU Kuan，LIU Bin

（Gansu Province Yuanda Road Industry Group Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730000，China）

Abstract： For bridge engineering， the durability of prestressed concrete is an important determinant of structur ? al life. The cold and damp region has low temperature and large temperature difference between day and night. In re ? cent years， a large number of engineering practices have shown that in the harsh natural environment of the region， the beam and plate of the bridge concrete project are affected by freeze-thaw damage， and the concrete surface will expand and shrink， weathering and denudation， and even produce cracks. Some cracks continue to extend and ex ? pand under the adverse environment， climatic conditions and loads， weakening the stiffness and strength of the beam and slab， and reducing the durability of the beam and slab. Serious and even collapse will occur， affecting the safety of later operation.Through a bridge projectin Gannan， Gansu Province， combined with the construction expe ? rience of similar projects， from the construction of the actual starting point， this paper researches and analyzes the causes of cracks in concrete girder slabs in cold and humid areas， and puts forward the corresponding measures to provide reference for the development of related work.

Keywords： crack；concrete；cold and damp