某渡槽预应力T字型混凝土梁裂缝检测与原因分析

孔楠楠（安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 引 言

某新建渡槽共11跨，标准跨30.0m，渡槽下部多纵梁由5根预应力T字型混凝土梁组成，纵梁高2.5m，间距2.1m，上部槽身净宽9.0m，高3.6m，槽身底板厚0.25m，侧墙底部厚0.4m，顶部厚0.25m。图1为预应力T字型混凝土梁截面尺寸示意图。

图1 预应力T字型混凝土梁截面尺寸示意图

由于在工程施工过程中发现部分预应力T字型混凝土梁表面有竖向裂缝出现。现对裂缝开展情况进行检测和原因分析，并根据检测和分析结果提出裂缝处理的意见和建议。

2 裂缝深度检测

2.1 测试过程结果

通过现场情况调查发现，裂缝均出现在预应力梁腹板部位，多数双面对称裂缝，局部为单面裂缝。采用裂缝宽度检测仪对裂缝宽度进行量测，发现裂缝普遍较窄，最大缝宽约0.05mm～0.10mm。现场采用非金属超声波探测仪对部分典型裂缝进行检测，并将张拉前的检测结果与张拉后的检测结果进行比对，分析张拉对超声法检测混凝土裂缝深度检测结果的影响。

图2 超声法（双面斜侧）检测裂缝深度测线布置示意图

图2为本工程采用双面斜侧法检测混凝土裂缝深度时的测线布置图，共计17条，自左向右依次为测线1、测线2、……、测线17，其中测线1～测线3、测线15～测线17为非跨缝测线，测线5～测线13为跨缝测线。

根据表1中超声法检测声学参数统计结果可知：

1）43#梁对称裂缝在张拉前跨缝声速、波幅值均出现突变，跨缝声速、均值明显小于非跨缝声速均值，裂缝为贯通裂缝；该梁张拉后，跨缝声学参数值与非跨缝的声学参数值较为接近，说明张拉后裂缝已趋于闭合状态，裂缝对超声波在混凝土内的传输未产生影响。

表1 典型梁裂缝检测结果统计

2）对已经张拉过的35#梁对称裂缝进行检测，检测结果同张拉后的43#梁相同。

3）张拉过后的9#梁表面出现单面裂缝，经测试，跨缝声学参数值与非跨缝的声学参数值较为接近，裂缝为表面浅层裂缝（缝深小于30mm）。

图3 43#梁张拉前典型跨缝波形

图4 43#梁张拉后典型跨缝波形

图3和图4为43#梁张拉前后的跨缝波图，将二者进行比对可以看出，在仪器增益值不变的情况下，张拉前的波形较张拉后有明显衰减，声波传输速度有显著降低，证明改点有明显裂缝；图3显示的波形稳定、无衰减，证明该点裂缝已呈现闭合状态。

为验证超声法测试结果，现场还对张拉前的43#梁和张拉后35#梁的裂缝测试部位钻取了芯样，图5和图6为芯样照片。其中43#梁张拉前钻取的芯样自然断裂，裂缝贯通；35#梁对称裂缝张拉后钻取的芯样呈基本闭合状态，局部裂缝较明显，但芯样尚未裂开。通过钻取了一定数量的芯样，进一步验证了测试结果的可靠性。

图5 张拉前的43#梁裂缝照片

图6 张拉后的35#梁裂缝照片

2.2 测试结果分析

1）当非金属超声波检测仪发射器和接收换能器的测线声波通过裂缝位置时，由于裂缝的存在破坏了混凝土内部的连续性，声能在裂缝位置处产生较大衰减，声能穿过裂缝传播到接收换能器端的首波信号微弱，其波幅或主频与等测距的非跨缝混凝土比较，存在明显差异，据此可以判断裂缝深度及其是否贯通。

2）本次检测对象为预应力（后张法）混凝土梁，当已产生裂缝的混凝土结构构件经张拉后，裂缝趋于闭合，近似于无缝混凝土，声能在传过裂缝到接收换能端时，未发生衰减，单独靠声学参数判断时，本存在贯穿裂缝的构件会被判定完好构件，易产生误判。

3）测试结果表明，在进行已张拉过后的预应力混凝土构件的裂缝深度检测时，不宜采用单一的超声法测试，可结合其他辅助手段对构件裂缝开展深度综合判断。

3 裂缝产生原因分析

经分析，导致预应力T字型混凝土梁的裂缝主要有以下几点：

1）因本次梁构件施工采用的是商品混凝土，且采用泵送浇筑，其塌落度较大，硬化过程中产生的收缩较坍落度小的混凝土相比明显偏大，不同次开仓浇筑的混凝土，其塌落度存在差别，这也是导致有的梁有裂缝、有的梁没有裂缝的原因之一。

图7 工程所在地区11月份气温走势图

2）环境温度变化较大

统计梁浇筑时段气温变化发现，日最高气温和最低气温一般温差在10℃以上，昼夜温差变化较大，易导致混凝土裂缝的出现。通过查阅施工日志发现，裂缝较多且明显的梁浇筑日期集中在夜间浇筑，此时段昼夜温差较大（11月28日～12月6日），从而判断裂缝的形成是早期混凝土温度应力引起的。图7和图8是该地区11月份和12月份气温走势图。

图8 工程所在地区12月份气温走势图

3）由于工期较紧，工程部分施工步骤安排不合理，导致赶工期过程中预制梁拆模过早，也是导致梁产生裂缝的主要原因。

4）调查发现施工现场未实施可靠的保温措施。由于是混凝土设计强度等级较高（C50），在混凝土硬化过程中，早期会产生大量的水化热，，在混凝土硬化过程中，虽有两布一膜的的土工布覆盖保温，仍有可能造成T梁表面与内部温差过大，产生温度应力，进而导致裂缝的出现。

综上所述，导致裂缝产生的主要原因是施工季节温度过低、保温效果欠佳，造成混凝土内外温差过大，混凝土自身产生温度应力，进而导致裂缝的出现。

4 裂缝处理措施建议

目前施工场地内50片预应力梁均已张拉完成，根据裂缝开展情况检测结果可知，张拉过后的裂缝均已闭合，无法对其近期充填补强灌浆，且裂缝尚不影响该梁的主要受力元素是预应力钢绞线发挥作用。在预应力梁吊装就位并达到运行荷载时，裂缝在荷载的作用下，预应力对混凝土的预加压力会有一定的释放，裂缝宽度会增大，此时采用对混凝土有一定渗透作用的水泥基渗透结晶型防水涂料（赛柏斯）进行涂刷。该防水涂料对混凝土表面进行涂刷后，可向混凝土的内部进行渗透，在混凝土内部形成不容于水的结晶体，堵塞毛细孔道，从而使混凝土密实，防水。赛柏斯处理过的混凝土多年后遇水，材料中的活性物质还能重新激活，混凝土中未完全水化的成分再产生结晶，对裂缝进行封闭。其优点是，不易老化，膨胀系数与混凝土极其接近，防水年限基本与结构的寿命相同，并且增强混凝土的耐久性，延缓混凝土的碳化过程，对混凝土内部钢筋进行有效防护。

在对预应力梁处理的同时，还应通过静载试验的方式验证预制梁承载能力，并在后期运行过程中加强观测，发现问题及时处理。

5 结 语

1）预应力梁内裂缝在经张拉过后，裂缝趋于闭合，采用超声法检测其裂缝深度具有一定的局限性，无法对裂缝深度进行有效测试。针对这种情况下的裂缝深度测试，业界尚无规范或成熟经验可以借鉴，可辅助以其它方式对裂缝深度进行综合判断。

2）混凝土硬化过程中会产生大量的水化热，因此在施工浇筑的过程中应合理安排施工工序，加强对浇筑后的混凝土结构构件的养护，最大程度避免裂缝的产生。

3）在对出现裂缝的梁进行处理时，可采用水泥基渗透结晶型防水涂料（赛柏斯）对构件进行涂刷，增强混凝土结构构件的耐久性。

[1]汪加蔚,白玲.预应力混凝土轨枕的裂缝及结构耐久性[J].混凝土与水泥制品,2000,(2):27-31.

[2]杨胜敏,齐国华.施工期水闸混凝土裂缝控制与处理[J].水利水电技术,2007,38(6)53-55.

[3]杨作用.混凝土工程裂缝成因与控制[J].混凝土与水泥制品,2006,(3):81-83.

[4]冯少孔,黄涛,李海枫.大型预应力混凝土立墙内裂缝检测与成因浅析[J].上海交通大学学报,2015,49(7):978-982.

[5]刘清波.混凝土裂缝成因分析及处理实例[J].人民长江,2000,31(9):17-18.

[6]陈肇元,崔京浩.钢筋混凝土裂缝机理与控制措施[J].工程力学,2006,(6)94-115.