本发明涉及U梁裂缝控制工艺领域，特别是涉及一种先张法U梁裂缝控制方法。
背景技术：
地铁属于轨道交通行业范畴，是城市公共交通的重要组成部分。地铁因占地和空间最少、运输能量最大、运行速度最快、环境污染最小、乘坐舒适、便利等特点得到快速发展，中国的地铁建设取得了相当不错的成绩，在缓解城市交通压力方面发挥了巨大的作用。与国外相比，中国地铁起步较晚，“十二五”时期，中国进一步扩大地铁建设规模，地铁建设的发展将迎来黄金时代。按照现有规划，在国家不断加大基础设施建设基础上，今年我国将建成地铁480公里，2020年总里程将达6100公里。
地铁快速发展推动混凝土构件的需求和创新，其中U梁是一种新型的预应力混凝土构件，外形呈开口薄壁截面，由底板、腹板组成，属于下承式预应力混凝土结构形式，与箱梁相比，它具有节省投资、外形美观、视觉效果好、梁体轻盈、总建筑高度低、断面空间利用率高、行车安全、降噪效果好等优点，广泛应用于城市轨道交通工程。
U梁制造过程中由于其混凝土多因温度变形（水泥水化热、气温变化）、收缩变形（自收缩、塑性收缩、干燥收缩及碳化收缩）受约束产生应力超过混凝土抗拉强度而产生裂缝，产生裂缝后会大幅影响U梁质量，因此需从混凝土配合比设计、浇筑工序及放张、调运和存梁各个工序进行控制，遵循“抗和放的原则”，在尽量减少混凝土变形的同时提高混凝土的抗裂性能，并采取适当的方法释放约束应力。
技术实现要素：
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种先张法U梁裂缝控制方法，通过对现有施工方式中混凝土配合比、施工工艺、监测等多角度改进，大幅降低预制过程中U梁裂缝的产生，为达此目的，本发明提供一种先张法U梁裂缝控制方法，具体步骤如下；
步骤一进行混凝土配比设计：
（1）混凝土中水泥品种选用硅酸盐低水化热水泥；
（2）生成的混凝土中同时掺粉煤灰和矿粉，其中粉煤灰掺量为8%，矿粉掺量为10%，配制的混凝土30h后满足脱模要求；
（3）选择相应的骨料，并采用三级配碎石配制的混凝土拌合物，其中粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，并且不得超过钢筋最小间距的3/4；
（4）进行水灰比的控制，控制混凝土搅拌用水量；
（5）在混凝土中掺加聚丙烯纤维，与骨料上料时一起投放人工投料；
步骤二进行混凝土浇筑工艺：
（1）按配合比要求计量称重和控制搅拌时间，确保混凝土搅拌均匀；
（2）增加坍落度测试频率，避免出现坍落度的大幅波动，协调混凝土搅拌与现场浇筑的进度，控制混凝土车停留时间，浇筑过程保证混凝土作业面布料均匀，振捣密实；
步骤三混凝土浇筑完成后进行拆模并对其进行保温保湿养护处理同时进行温度监控：
（1）在混凝土浇筑完成后暴露的底板和腹板的小顶板上覆盖薄膜和土工布洒水养护；
（2）内模拆模后将小顶板上的土工布翻下，并用钢筋支撑，使土工布与混凝土紧密接触再洒水养护；
（4）梁体调运出模后，采用喷淋养护，喷水时间间隔为10min，喷水时间为5min；
（5）在首榀梁梁体端部截面的倒角，其他腹板截面的倒角、腹板的内部、腹板的表层及腹板顶部布设温度传感器作为温度测点，监测浇筑后混凝土温度发展情况，并在覆盖的土工布下及环境中布设传感器监控混凝土内部与环境温差；
（6）根据温度传感器所测数据确定内模拆模时间为32h，拆除时混凝土内表为1.92℃，表层与环境温差为14.45℃，拆模强度为44MPa，外模拆除时间为3d，外模拆模时混凝土强度为54.7MPa，混凝土温度已经降到跟气温相近；
7）在梁体截面的底板、腹板下倒角、腹板内外侧，腹板内外侧上倒角及腹板顶部布置应力感应器作为应变测点，待检测达到放张时立刻进行放张处理，放张时弹模取为32GPa，放张后弹模取为36GPa。
本发明的进一步改进，步骤一第二步中掺粉煤灰和矿粉过程中使用减水外加剂，并复配保坍、缓凝组分，选用高减水外加剂，并复配保坍、缓凝组分，提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化热，延缓水泥的集中放热，减少温度裂缝。
本发明的进一步改进，所述减水外加剂采用聚羧酸高性能减水剂，本发明减水外加剂可采用聚羧酸高性能减水剂，采用该聚羧酸高性能减水剂，采用该减水剂配制出的混凝土具有低放热、低收缩量，较好抗裂性能等特征。
本发明的进一步改进，步骤一第五步，投料过程中混凝土搅拌时间为150s，为了使聚丙烯纤维更好的分散在混凝土中，提高混凝土搅拌时间至150s。
本发明从混凝土配合比、施工工艺、监测等多角度对U梁混凝土裂缝控制，从而大幅降低U梁混凝土中裂缝产生，具体方式如下：
（1）在配合比方面，通过选择普通硅酸盐水泥，选用高减水率聚羧酸减水剂，双掺粉煤灰和矿粉，添加聚丙烯纤维，并合理设计混凝土骨料级配，这样配制出的混凝土具有低放热、低收缩量等特点，因此具有较好抗裂性能。
（2）在施工工艺方面，通过合理安排浇筑工艺，并采用塑料薄膜、土工布与喷淋养护相结合的养护工艺，控制混凝土的拆模时间和放张强度，降低混凝土开裂风险。
（3）通过应力、应变监测，由于混凝土在放张前、放张过程中及吊梁过程中混凝土的应力小于混凝土极限抗拉强度，因此通过应力、应变监测可以有效控制混凝土裂缝开展，预制的U梁无裂缝产生。
附图说明
图1是本发明自动喷淋系统工艺流程图；
图2是本发明首榀U梁温度测点布置示意图；
图3是本发明温度控制关键参数统计图；
图4是本发明温度控制各测点温度随时间发展示意图；
图5是本发明温度控制温差随时间发展示意图；
图6是本发明U梁西端部截面0/4应变测点布置图；
图7是本发明U梁西端部截面1/4L应变测点布置图；
图8是本发明U梁西端部截面1/2L应变测点布置图；
图9是本发明U梁西端部截面3/4L应变测点布置图；
图10是本发明U梁西端部截面0/4截面测点应变图；
图11是本发明U梁西端部截面1/4L截面测点应变图；
图12是本发明U梁西端部截面1/2L截面测点应变图；
图13是本发明U梁西端部截面3/4L截面测点应变图；
图14是本发明放张前应变数据统计图；
图15是本发明U梁西端部截面0/4截面测点最大应变图；
图16是本发明U梁西端部截面1/4L截面测点最大应变图；
图17是本发明U梁西端部截面1/2L截面测点最大应变图；
图18是本发明U梁西端部截面3/4L截面测点最大应变图；
图19是本发明U梁所有测点应力变化图；
图20是本发明U梁西端部截面0/4截面测点应力变化图；
图21是本发明U梁西端部截面1/4L截面测点最大应变图；
图22是本发明U梁西端部截面1/2L截面测点最大应变图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种先张法U梁裂缝控制方法，通过对现有施工方式中混凝土配合比、施工工艺、监测等多角度改进，大幅降低预制过程中U梁裂缝的产生。
作为本发明一种实施例，本发明提供如图1所示的一种先张法U梁裂缝控制方法，具体步骤如下；
步骤一进行混凝土配比设计：
（1）混凝土中水泥品种选用硅酸盐低水化热水泥；
（2）生成的混凝土中同时掺粉煤灰和矿粉，其中粉煤灰掺量为8%，矿粉掺量为10%，配制的混凝土30h后满足脱模要求；
（3）选择相应的骨料，并采用三级配碎石配制的混凝土拌合物，其中粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，并且不得超过钢筋最小间距的3/4；
（4）进行水灰比的控制，控制混凝土搅拌用水量；
（5）在混凝土中掺加聚丙烯纤维，与骨料上料时一起投放人工投料；
步骤二进行混凝土浇筑工艺：
（1）按配合比要求计量称重和控制搅拌时间，确保混凝土搅拌均匀；
（2）增加坍落度测试频率，避免出现坍落度的大幅波动，协调混凝土搅拌与现场浇筑的进度，控制混凝土车停留时间，浇筑过程保证混凝土作业面布料均匀，振捣密实；
步骤三混凝土浇筑完成后对其进行保温保湿养护处理并进行温度监控：
（1）在混凝土浇筑完成后暴露的底板和腹板的小顶板上覆盖薄膜和土工布洒水养护；
（2）内模拆模后将小顶板上的土工布翻下，并用钢筋支撑，使土工布与混凝土紧密接触再洒水养护；
（4）梁体调运出模后，采用喷淋养护，喷水时间间隔为10min，喷水时间为5min；
（5）在首榀梁梁体端部截面的倒角，其他腹板截面的倒角、腹板的内部、腹板的表层及腹板顶部布设温度传感器作为温度测点，监测浇筑后混凝土温度发展情况，并在覆盖的土工布下及环境中布设传感器监控混凝土内部与环境温差；
（6）根据温度传感器所测数据确定内模拆模时间为32h，拆除时混凝土内表为1.92℃，表层与环境温差为14.45℃，拆模强度为44MPa，外模拆除时间为3d，外模拆模时混凝土强度为54.7MPa，混凝土温度已经降到跟气温相近；
（7）在梁体截面的底板、腹板下倒角、腹板内外侧，腹板内外侧上倒角及腹板顶部布置应力感应器作为应变测点，待检测达到放张时立刻进行放张处理，放张时弹模取为32GPa，放张后弹模取为36GPa。
作为本发明一种具体实施例，本发明一种先张法U梁裂缝控制方法，具体步骤如下；
步骤一进行混凝土配比设计：
（1）混凝土中水泥品种选用硅酸盐低水化热水泥，选择普通硅酸盐低水化热水泥，保证混凝土强度的前提下尽量减少水泥用量，有效降低水化热，减少混凝土内外温差；
（2）生成的混凝土中同时掺粉煤灰和矿粉，其中粉煤灰掺量为8%，矿粉掺量为10%，配制的混凝土30h后满足脱模要求，为了提高模板的周转效率，需要具备较高的早期强度，早期强度的提高必然增加早期放热量，提高胶凝材料总量和水泥比例，对混凝土抗裂有不利的影响，但可通过双掺粉煤灰和矿粉降低水化热，减少混凝土的收缩量。矿物掺合料的比例增加有利于控制裂缝开展，但对早强强度有影响，合适的比例显得越来越重要。本工程粉煤灰和矿粉掺量分别为8%、10%，配制的混凝土30h满足脱模要求；
而选用高减水外加剂，并复配保坍、缓凝组分，提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化热，延缓水泥的集中放热，减少温度裂缝；
（3）选择相应的骨料，其中粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，并且不得超过钢筋最小间距的3/4，并采用三级配碎石配制的混凝土拌合物，采用紧密堆积理论设计良好的骨料级配，从而可以减少骨料的孔隙率，可以减少胶结材料数量，降低水化热，提高混凝土的抗裂性能，以保证板面混凝土的整体性，防止裂缝出现；
（4）进行水灰比的控制，控制混凝土搅拌用水量，可以防止造成混凝土水灰比和坍落度过大，引起混凝土表面浮浆过厚，产生干缩裂缝和沉陷裂缝，提高骨料含水率的测试频率，保持混凝土坍落度的稳定；
（5）在混凝土中掺加聚丙烯纤维，与骨料上料时一起投放人工投料，为了使聚丙烯纤维更好的分散在混凝土中，提高混凝土搅拌时间至150s。
步骤二进行混凝土浇筑工艺；
（1）按配合比要求计量称重和控制搅拌时间，确保混凝土搅拌均匀，从而保证混凝土质量；
（2）；增加坍落度测试频率，避免出现坍落度的大幅波动，协调混凝土搅拌与现场浇筑的进度，控制混凝土车停留时间，避免停留时间过长，导致入模混凝土异常；混凝土作业面布料均匀，振捣密实，提高混凝土的抗裂性能；
步骤三混凝土浇筑完成后对其进行保温保湿养护处理并进行温度监控；
（1）在混凝土浇筑完成后暴露的底板和腹板的小顶板上覆盖薄膜和土工布洒水养护；
（2）内模拆模后将小顶板上的土工布翻下，并用钢筋支撑，使土工布与混凝土紧密接触再洒水养护；
（4）梁体调运出模后，采用喷淋养护，喷水时间间隔为10min，喷水时间为5min；
自动喷淋装置由地下水井、电磁控制器，PVC管、旋转喷头组成，其中微电脑可设定电源开启时间及通电时间，以此控制喷淋间隔时间及喷淋持续时间，在水泵压力下，旋转喷头可实现水汽雾化。自动喷淋系统工作流程见图1，微电脑开关控制水泵及电磁阀开关，通水后开始喷淋，达到预设喷淋时间后，停止喷淋，等待，进入下一个循环，喷淋水经沉淀池沉淀后，回收重新进入水池，节约水资源；
（5）为掌握首榀梁不同位置温度分布情况，如图2所示在首榀梁梁体端部截面的倒角5#，其他腹板截面的倒角1#、腹板的内部2#、腹板的表层3#及腹板顶部4#布设温度传感器，监测浇筑后混凝土温度发展情况，并在覆盖的土工布下及环境中布设传感器，监控混凝土内部与环境温差，以指导拆模和保温，减小开裂风险；
（6）根据温度传感器所测数据确定内模拆模时间为32h，拆除时混凝土内表为1.92℃，表层与环境温差为14.45℃，拆模强度为44MPa。从拆模要求看，拆模时温度及强度技术标准要求范围内，从控裂角度，拆模时表层与环境温差偏大，混凝土降温不宜太快，预制进度控制节点为张拉时间，拆模时间对进度影响不大，内模拆除时间控制不小于48h。外模拆除时间为3d，外模拆模时混凝土强度为54.7MPa，混凝土温度已经降到跟气温相近；
（7）在梁体截面的底板、腹板下倒角、腹板内外侧，腹板内外侧上倒角及腹板顶部布置应力感应器作为应变测点，待检测达到放张时立刻进行放张处理，放张时弹模取为32GPa，放张后弹模取为36GPa。
本发明拆模时间控制如下：
（1）测点布置；
本发明为掌握首榀梁不同位置温度分布情况，如图2所示在端部截面的倒角5#，其他腹板截面的倒角1#、腹板的内部2#、腹板的表层3#及腹板顶部4#布设温度传感器，监测浇筑后混凝土温度发展情况，并在覆盖的土工布下及环境中布设传感器，监控混凝土内部与环境温差，以指导拆模和保温，减小开裂风险。
（2）测试结果；
温度控制关键参数统计如图3所示，各测点温度发展情况见图4，混凝土内表温差、表层与环境温差见图5。温度关键参数统计见表4-3-1。浇筑时气温较高，搅拌楼胶凝材料筒仓大量吸热，18点钢模板温度达到了42.5℃，19点混凝土入模温度达到了34℃，22点时钢模板下降到28℃，混凝土入模温度下降到31℃。浇筑后，U梁内部最高温度为63.7℃，出现在12.5h，温升为29.7℃，由于结构较薄，内外温差较小，最大温差仅为3.3℃。
（3）拆模时间确认；
由于拆模时混凝土表层与环境温差不大于15℃，并且混凝土强度需达到设计强度的60%，即33MPa。
因此内模拆模时间应该为32h，拆除时混凝土内表为1.92℃，表层与环境温差为14.45℃，拆模强度为44MPa。从拆模要求看，拆模时温度及强度技术标准要求范围内，从控裂角度，拆模时表层与环境温差偏大，混凝土降温不宜太快，预制进度控制节点为张拉时间，拆模时间对进度影响不大，内模拆除时间控制不小于48h。外模拆除时间为3d，外模拆模时混凝土强度为54.7MPa，混凝土温度已经降到跟气温相近。
本发明放张强度及弹模控制如下：
本发明放张时混凝土强度需达到设计抢的85%，弹性模量需达到设计弹模的95%。未达到设计要求不得放张，但达到后需及时安排放张，防止混凝土变形受约束产生约束应力，对控裂不利，由于气温高时4d的强度及弹模可达到设计要求，达到要求即刻安排放张，因此需要通过应力、应变监测，由于混凝土在放张前、放张过程中及吊梁过程中混凝土的应力小于混凝土极限抗拉强度，因此通过应力、应变监测可以有效控制混凝土裂缝开展，预制的U梁无裂缝产生。
（1）测点布置；
本发明应变测点布设见图6、图7、图8和图9，应变测点布置在截面的底板、腹板下倒角、腹板内外侧，腹板内外侧上倒角及腹板顶部，其中10#浇筑过程中损坏。梁体应力可以根据计算，ε为测试应变值，E为梁体弹性模量，放张前弹模变化较大，只统计应变值，放张时弹模取为32GPa，放张后弹模取为36GPa。
（2）放张前测试数据：
1）放张前应变曲线如下：
1、 0/4L截面；
16#和17#测点在首片U梁的西侧端部位置，16#在底板的上表面，17#在南侧内倒角处。各测点应力见图10。
2、1/4L截面；
1#～6#布置在1/4截面，其中1#在南侧腹板外侧，2#在底板的上表面，3#在北侧内倒角处，4#在北侧腹板内侧，5#在北侧腹板外圆弧角处，6#在北侧腹板内圆弧处。各测点应力见图11。
3、1/2L截面；
7#、9#、11#、12#、13#和14#布设在1/2截面，其中7#在南侧腹板外圆弧处，9#点在底板的下表面，11#在北侧内倒角，12#在北侧腹板内侧，13#在北侧腹板外侧，14#在北侧顶板上表面，各测点应力见图12。
4、3/4截面混凝土应变；
8#和15#布设在3/4截面处，8#在南侧内倒角处， 15#在南侧腹板外侧。各测点应力见图13。
（3）放张前应变数据统计；
放张前各测点最大应变和出现时间统计见图15-18，具体数据列表见图14；
（4）放张前应变分析如下：
1）最大应变点；
最大应变点出现在1/2截面的底板下表面9#、靠上的腹板内测12#和外侧7#位置。
2）最大应变出现时间；
应变较大点位出现的峰值时间均为13h左右，而混凝土内部温度峰值出现时间为12.5h；部分测点最大应变出现时间为6.8h，而混凝土应变测点表层温度峰值出现时间靠近6.8h，部分测点最大应变出现时间为17h，而混凝土最大温差出现时间为16.3h。从以上对比看出薄壁U梁早期应变的发展与温度发展息息相关。U梁裂缝控制的重要环节是混凝土入模温度和混凝土绝热温升的控制，拆模时间不宜太早。
3）同一截面不同点位应变情况；
从1/4和1/2截面看出，底板上表面和倒角处应变较小，沿着腹板往上应变越来越大，但小顶板上表面测点应变小于腹板上部测点。从试验段的龟裂位置观察，腹板的内外圆弧角存在受力集中，应变最大。
4）应变随时间发展规律；
大部分测点应变均存在先增大后减小的过程，由于 U梁放张之前养护效果较好，放张前应变比较稳定。
（5）本发明放张过程中测试数据如下；
1）放张过程应力曲线；
本发明梁预制放张过程中使用自动测试仪对关键位置进行连续测试，读数间隔1min，放张持续时间2小时，各测点应变曲线见图19-22所示。
（6） 放张过程应力数据统计；
本发明梁预制放张过程中放张2小时内各测点最大应力值统计。
（7）放张过程应力分析；
1）各截面应力变化如下：
以底板测点梁体应力为例，从测试结果看1/4截面梁体应力最大，1/2截面处梁体应力约为1/4截面处的83%，端部梁体应力较小，约为1/4截面处的56%。这主要由于端部无套管钢绞线为27束，剩余67束钢绞线预应力分别在2.4m及5m以后再作用于梁体，因此1/4截面7.5m处梁体应力较大，此处所有钢绞线预应力均已作用于梁体。
底板处有效预压应力最大值为10.6MPa，位于1/4截面，端部有效预压应力最小，为5.91MPa。跨中有效预压应力8.78MPa。
2）同一截面不同点位应变情况如下：
测试结果显示，梁体应力底板＞倒角＞腹板＞小顶板，这与预应力钢绞线主要分布于底板，施加给梁体的预应力均由底板往上传递的变化规律相一致。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。