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(yīng)對措施魏登科摘要：當(dāng)前我國正致力于建設(shè)高速鐵路和客運專線,大 量鋪設(shè)無砟軌道結(jié)構(gòu).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(jié)構(gòu),開裂風(fēng)險極高.本文結(jié)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(yīng)措施,并闡述了 常見裂紋的 修補(bǔ)措施.以期能夠降低混凝土開裂風(fēng)險,增強(qiáng)道床板耐久性,提高列車運營安全.關(guān)鍵詞：高速鐵路;道床板;裂縫;成因分析;應(yīng)對措施1、工程結(jié)構(gòu)概況新建鐵路成都至重慶客運專線全線正線一次鋪設(shè)無縫線路進(jìn)行設(shè)計,正線鋪設(shè)CRT

2、S型雙塊式無砟軌道,設(shè)計時速 350千米/h.本標(biāo)段DK156+854.2DK187+824.65線路長度 30.858千米,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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),路基地段道床板為連續(xù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),不設(shè)置伸縮縫,如下圖1.1-1所示(單位：米米).圖1.1-1 路基上道床板平縱斷面布置圖道床板下層結(jié)構(gòu)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(shè).如下圖1.1-2所示(單位：米米).圖1.1-2直線路基上無砟軌道

3、斷面圖1.2 無砟軌道結(jié)構(gòu)高度 路基地段CRTS型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)高度 為815米米.如下表1.2-1所示.表1.2-1雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)高度 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)高度 (米米)軌道結(jié)構(gòu)高度 (米米)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

4、例拉伸彎曲裂縫A垂直線路方向,貫穿整個道床板,多位于支撐層預(yù)裂縫位置長期,由結(jié)構(gòu)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(cè)邊角應(yīng)力集中位置,嚴(yán)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(cè)邊角應(yīng)力集中位置,嚴(yán)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(jié)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

5、地段CRTS型雙塊式無砟軌道道床板的 典型裂縫類型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(jié)構(gòu)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(fù)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(dāng)其強(qiáng)度 不足以抵抗其收縮受限引起的 拉應(yīng)力時

6、就會開裂.由于結(jié)構(gòu)的 連續(xù)無縫性,收縮量無法通過施工縫得到補(bǔ)償,裂紋產(chǎn)生較多. 3.2混凝土干燥收縮變形對結(jié)構(gòu)的 連續(xù)無縫性影響干燥收縮是指混凝土在養(yǎng)護(hù)停止后,混凝土在不飽和的 空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)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(rèn)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(jié)構(gòu)的 連續(xù)無縫性,收縮量無法通過施工縫得到補(bǔ)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(jié)構(gòu)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

7、亦有多長,中間無縫、連續(xù)不間斷.而正常情況下,混凝土結(jié)構(gòu)會隨著周圍環(huán)境溫度 的 變化而產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng),溫度 上升時混凝土結(jié)構(gòu)體積膨脹變大 ,溫度 下降時混凝土結(jié)構(gòu)體積收縮變小 .而道床板下層C15支撐層混凝土為松散結(jié)構(gòu),其熱脹冷縮效應(yīng)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(jié)構(gòu),不會隨著周圍環(huán)境溫度 等的 變化而產(chǎn)生位移,這就導(dǎo)致路基道床板混凝土在溫度 上升是產(chǎn)生很大 的 壓應(yīng)力,在溫度 下降時產(chǎn)生很大 的 拉應(yīng)力.混凝土結(jié)構(gòu)不能夠承受拉應(yīng)力,時間一長,混凝土結(jié)構(gòu)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.基本這種形式的 路基道床板

8、多多少少都會存在裂縫.相比橋梁結(jié)構(gòu),他是每隔6.40米就有一條10厘米的 斷開縫,混凝土的 熱脹冷縮規(guī)模小 ,產(chǎn)生的 拉壓應(yīng)力小 ,混凝土自身的 粘結(jié)力能夠克服這種由于熱脹冷縮產(chǎn)生的 拉壓應(yīng)力,所以橋梁結(jié)構(gòu)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

9、種沉降無可避免.當(dāng)?shù)来舶逑聦拥?基礎(chǔ)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 拉壓應(yīng)力,就會導(dǎo)致拉伸彎曲裂紋的 產(chǎn)生.相比橋梁結(jié)構(gòu),其底層是預(yù)應(yīng)力簡支梁,不存在不均勻沉降,所以橋梁結(jié)構(gòu)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(yīng)出來.由于道床板混凝土施工不規(guī)范而導(dǎo)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

10、或過振,混凝土收面不及時等都會導(dǎo)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(dǎo)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(jié)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(jié)不良而引起的 橫向貫通裂縫.3.6混凝土后期養(yǎng)護(hù)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(hù)不充分.混混凝土在

11、其水泥水化的 過程中會產(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?fù)]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(hù),覆蓋養(yǎng)護(hù),就很容易在混凝土的 表面上形成無規(guī)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(fù)的 沖擊壓力,通過扣件系統(tǒng)將反復(fù)的 沖擊壓力傳遞到軌枕及道床板上,這種反復(fù)的 沖擊壓力在道床板結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)化成剪力及拉壓應(yīng)力.長期反復(fù),則會導(dǎo)致應(yīng)力裂縫.4、 預(yù)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

12、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(qiáng)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(qiáng)對基床變形觀測,并對線下結(jié)構(gòu)沉降進(jìn)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(jié)構(gòu)變形引起的 裂縫,以減少道床板裂縫. (2)控制現(xiàn)澆道床板鋼筋混凝土配合比設(shè)計,嚴(yán)格按照耐久性混凝土有關(guān)要求進(jìn)行配合比設(shè)計.考慮堿骨料反應(yīng),在選擇混凝土原材料時控制堿含量.避免因堿骨料反應(yīng)而引起混凝土開裂.減少水膠比,在滿足道床板混凝土設(shè)計強(qiáng)度 情況下,盡量減少水泥用量,盡量選用水化熱低的 水泥,嚴(yán)格控制砂石集料的 含泥量,選用級配良好的 砂

13、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(yīng)盡量選擇在氣溫較低時進(jìn)行施工,避免混凝土內(nèi)外部溫差過大 .加強(qiáng)混凝土的 振搗,振搗捧快插慢拔,避免過振漏振.混凝土澆注完后,應(yīng)加強(qiáng)多次抹面收光,排除泌水、氣泡.施工完應(yīng)及時覆道床板,及時灑水養(yǎng)護(hù),使混凝土表面呈濕潤狀態(tài). (4)道床板混凝土澆筑后應(yīng)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(qiáng)對新舊混凝土結(jié)合面鋼網(wǎng)板施工質(zhì)量的 控制,強(qiáng)化對軌枕底部及側(cè)面的 處理,確保澆筑前表面濕潤無雜物. (6)嚴(yán)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

14、素復(fù)雜多變,因此即使在設(shè)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(jìn)行修補(bǔ).根據(jù)無砟軌道結(jié)構(gòu)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(bǔ)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(bǔ)方法可按以下要求進(jìn)行施作.5.1表面封閉法(1)修補(bǔ)材料用于表面封閉的 涂層材料宜采用聚合物水泥基材料,其主要性能應(yīng)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(biāo)要求檢測方法1表干時間h2GB/T 167772拉伸強(qiáng)度 (7d)米Pa2GB/T 167773斷裂伸長率(7d)%100GB/T 167774人工

15、氣候老化(720h)無裂紋及變形GB/T 192505耐堿性(堿處理,拉伸強(qiáng)度 保持率)60150GB/T 167776不透水性(0.3米Pa,30米in)不透水GB/T 167777粘結(jié)強(qiáng)度 (7d)米Pa1.5GB/T 16777(A法)注：1. 涂層材料顏色應(yīng)盡量與混凝土顏色相近 2. GB/T 16777建筑防水涂料試驗方法 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(bǔ)工機(jī)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(bǔ)工藝 a.使用鋼絲刷將裂縫表面兩側(cè)

16、刷毛,用真空吸塵器清除灰塵等雜物.當(dāng)裂縫內(nèi)有明水時,應(yīng)采用熱風(fēng)機(jī)等將裂縫處吹干.b.稱量并配制表面封閉用修補(bǔ)材料,采用手持式攪拌機(jī)或?qū)Ｓ脭嚢杵鲗⑿扪a(bǔ)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(dá)到300米以上為宜.每遍涂刷都要等到上遍涂層材料表干后再涂,且兩次涂刷方向相互垂直.e.在大 風(fēng)干燥等條件下適當(dāng)采取薄膜覆蓋等方法養(yǎng)護(hù),防止涂層材料失水過快導(dǎo)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0.2米米,深度 小 于10米米的 裂縫.為無砟軌道

17、裂縫修補(bǔ)最常用的 方法.5.2無壓注漿法(1)修補(bǔ)材料無壓注漿法修補(bǔ)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(yīng)滿足表5.21要求.序 號項 目單 位指標(biāo)要求檢測方法1粘 度 米Pas50GB/T 2794凝膠時間米in30GB/T 71932拉伸強(qiáng)度 米Pa6 (2h)14(24h)20(7d)GB/T 25673抗壓強(qiáng)度 米Pa10 (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(jié)強(qiáng)度 (7d)米Pa5JC

18、/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. 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5.2-1 低粘度 樹脂材料性能要求 (2)主要修補(bǔ)機(jī)具 手動雙組份注漿器、電熱吹風(fēng)機(jī)、真空吸塵器、角磨機(jī)等. (3)修補(bǔ)工藝 a.用真空吸塵器清除裂縫內(nèi)雜物.b.采用電熱吹風(fēng)機(jī)去除裂縫內(nèi)水分.c.沿裂縫兩側(cè)制作注漿圍

19、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(yīng)隨時觀察樹脂滲透情況,并及時補(bǔ)注修補(bǔ)材料直至注滿.e.修補(bǔ)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(bǔ)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 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0.5米米大 于0.2米米,深度 小 于30米米大 于10米米的 裂縫.5.3低壓注漿法(1)修補(bǔ)材料低壓注漿法修補(bǔ)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(biāo)要求檢測方法

20、1粘 度 米Pas200GB/T 27942凝膠時間米in60GB/T 71933拉伸強(qiáng)度 米Pa6(2h)14(24h)20(7d)GB/T 25674抗壓強(qiáng)度 米Pa10(2h)30(24h)60(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(jié)強(qiáng)度 (7d)米Pa5JC/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. 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(bǔ)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帶等.(