1、成渝客專CRTS型雙塊式無砟軌道道床板裂紋成因分析及應對措施魏登科摘要：當前我國正致力于建設高速鐵路和客運專線，大量鋪設無砟軌道結構。然而，CRTS型雙塊式無砟軌道路基道床板為現(xiàn)澆連續(xù)板式結構，開裂風險極高。本文結合成渝高速鐵路施工實際，通過實地統(tǒng)計調(diào)查，闡述了道床板混凝土的各種裂紋形式及其成因，從材料、施工等方面提出了降低和減小裂紋出現(xiàn)的相應措施，并闡述了常見裂紋的修補措施。以期能夠降低混凝土開裂風險，增強道床板耐久性，提高列車運營安全。關鍵詞：高速鐵路；道床板；裂縫；成因分析；應對措施1、工程結構概況新建鐵路成都至重慶客運專線全線正線一次鋪設無縫線路進行設計，正線鋪設CRTS型雙塊式無砟軌

2、道，設計時速 350km/h。本標段DK156+854.2DK187+824.65線路長度30.858km，主要工程內(nèi)容包括50座橋梁、52段路基、1座車站、1座隧道。1.1 路基無砟軌道結構組成CRTS型路基雙塊式無砟軌道由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板和支承層等部分組成。道床板采用C40鋼筋混凝土結構，路基地段道床板為連續(xù)鋼筋混凝土結構，不設置伸縮縫，如下圖1.1-1所示（單位：mm）。圖1.1-1 路基上道床板平縱斷面布置圖道床板下層結構為支承層，采用C15水硬性混凝土材料澆筑而成，直接在基床表層上鋪設。如下圖1.1-2所示（單位：mm）。圖1.1-2直線路基上無砟軌道斷面圖1.2 無砟

3、軌道結構高度路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道結構高度為815mm。如下表1.2-1所示。表1.2-1雙塊式無砟軌道結構高度結構組成結構高度（mm）軌道結構高度（mm）鋼軌176815WJ-8B扣件34承軌面至道床板高差45道床板260支承層/底座3002、 道床板裂縫分類型統(tǒng)計下圖2-1描繪了成渝高速鐵路路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道道床板的典型裂縫類型。表2-1統(tǒng)計了繪了成渝高速鐵路路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道道床板的典型裂縫的形態(tài)、出現(xiàn)時間和所占比例。圖2-1 路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道道床板的典型裂縫開裂類型編號開裂形態(tài)描述開裂時間比例拉伸彎曲裂縫A垂直線路方向，貫穿整個道床

4、板，多位于支撐層預裂縫位置長期，由結構沉降或受拉伸彎曲引發(fā)5%塑性收縮、早期收縮收縮裂縫B外“八”字裂紋，軌枕外側邊角應力集中位置，嚴重時延生至道床板邊緣澆筑后10天開始，隨時間有加重趨勢40%C混凝土表面，呈現(xiàn)龜裂或樹枝狀早期塑性階段2%D鋼筋之上，單獨或平行線狀早期混凝土硬化前1%長期干燥收縮裂縫E內(nèi)“八”字裂紋，軌枕內(nèi)側邊角應力集中位置，嚴重時相互連通出現(xiàn)時間晚與外“八”字裂紋15%F環(huán)繞軌枕塊出現(xiàn)，出現(xiàn)在道床板與軌枕新、舊混凝土結合部長期，由混凝土過度收縮引發(fā)5%G道床板邊緣豎向間隔出現(xiàn)長期，由混凝土過度收縮引發(fā)30%其它2%表2-1 路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道道床板的典型裂縫類

5、型3、 道床板裂縫成因分析圖2-1及表2-1表明，高速鐵路路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道道床板裂縫的形成主要由混凝土的早起塑性收縮及長期干燥收縮形成（占裂縫總量的90%以上）。具體成因如下。 3.1混凝土塑性收縮變形對結構的連續(xù)無縫性影響混凝土早期塑性收縮是造成道床板早期裂紋的主要原因，道床板混凝土施工具有線路長及環(huán)境復雜的特點，施工時采用人工抹面，造成處于塑性狀態(tài)的混凝土表面長期暴露在空氣中，表層混凝土失水較快，一旦混凝土中的水分蒸發(fā)速度超過其泌水速度，表層混凝土就會綢硬收縮，當其強度不足以抵抗其收縮受限引起的拉應力時就會開裂。由于結構的連續(xù)無縫性，收縮量無法通過施工縫得到補償，裂紋產(chǎn)生較

6、多。 3.2混凝土干燥收縮變形對結構的連續(xù)無縫性影響干燥收縮是指混凝土在養(yǎng)護停止后，混凝土在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細孔水、凝膠水、吸附水而引起的體積變小，是一種不可逆收縮，一般認為混凝土的自由水越多，可蒸發(fā)水量越大，其干燥收縮程度就越大。由于結構的連續(xù)無縫性，收縮量無法通過施工縫得到補償。干燥收縮產(chǎn)生的裂紋在高速鐵路路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道道床板裂縫的形成中占有較大比例。3.3溫度變化對結構的連續(xù)無縫性影響由于該種形式的軌道道床板是連續(xù)無縫連接澆筑而成，即該段路基有多長，則其道床板亦有多長，中間無縫、連續(xù)不間斷。而正常情況下，混凝土結構會隨著周圍環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生熱脹冷縮效應，溫度

7、上升時混凝土結構體積膨脹變大，溫度下降時混凝土結構體積收縮變小。而道床板下層C15支撐層混凝土為松散結構，其熱脹冷縮效應可以通過自身的空隙的變大縮小來消除。道床板兩端頭為橋梁結構，不會隨著周圍環(huán)境溫度等的變化而產(chǎn)生位移，這就導致路基道床板混凝土在溫度上升是產(chǎn)生很大的壓應力，在溫度下降時產(chǎn)生很大的拉應力。混凝土結構不能夠承受拉應力，時間一長，混凝土結構表面就會因拉壓力疲勞產(chǎn)生拉伸裂縫。這是CRTS型路基雙塊式無砟軌道道床板的通病?；具@種形式的路基道床板多多少少都會存在裂縫。相比橋梁結構，他是每隔6.40米就有一條10cm的斷開縫，混凝土的熱脹冷縮規(guī)模小，產(chǎn)生的拉壓應力小，混凝土自身的粘結力能夠

8、克服這種由于熱脹冷縮產(chǎn)生的拉壓應力，所以橋梁結構道床板基本不存在裂縫。3.4路基的不均勻沉降特性鐵路路基是一層一層填筑起來的，在路基填筑碾壓過程中不可能100%碾壓密實，總會存在孔隙。路基在時間與自重的作用下這些孔隙會慢慢變小，路基面會慢慢下沉，且由于路基基地土質(zhì)承載力的不同、填筑碾壓力量方式的不同、填筑高度的差異、填筑材料特性的差異，路基的下沉有多有少，極不均勻。這是路基填筑的特性，現(xiàn)階段來講，由于工期的壓力，這種沉降無可避免。當?shù)来舶逑聦拥幕A產(chǎn)生不均勻沉降的時候，道床板在自重作用下就會受到支撐層對它的不均勻的向上的反作用力，在道床板橫斷面面就會有不均勻的剪力，在表面的表現(xiàn)形式就是不均勻的

9、拉壓應力，就會導致拉伸彎曲裂紋的產(chǎn)生。相比橋梁結構，其底層是預應力簡支梁，不存在不均勻沉降，所以橋梁結構道床板基本不存在裂縫。3.5道床板混凝土施工不規(guī)范混凝土澆筑施工涉及材料、拌合、運輸、澆筑等混凝土成型全過程，過程中的任何一種缺項均可能在混凝土成品中以裂紋等缺陷反應出來。由于道床板混凝土施工不規(guī)范而導致裂紋產(chǎn)生的情況及類別有很多，像混凝土自身配合比的問題，混凝土施工時振搗不及時、振搗不足或過振，混凝土收面不及時等都會導致道床板混凝土裂紋的產(chǎn)生。在道床板混凝土澆筑過程中如果混凝土的骨料在沉落時受到了鋼筋的阻擋而不及時處理，則會產(chǎn)生沿鋼筋的走向的裂縫，在施工過程中，如果模板固定的不牢固、發(fā)生沉

10、陷、移動的時候也會產(chǎn)生這種裂縫。 骨料聚集在表面則會導致混凝土表面呈現(xiàn)龜裂或樹枝狀裂紋出現(xiàn)。在混凝土與軌枕結合面如果在澆筑時沒有沖洗濕潤軌枕面，則容易出現(xiàn)環(huán)繞軌枕塊出現(xiàn)的裂紋。在新舊混凝土接觸面若沒有處理好鋼網(wǎng)板的施工，則常出會現(xiàn)由于新舊混凝土粘結不良而引起的橫向貫通裂縫。3.6混凝土后期養(yǎng)護不充分混凝土裂紋的產(chǎn)生很總要的原因之一就是混凝土后期養(yǎng)護不充分?；旎炷猎谄渌嗨倪^程中會產(chǎn)生一定程度的變形，這種變形一般為體積上的收縮變形，隨著混凝土水泥的硬化，水分會不斷地揮發(fā)，混凝土就會出現(xiàn)收縮變形，在混凝土收縮的過程中，如果沒有充足及時的灑水控溫養(yǎng)護，覆蓋養(yǎng)護，就很容易在混凝土的表面上形成無規(guī)

11、則的收縮裂縫 。3.7列車荷載作用的影響列車駛來，車輪對其接觸的軌面會產(chǎn)生反復的沖擊壓力，通過扣件系統(tǒng)將反復的沖擊壓力傳遞到軌枕及道床板上，這種反復的沖擊壓力在道床板結構中轉(zhuǎn)化成剪力及拉壓應力。長期反復，則會導致應力裂縫。4、 預防和減小道床板裂縫的具體措施 根據(jù)道床板混凝土裂縫的產(chǎn)生原因，其裂縫的控制可從混凝土原材料、施工工序等各個環(huán)節(jié)實行綜合控制，以期降低其塑性收縮及干燥收縮的強度，減小混凝土收縮的約束力，減小路基不均勻沉降，提高混凝土澆筑質(zhì)量等。具體措施如下。 （1）加強對基床變形觀測，并對線下結構沉降進行評估，待沉降變形趨于穩(wěn)定時施作雙塊式無砟軌道道床板。消除結構變形引起的裂縫，以減少

12、道床板裂縫。 （2）控制現(xiàn)澆道床板鋼筋混凝土配合比設計，嚴格按照耐久性混凝土有關要求進行配合比設計?？紤]堿骨料反應，在選擇混凝土原材料時控制堿含量。避免因堿骨料反應而引起混凝土開裂。減少水膠比，在滿足道床板混凝土設計強度情況下，盡量減少水泥用量，盡量選用水化熱低的水泥，嚴格控制砂石集料的含泥量，選用級配良好的砂石集料。在滿足混凝土泵送條件下盡量降低混凝土的坍落度。 （3）道床板澆注應盡量選擇在氣溫較低時進行施工，避免混凝土內(nèi)外部溫差過大。加強混凝土的振搗，振搗捧快插慢拔，避免過振漏振?；炷翝沧⑼旰螅瑧訌姸啻文媸展?，排除泌水、氣泡。施工完應及時覆道床板，及時灑水養(yǎng)護，使混凝土表面呈濕潤狀態(tài)

13、。 （4）道床板混凝土澆筑后應及時解除螺栓調(diào)節(jié)器和松開軌道扣件對工具軌的約束，避免鋼軌伸縮造成道床板開裂。 （5）加強對新舊混凝土結合面鋼網(wǎng)板施工質(zhì)量的控制，強化對軌枕底部及側面的處理，確保澆筑前表面濕潤無雜物。 （6）嚴格控制混凝土的入模溫度。5、道床板裂縫處理方法 由于影響道床板開裂的因素復雜多變，因此即使在設計和施工上采取了很多有效措施，仍難以徹底避免道床板的開裂，在這種情況下就有必要對道床板裂縫進行修補。根據(jù)無砟軌道結構特點、無砟道床混凝土裂縫性質(zhì)和裂縫傷損等級，混凝土裂縫修補方法可分為表面封閉法、無壓注漿法和低壓注漿法，三種修補方法可按以下要求進行施作。5.1表面封閉法（1）修補材料

14、用于表面封閉的涂層材料宜采用聚合物水泥基材料，其主要性能應滿足下表5.11要求。表面封閉涂層材料性能要求 表5.11序 號項 目單 位指標要求檢測方法1表干時間h2GB/T 167772拉伸強度（7d）MPa2GB/T 167773斷裂伸長率（7d）%100GB/T 167774人工氣候老化（720h）無裂紋及變形GB/T 192505耐堿性（堿處理，拉伸強度保持率）60150GB/T 167776不透水性（0.3MPa，30min）不透水GB/T 167777粘結強度（7d）MPa1.5GB/T 16777（A法）注：1. 涂層材料顏色應盡量與混凝土顏色相近 2. GB/T 16777建筑防

15、水涂料試驗方法 3. GB/T 19250聚氨酯防水涂料表5.1-1 表面封閉涂層材料性能要求 底涂材料可采用高聚合物乳液含量的聚合物水泥基材料。 （2）主要修補工機具 鋼絲刷、真空吸塵器、計量工具、攪拌工具、盛料容器、涂刷工具等。 （3）修補工藝 a.使用鋼絲刷將裂縫表面兩側刷毛，用真空吸塵器清除灰塵等雜物。當裂縫內(nèi)有明水時，應采用熱風機等將裂縫處吹干。b.稱量并配制表面封閉用修補材料，采用手持式攪拌機或?qū)Ｓ脭嚢杵鲗⑿扪a材料攪拌均勻。c.沿裂縫表面涂刷一層底涂材料。d.待底涂材料表干后，涂刷表面封閉用涂層材料，涂刷3遍以上，以涂層厚度達到300m以上為宜。每遍涂刷都要等到上遍涂層材料表干后再

16、涂，且兩次涂刷方向相互垂直。e.在大風干燥等條件下適當采取薄膜覆蓋等方法養(yǎng)護，防止涂層材料失水過快導致涂層開裂。 （4）環(huán)境要求 施工適宜溫度530，雨雪天不得施工。 （5）適用范圍 表面封閉法適用于裂縫裂縫寬度小于0.2mm，深度小于10mm的裂縫。為無砟軌道裂縫修補最常用的方法。5.2無壓注漿法（1）修補材料無壓注漿法修補混凝土裂縫宜采用低粘度樹脂材料。低粘度樹脂材料性能應滿足表5.21要求。序 號項 目單 位指標要求檢測方法1粘 度mPas50GB/T 2794凝膠時間min30GB/T 71932拉伸強度MPa6 （2h）14（24h）20（7d）GB/T 25673抗壓強度MPa10

17、 （2h）20 （24h）30（7d）JC/T 10414斷裂伸長率（7d）%2GB/T 25675收縮率（7d）%2通過測量液態(tài)密度（GB/T 13354）和成型硬化物的密度（GB/T 1033.1），計算得出6粘結強度（7d）MPa5JC/T 1041 注：1. GB/T 2794膠粘劑粘度的測定 2. GB/T 7193不飽和聚酯樹脂試驗方法 3. HYPERLINK /detail/192530.html GB/T 2567樹脂澆鑄體性能試驗方法 4. JC/T 1041混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料 5. GB/T 13354液態(tài)膠粘劑密度的測定方法 重量杯法 6. GB/T 1033

18、.1塑料 非泡沫塑料密度的測定 第1部分：浸漬法、液體比重瓶法和滴定法表5.2-1 低粘度樹脂材料性能要求 （2）主要修補機具 手動雙組份注漿器、電熱吹風機、真空吸塵器、角磨機等。 （3）修補工藝 a.用真空吸塵器清除裂縫內(nèi)雜物。b.采用電熱吹風機去除裂縫內(nèi)水分。c.沿裂縫兩側制作注漿圍擋，防止?jié){體污染混凝土表面。d.采用手動雙組份注漿器向裂縫內(nèi)注入低粘度樹脂材料。灌注過程中應隨時觀察樹脂滲透情況，并及時補注修補材料直至注滿。e.修補材料固化后，去除裂縫圍擋，將裂縫表面多余樹脂材料打磨平整。f.在裂縫表面涂刷裂縫封閉材料，其修補材料及工藝與上述“表面封閉法”相同。 （4）環(huán)境要求施工適宜溫度5

19、30，雨雪天不得施工。 （5）適用范圍 表面封閉法適用于裂縫裂縫寬度小于0.5mm大于0.2mm，深度小于30mm大于10mm的裂縫。5.3低壓注漿法（1）修補材料低壓注漿法修補混凝土裂縫宜采用性能滿足下表5.3-13要求的樹脂材料。序 號項 目單 位指標要求檢測方法1粘 度mPas200GB/T 27942凝膠時間min60GB/T 71933拉伸強度MPa6（2h）14（24h）20（7d） HYPERLINK /detail/192530.html GB/T 25674抗壓強度MPa10（2h）30（24h）60（7d）JC/T 10414斷裂伸長率（7d）%2GB/T 25675收縮率

20、（7d）%2通過測量液態(tài)密度（GB/T 13354）和成型硬化物的密度（GB/T 1033.1），計算得出6粘結強度（7d）MPa5JC/T 1041注： 1. GB/T 2794膠粘劑粘度的測定 2. GB/T 7193不飽和聚酯樹脂試驗方法 3. HYPERLINK /detail/192530.html GB/T 2567樹脂澆鑄體性能試驗方法 4. JC/T 1041混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料 5. GB/T 13354液態(tài)膠粘劑密度的測定方法 重量杯法 6. GB/T 1033.1塑料 非泡沫塑料密度的測定 第1部分：浸漬法、液體比重瓶法和滴定法表5.3-1 低壓注漿法修補材料性能要求封縫材料可采用聚合物快硬水泥漿、專用封縫材料或?qū)Ｓ梅饪p帶