Ⅱ型板無砟軌道結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生機(jī)理及修補(bǔ)方案研究

楊金成

(中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 石家莊 050081)

0 引言

應(yīng)用于CRTSⅡ型無砟軌道系統(tǒng)的軌道板稱為CRTSⅡ型無砟軌道板，是在吸收德國板式無砟軌道板的基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)后應(yīng)用于國內(nèi)高速鐵路無砟軌道的新型結(jié)構(gòu)［1-2］，廣泛適用于時(shí)速300 km及以上的高速鐵路。新建京滬高速鐵路應(yīng)用的就是CRTSⅡ型無砟軌道板。京滬高速鐵路一標(biāo)十三工區(qū)承擔(dān)京滬高鐵正線軌道工程5 DK156+882.64～DK190+314.10段無砟軌道結(jié)構(gòu)施工任務(wù)，位于天津市靜?？h和河北省滄州地區(qū)青縣，線路總長33.43 km。

軌道結(jié)構(gòu)主體工程于2010年8月份全面完成，2012年3月京滬高鐵進(jìn)入聯(lián)調(diào)聯(lián)試及試運(yùn)行階段，在此前后發(fā)現(xiàn)，由于受自身結(jié)構(gòu)內(nèi)力、溫度及外界動(dòng)荷載影響，軌道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的裂縫，給軌道結(jié)構(gòu)耐久性、安全性產(chǎn)生了極大隱患［3-4］，針對(duì)這一問題，結(jié)合靜態(tài)驗(yàn)收存在問題，通過現(xiàn)場(chǎng)排查處理的過程，不斷實(shí)踐和總結(jié)，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)在施工前后裂縫產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析，并總結(jié)出了一套相應(yīng)的處理方案及措施，以下就結(jié)合工區(qū)實(shí)際情況做一個(gè)系統(tǒng)的介紹。

1 裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析與修補(bǔ)方案選擇

1.1 常見裂縫形式

無砟軌道常見的軌道結(jié)構(gòu)裂縫形式主要有以下四種［5］:(1)軌道板非預(yù)裂縫裂縫(如圖1)。(2)軌道板寬接縫后澆混凝土的裂縫(如圖2)。(3)瀝青砂漿與軌道板離縫(圖3)。(4)瀝青砂漿斜裂縫(如圖4)。

1.2 軌道板非預(yù)裂縫處裂縫機(jī)理分析及修補(bǔ)方案

1.2.1 機(jī)理分析

軌道板表面開裂現(xiàn)象極少，開裂原因應(yīng)為收縮、生產(chǎn)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、儲(chǔ)運(yùn)安裝過程中局部受力不均所致，一般裂縫寬度為0.1～0.2mm，深度約20～30mm。

1.2.2 修補(bǔ)方案

由于軌道板需要承受較大動(dòng)荷載，對(duì)裂縫寬度低于0.2mm可采用表面封閉法處理，其他則采用自動(dòng)低壓灌漿的方法進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后該裂縫處的抗拉強(qiáng)度數(shù)倍于原混凝土強(qiáng)度，確保軌道板的整體工作性和耐久性。

1.3 軌道板寬接縫后澆混凝土的裂縫機(jī)理分析及修補(bǔ)方案

1.3.1 機(jī)理分析_____

圖1 軌道板非預(yù)裂縫裂縫

圖2 軌道板寬接縫后澆混凝土的裂縫

圖3 瀝青砂漿離縫、缺損

圖4 瀝青砂漿斜裂縫

軌道板寬接縫后澆混凝土與軌道板之間普遍存在界面開裂現(xiàn)象，一般裂縫寬度為0.1～2mm，深度為貫穿縫。出現(xiàn)的原因主要有兩點(diǎn):①由于寬接縫處的混凝土為現(xiàn)場(chǎng)后澆筑，與預(yù)制軌道板之間的界面部位粘接力較差，容易產(chǎn)生收縮開裂;②由于溫差導(dǎo)致混凝土軌道板和寬接縫混凝土的熱脹冷縮，產(chǎn)生收縮變形，在最薄弱部位產(chǎn)生開裂。

1.3.2 修補(bǔ)方案

由于此類裂縫為非結(jié)構(gòu)、活動(dòng)裂縫，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)安全不會(huì)產(chǎn)生危害，但為了防止水和有害介質(zhì)滲透到內(nèi)部，腐蝕鋼筋及金屬連接件，故采用柔性材料進(jìn)行封閉，可抵抗反復(fù)變形，從而確保軌道系統(tǒng)的耐久性。

1.4 瀝青砂漿與軌道板離縫、缺損的機(jī)理分析及修補(bǔ)方案

1.4.1 機(jī)理分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，瀝青砂漿的離縫現(xiàn)象普遍存在，裂縫寬度為0.1～2mm，深度不等，多為表面裂縫，主要原因?yàn)闉r青砂漿灌注時(shí)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，從而與混凝土板之間產(chǎn)生離縫。在后期試運(yùn)行階段，其他單位偶爾還出現(xiàn)了在高溫條件下軌道板失穩(wěn)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生離縫，最大值可達(dá)到6mm，經(jīng)分析，出現(xiàn)此現(xiàn)象為軌道板縱聯(lián)結(jié)構(gòu)在溫升情況下受壓失穩(wěn)，其原因?yàn)榭v連張拉力不到位及寬縫裂縫修補(bǔ)措施不當(dāng)(對(duì)裂縫采取了充填方式)。出現(xiàn)此現(xiàn)象主要位置有:軌檢重復(fù)出分地段、簡支梁梁跨中部、連續(xù)梁中跨及自由端、路基橋涵前后過渡段及無堆載預(yù)壓地段。

瀝青砂漿的缺損脫落現(xiàn)象普遍存在，危害較為嚴(yán)重，目前已出現(xiàn)明顯的表面脫離和缺損，此類現(xiàn)象主要原因?yàn)闉r青砂漿本體強(qiáng)度較低，抵抗動(dòng)荷載和水及凍融侵蝕的能力較弱所致，鋼筋頭的銹蝕也使下部瀝青砂漿產(chǎn)生漲裂和剝落。

1.4.2 修補(bǔ)方案

由于瀝青砂漿的離縫和缺損已普遍存在，如不及時(shí)修復(fù)和處理，高鐵在以后的動(dòng)荷載作用下，以及紫外線輻射、水的侵蝕和凍融作用下，會(huì)加速瀝青砂漿裸露部位的損壞脫落，將對(duì)行車造成安全隱患。故對(duì)于離縫小于1mm的采用性能優(yōu)異的柔性修補(bǔ)料進(jìn)行整體保護(hù)，這樣可以防止瀝青砂漿表面受環(huán)境因素的破壞，防止老化脫落，提高瀝青砂漿的使用壽命;對(duì)于離縫大于1mm小于2mm的，則采用低壓注漿處理，填充離縫;對(duì)于軌道板失穩(wěn)造成離縫較大情況，則需采取專項(xiàng)處理方案，后面將系統(tǒng)介紹。

1.5 瀝青砂漿斜裂縫的機(jī)理分析及修補(bǔ)方案

1.5.1 機(jī)理分析

瀝青砂漿斜裂縫的產(chǎn)生通常是由于砂漿層與軌道板，砂漿層與底座板存在上下反向的離縫(如圖4所示)，軌道板在外界溫度及內(nèi)力變化過程中造成交叉處砂漿層應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生斜向裂縫，此問題一般在軌道結(jié)構(gòu)承受動(dòng)荷載后才會(huì)慢慢凸顯。

1.5.2 修補(bǔ)方案

采用低壓注漿處理，對(duì)離縫及斜裂縫處采用樹脂填充。

2 裂縫的修補(bǔ)方法及工藝

2.1 軌道板非預(yù)裂縫處裂縫的修復(fù)

2.1.1 表層封閉法

對(duì)于軌道板非預(yù)裂縫處裂縫小于0.2mm的，采用表面封閉法進(jìn)行處理，具體方法:A500修補(bǔ)膠+A300通用底涂+A6裂縫封閉膏，此方法的優(yōu)點(diǎn)是:施工方便，修補(bǔ)后具有極強(qiáng)粘結(jié)力和韌性，剛?cè)峤Y(jié)合，能有效防止水汽、化學(xué)物質(zhì)和二氧化碳等的侵入，有效防止開裂混凝土的進(jìn)一步損壞，提高軌道板耐久性。存在的缺點(diǎn)為適合中度變形，不適合裂縫活動(dòng)量過大。

處理方法及步驟:(1)清理裂縫;(2)基層要求，基層表面應(yīng)平整、清潔、堅(jiān)固、干燥;(3)嵌填縫隙:用A500修補(bǔ)膠與水泥調(diào)成稀漿，嵌入縫隙內(nèi)部，充填縫隙內(nèi)部，并立刻清除表面多余材料，干燥12 h。(4)底涂處理:修復(fù)裂縫前，先粘貼防污條，防止施工時(shí)密封膠粘污板面，用A300通用底涂涂刷在干凈的基層表面，寬度為40mm，在此注意:A300底涂涂刷寬度一定要超過封閉膏的寬度，10min后進(jìn)行嵌縫施工;(5)封閉施工:用膩?zhàn)拥豆纹椒忾]膏，修補(bǔ)厚度2mm，寬度20mm，完畢后揭去防污條，固化過程應(yīng)防止碰損、污染;(6)養(yǎng)護(hù):24 h后固化，干燥養(yǎng)護(hù)7 d即可。

2.1.2 低壓灌漿法

對(duì)于軌道板非預(yù)裂縫處裂縫大于0.2mm的，采用自動(dòng)低壓灌漿技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，確保軌道板的整體工作性和耐久性。利用低壓注入原理，可對(duì)混凝土微細(xì)裂縫進(jìn)行自動(dòng)低壓灌漿，并可對(duì)多處裂縫同時(shí)進(jìn)行注漿施工，注漿時(shí)不必對(duì)混凝土進(jìn)行開槽鉆孔，施工快捷，可直接觀察和確認(rèn)注入情況，確保施工質(zhì)量。

處理前需對(duì)裂縫現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，包括寬度、長度，是否貫通，是否漏水，開裂時(shí)間，使用材料，環(huán)境條件等，從而分析開裂原因，制定修復(fù)方案。具體處理方法及步驟:①基層處理:清除裂縫表面的灰塵、油污，確保干燥牢固，必要時(shí)用酒精清洗并保證基層的干燥、暢通，可用氣泵清理，忌用水沖刷裂縫;②確定注入口:一般按15～20 cm距離設(shè)置一個(gè)注入口，貼上膠帶，預(yù)留。注入口位置盡量設(shè)置在裂縫較寬、開口較通暢或開叉的部位;③配封縫膠:快干型封縫膠按照甲∶乙=100∶2～5的比例均勻攪拌，封縫膠初凝時(shí)間為5min，故要現(xiàn)配現(xiàn)用，每次配量不宜過多;④封閉裂縫:將配好的封縫膠沿裂縫表面涂刷，寬度約為5 cm，留出注入口。貫通的板面裂縫板上下兩面須同時(shí)封閉，如主裂縫周圍有細(xì)小的分支裂縫時(shí)，細(xì)小的裂縫也須同時(shí)封閉，以防止灌漿樹脂流出;⑤安設(shè)底座:揭去注入口上的膠帶，用封縫膠將底座粘于注入口上，底座粘牢的同時(shí)保證注入咀的暢通;⑥配灌漿樹脂:待裂縫封閉完成，封縫膠終凝后(夏季3 h冬季6 h以上)，用量杯按照比例配好樹脂攪拌均勻，每次配量以500ml為宜，防止樹脂固化過快;⑦安設(shè)灌漿器:將配好的灌漿樹脂注入軟管中，再將軟管安設(shè)在灌漿器內(nèi)，把灌漿器旋緊于最端頭的底座上;⑧灌漿:松開灌漿器彈簧，確認(rèn)注入狀態(tài)，如樹脂不足可補(bǔ)充繼續(xù)注入;⑨拆除灌漿器:待相鄰的底座返漿確認(rèn)本段裂縫已灌滿后，拆除灌漿器;⑩點(diǎn)膠:30min后用軟管再次對(duì)注入口反復(fù)點(diǎn)膠，確保樹脂初凝前底座上部膠液飽滿;○11基層復(fù)原:待樹脂固化后敲掉底座及堵頭，清除封縫膠，用打磨機(jī)對(duì)表面封縫膠進(jìn)行打磨，恢復(fù)軌道板混凝土原貌。

(1)工藝技術(shù)參數(shù)。①灌漿器內(nèi)彈簧壓力為6 kg，注入起始?jí)毫?0kPa。②軟管可裝樹脂量為50 g，有效注入量為40 kg，一次注入不足時(shí)可繼續(xù)補(bǔ)充。③確定樹脂注入量，可根據(jù)裂縫寬、深、長度計(jì)算:W=abcd，其中，W為理論注入樹脂量，a為裂縫長度，b為裂縫寬度，c為裂縫深度，d為樹脂密度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際需用樹脂約為理論量的1.3倍以上，如遇混凝土不密實(shí)可達(dá)理論量的數(shù)倍。

(2)主要材料。灌漿樹脂以改性環(huán)氧為主，采用的為工程師系列灌漿樹脂，型號(hào)及特點(diǎn)如表1所示。

表1 樹脂配合比及特點(diǎn)

前三種型號(hào)適合13～25℃下使用，超過此溫度范圍，需重新調(diào)整配比。環(huán)境溫度超過25℃，可適當(dāng)減少乙組分用量(如:甲∶乙=4∶0.8～1)，避免發(fā)熱過快;低于10℃，可適當(dāng)增加乙組分用量(如:甲∶乙=4∶1～1.2)，以加快反映速度。樹脂一次配合量以不超過500ml為宜，30min內(nèi)用完，以免發(fā)熱過快爆聚，切忌一次多配。

(3)輔助材料?？旄尚头饪p膠是與自動(dòng)低壓灌漿器配套使用的裂縫表面封閉和粘底座膠，它固化快捷，粘結(jié)牢固。主要參數(shù):初凝時(shí)間5～20min;可灌漿時(shí)間為1～3 h后;配比為甲∶乙=100∶2～5。使用方法:按比例拌勻甲乙組分，刮嚴(yán)刮實(shí)，確保裂縫封嚴(yán)，底座粘牢，封縫寬度為3～5 cm;現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，可用4 cm寬的開刀取出三開刀甲組分，不超過200 g，擠1 cm長的乙組分，均勻攪拌作為一次的用量，注意乙組分用量少因此必須充分?jǐn)嚢琛?/p>

(4)主要輔助工具。氣泵(清理裂縫);600ml量杯(配樹脂膠);4 cm寬開刀、小刮板(配封縫膠);醫(yī)用手套、防護(hù)鏡(防護(hù)用);酒精、棉絲(清洗灌漿器);手提打磨機(jī)(清理基層)。

2.2 軌道板寬接縫后澆混凝土的裂縫的修補(bǔ)

2.2.1 開槽嵌填法

A300通用底涂+A6裂縫封閉膏，此方法的優(yōu)點(diǎn)是適合活動(dòng)裂縫，價(jià)格便宜，耐久性好。(1)基層要求。基層表面應(yīng)平整、清潔、堅(jiān)固、干燥。

(2)開槽。沿裂縫表面開出10mm×10mm的U型槽，清潔，干燥。

(3)底涂處理。修復(fù)裂縫縫前，先粘貼防污條，防止施工時(shí)密封膠粘污板面，用A300通用底涂涂刷在干凈的基層表面，10min后進(jìn)行嵌縫施工。

(4)嵌縫施工。將A6裂縫封閉膏用膩?zhàn)拥肚犊p，先嵌填板縫兩側(cè)，然后擠滿板縫中部，用膩?zhàn)拥豆纹剑扪a(bǔ)膏的表面略高出基層3mm，避免收縮產(chǎn)生凹陷，完畢后揭去防污條，固化過程應(yīng)防止碰損、污染。

(5)養(yǎng)護(hù)。24 h后固化，干燥養(yǎng)護(hù)7 d即可。

2.2.2 表面封閉法

處理方法見2.1.1，另需注意A6裂縫封閉膏修補(bǔ)厚度一定要大于2mm，否則影響其反復(fù)拉伸性能。

2.3 瀝青砂漿與軌道板離縫、缺損的修補(bǔ)

對(duì)于砂漿離縫小于1mm的，采用表面修補(bǔ)、整體保護(hù)的方法。具體處理的方法及步驟:(1)基層:基層表面應(yīng)平整、粗糙、清潔、無油污、無浮灰等現(xiàn)象;(2)底涂處理2遍:修復(fù)裂縫前，先粘貼防污條，防止施工時(shí)密封膠粘污板面，用A300通用底涂涂刷在干凈的基層表面，涂刷2遍，間隔15分鐘后進(jìn)行下一步施工;(3)表面修補(bǔ)、整體保護(hù):將A6裂縫封閉膏刮抹瀝青砂漿離縫與缺損部位，厚2mm，完成后揭去防污條，固化過程應(yīng)防止碰損、污染;(4)養(yǎng)護(hù):24 h后固化，干燥養(yǎng)護(hù)7 d即可。

對(duì)于砂漿離縫大于1mm的，則要采取低壓灌漿和加固措施。具體處理方法及步驟為:(1)對(duì)離縫軌道板1、2、9、10承軌臺(tái)進(jìn)行鉆孔植筋錨固處理，錨固位置如圖5所示。鉆孔植筋錨固采用直徑28mm、長340mm的HRB500剪力筋，孔深度390mm，如圖6所示;(2)植筋錨固后對(duì)離縫軌道板進(jìn)行注漿修補(bǔ)處理，填充離縫，修補(bǔ)方法參見2.1.2，由于是立面施工，注漿時(shí)應(yīng)注意從最低位的底座自下而上開始，拆除灌漿器后，及時(shí)用堵頭將底座堵死防止樹脂溢出。

圖5 錨固位置(一)

圖6 錨固位置(二)(單位:mm)

2.4 瀝青砂漿斜裂縫的修補(bǔ)

對(duì)離縫及斜裂縫處進(jìn)行注漿修補(bǔ)處理，填充離縫，修補(bǔ)方法參見2.1.2。

3 結(jié)語

文中列舉的幾類裂縫的處理方法目前在國內(nèi)外工程中也已廣泛使用，修復(fù)效果可靠。同時(shí)，基于京滬高鐵處理裂縫的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這幾類裂縫的狀態(tài)，成因和后期耐久性影響進(jìn)行了大量調(diào)研，在工區(qū)內(nèi)部及一標(biāo)段對(duì)修復(fù)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，修補(bǔ)效果顯著，質(zhì)量可靠，可以在客專及高速鐵路中推廣使用。

［1］王海良，秦寶河，任權(quán)昌.CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板預(yù)應(yīng)力施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2010(3):80-81.

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