戈壁灘地區(qū)CRTSI型雙塊式無(wú)砟軌道道床板裂紋控制研究

（中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230023）

0 前言

蘭新鐵路第二雙線是我國(guó)首次在戈壁灘惡劣氣候地區(qū)采用雙塊式無(wú)砟軌道整體道床結(jié)構(gòu)型式的客運(yùn)專線，沿線多處于嚴(yán)寒、溫差大、風(fēng)沙大、日照強(qiáng)、干旱缺水等惡劣自然氣候條件下，道床板混凝土施工受環(huán)境因素影響較大，極易在早期產(chǎn)生裂紋，其中典型常見的裂紋形式有橫向貫穿裂紋、軌枕拐角處八字裂紋、軌枕周邊離縫、道床板表面收縮裂紋。裂紋可以導(dǎo)致道床板混凝土劣化，降低道床板的使用壽命。

1 道床板混凝土裂紋成因分析

道床板混凝土出現(xiàn)裂紋的成因復(fù)雜而繁多，但每條裂紋的產(chǎn)生均有一種或幾種主要原因，道床板混凝土裂紋成因大致可劃分如下幾種。

1.1 混凝土收縮引起的裂紋

道床板混凝土因收縮而引起的裂紋是最常見的，也是造成道床板體積變形或開裂的主要原因，包括塑性收縮和干燥（失水）收縮。

1.1.1 塑性收縮引起的裂紋

塑性收縮是指混凝土未凝結(jié)硬化前，還處于塑性狀態(tài)時(shí)發(fā)生的收縮。塑性收縮產(chǎn)生的原因主要是失水，即由于水分從混凝土表面蒸發(fā)損失，導(dǎo)致的混凝土體積收縮。這類裂紋多在表面出現(xiàn)，形狀不規(guī)則，一般呈龜裂狀，深度一般不超過(guò)50mm。

道床板混凝土澆注完3h～4h后，在酷熱或大風(fēng)天氣下道床板若沒有覆蓋，混凝土表面水分就會(huì)蒸發(fā)過(guò)快，或者是被底座板（支承層）、模板吸水過(guò)快，加上道床板混凝土內(nèi)部水化熱過(guò)高，就會(huì)造成混凝土產(chǎn)生急劇收縮，但此時(shí)混凝土還沒凝結(jié)，強(qiáng)度趨近于零，不能抵抗收縮變形應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

圖1 道床板混凝土養(yǎng)護(hù)圖

圖2 遮陽(yáng)防風(fēng)棚

1.1.2 干燥收縮引起的裂紋

干燥收縮是混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或在養(yǎng)護(hù)停止后，混凝土在不飽和空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔水、凝膠水和吸附水而發(fā)生的體積縮小，是一種不可逆收縮，在采用泵送工藝施工的大坍落度道床板混凝土中尤其明顯。

1.2 溫度變化引起的裂紋

溫度變化也是造成道床板混凝土裂紋的主要原因。道床板混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境溫度或道床板內(nèi)部溫度變化過(guò)快時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生變形，變形受到限制時(shí)就會(huì)在道床板內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)混凝土表面（溫度收縮裂縫）的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂紋。規(guī)范規(guī)定：混凝土入模溫度不能大于30℃，混凝土表面溫度與養(yǎng)生水溫度相差不得大于15℃，精調(diào)溫度與混凝土澆筑溫度相差不大于15℃，混凝土內(nèi)部與表面溫度相差不大于20℃，否則會(huì)造成混凝土表面產(chǎn)生裂紋。

在蘭新鐵路第二雙線沿線戈壁灘地區(qū)，炎熱的夏季在一個(gè)日照的循環(huán)下，道床板混凝土?xí)円箿夭羁梢赃_(dá)到25℃，一年氣溫溫差達(dá)82℃，因環(huán)境溫度差異引起的道床板裂紋在蘭新二線鐵路中尤其突出。

1.3 混凝土骨料塑性沉落引起的裂紋

道床板混凝土在澆注時(shí)，在振動(dòng)棒和重力的作用，骨料下沉，水泥漿上升，骨料沉落直到混凝土硬化時(shí)方停止。當(dāng)這種塑性沉落受到模板、鋼筋限制時(shí)道床板就會(huì)出現(xiàn)裂紋。這種裂紋大多出現(xiàn)在混凝土澆注后0.5h～3h之間，混凝土尚處在塑性狀態(tài)，尤其是當(dāng)混凝土坍落度過(guò)大時(shí)就會(huì)較明顯，因此要控制好混凝土坍落度。

1.4 凍脹引起的裂紋

當(dāng)大氣溫度低于0℃時(shí)，吸水飽和的道床板混凝土就會(huì)冰凍，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，若混凝土中骨料空隙多、混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí)、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，道床板就可能會(huì)因凍脹出現(xiàn)裂紋。

1.5 工具軌熱脹伸長(zhǎng)引起的裂紋

戈壁灘白天太陽(yáng)直射，工具軌的溫度急劇升高，工具軌就會(huì)伸長(zhǎng)，如果此時(shí)不及時(shí)解除工具軌約束，松開扣件，工具軌的變形就會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，當(dāng)?shù)来舶寤炷撂幱诔跄隣顟B(tài)，道床板不能抵抗這種變形就會(huì)開裂，因此道床混凝土澆筑通常選擇在溫度相對(duì)比較低的夜間來(lái)施工。

1.6 混凝土材料、強(qiáng)度不均勻引起的裂紋

當(dāng)混凝土拌合質(zhì)量控制不嚴(yán)格、泵送混凝土坍落度過(guò)大、混凝土過(guò)振、抹面灑水，就會(huì)造成道床板混凝土內(nèi)部骨料分布不均勻、強(qiáng)度分布不均勻，從而導(dǎo)致道床板變形差異，引發(fā)混凝土裂紋出現(xiàn)。

2 道床板裂紋防治技術(shù)措施與施工工藝

2.1 改善道床板混凝土性能

應(yīng)根據(jù)道床板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及環(huán)境條件所要求的性能和“三低一高”（即低膠材、低用水量、低坍落度、高含氣量）的原則配制道床板混凝土，配制要點(diǎn)包括膠凝材料用量不宜大于380 kg/m3，用水量不宜大于150 kg/m3，泵送時(shí)混凝土坍落度不應(yīng)大于140mm（斗送時(shí)不應(yīng)大于120mm），單位體積漿體的量不宜大于0.30m3。在戈壁百里風(fēng)區(qū)或非常干旱地區(qū)還應(yīng)摻入內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，提高混凝土內(nèi)部濕度，促進(jìn)膠凝材料后期水化，以便提高道床板混凝土抗裂性能。

在施工過(guò)程中還應(yīng)對(duì)道床板混凝土施工配合比及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，在保證水灰比不變的條件下，采取盡可能低的坍落度，避免道床板混凝土凝固過(guò)程中出現(xiàn)較大的干縮；采用加大砂率、加大引氣量等方式來(lái)增加混凝土的和易性，并進(jìn)一步降低道床板混凝土彈性模量；適當(dāng)加大混凝土的粘聚性，控制混凝土表面的泛漿厚度，從而達(dá)到抑制道床板混凝土沉降收縮的發(fā)生。

2.2 注重底座板（支撐層）及軌枕潤(rùn)濕

在道床板混凝土澆筑前，要用噴霧器對(duì)混凝土底座板（支承層）和軌枕進(jìn)行濕潤(rùn)，使其處于吸水飽和狀態(tài)。在澆筑前10min左右，再次灑水充分濕潤(rùn)，確保道床板混凝土澆筑時(shí)處于濕潤(rùn)狀態(tài)。在水資源特別匱乏地段，可在噴霧水中摻加羥丙基甲基纖維素（抗失水劑），以保證道床板混凝土基面濕潤(rùn)狀態(tài)的保持時(shí)間，可有效避免道床板混凝土早期失水收縮。

2.3 加強(qiáng)道床板混凝土澆筑及振搗質(zhì)量控制

混凝土振搗工藝應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證效果，振搗要均勻、適量，不得過(guò)振，避免混凝土表面的泛漿厚度過(guò)大。要加強(qiáng)對(duì)軌枕底部及其周圍混凝土的振搗，確保此處混凝土振搗密實(shí)。為減少軌枕拐角八字裂紋及軌枕塊周邊離縫，宜采用二次振搗工藝，第一次采用2個(gè)φ50插入式振搗棒，在軌枕之間振搗，將混凝土搗固密實(shí)，第二次采用2個(gè)φ30振搗棒振搗軌枕四周和道床板兩側(cè)混凝土，確保軌枕下及周邊混凝土密實(shí)，同時(shí)排除氣泡、水泡?；炷翝仓^(guò)程中嚴(yán)禁用振搗棒在混凝土表面進(jìn)行平行拖拉，導(dǎo)致表面出現(xiàn)大面積浮漿。

道床板混凝土與支承層施工盡量間隔較長(zhǎng)的時(shí)間，在支承層充分開裂變形后再施工道床板混凝土，可減少反射裂縫的發(fā)生。道床板混凝土應(yīng)盡量選擇在氣溫相對(duì)較低的夜間澆筑,白天若澆筑混凝土，陽(yáng)光直射后工具軌溫度上升很快，極易拉裂混凝土，如在白天施工，要對(duì)工具軌采取遮陽(yáng)措施。

2.4 混凝土抹面、收光要細(xì)致

道床板混凝土澆筑完畢后，至少要進(jìn)行5遍抹面收光，可減少裂紋的出現(xiàn)?；炷寥肽?0min后，第一次用木抹子完成粗平抹面，用噴霧器均勻噴霧狀抑制劑，然后靜置約40min；第二次用木抹子用力擠壓軌枕檔肩四周及模板邊緣混凝土，并適當(dāng)補(bǔ)充抑制劑，然后靜置約30min；當(dāng)混凝土逐漸開始硬化時(shí)，進(jìn)行第三次抹面，用鐵抹子逐段壓光成型；在混凝土初凝前（澆筑完約2h后）用鐵抹子進(jìn)行第四次抹面收光；在混凝土初凝后進(jìn)行第五次抹面，用鐵抹子最后收光，抹平早期出現(xiàn)的微小裂紋。

抹面時(shí)要特別注意軌枕檔肩四周、支撐螺桿四周、伸縮縫等位置，做到面面俱到，不留死角，抹面過(guò)程中要反復(fù)揉搓、壓平、拍打、收光。

2.5 要準(zhǔn)確掌握松開工具軌約束扣件、支撐螺桿的時(shí)機(jī)

松開工具軌約束扣件的時(shí)間不宜太早也不宜太遲，扣件用扳手全部松開后，人工用手再擰緊?；炷粱臼チ鲃?dòng)性后要及時(shí)放松支撐螺桿1/4圈，初次松開約束具體時(shí)間以手指壓按混凝土面不粘手、無(wú)壓痕（噴抑制劑后手感可能會(huì)不準(zhǔn)）時(shí)為準(zhǔn)，或用3kg鉛球輕置混凝土表面1min，壓痕直徑≤3cm為準(zhǔn)。在混凝土初凝后、終凝前期間松開工具軌連接件，拆除支撐螺桿。工具軌扣件全部松開后可釋放軌道在施工過(guò)程中因溫度和徐變引起的變形，讓新澆混凝土處于自由狀態(tài)，減少軌枕拐角處混凝土八字裂紋,避免鋼軌伸縮造成道床板開裂。

2.6 精心養(yǎng)護(hù)道床板混凝土

應(yīng)將道床板混凝土養(yǎng)護(hù)作為關(guān)鍵工序進(jìn)行質(zhì)量控制，若不及時(shí)養(yǎng)護(hù)或養(yǎng)護(hù)不到位，就會(huì)造成道床板混凝土表面失水而干裂。針對(duì)戈壁灘地區(qū)大風(fēng)、干旱、晝夜溫差大、水資源匱乏的環(huán)境特點(diǎn)，可采用養(yǎng)護(hù)膜（劑）+棉被+塑料薄膜（土工布）+蓬布的養(yǎng)護(hù)方式，見圖1。

道床板混凝土第一次抹面完成后，應(yīng)立即用棉被遮蓋，待混凝土經(jīng)過(guò)1d～2d的灑水養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%以上，表面無(wú)積水后，再噴灑養(yǎng)護(hù)液成膜進(jìn)行封閉養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)劑采用滾涂方式，要噴兩遍，每遍互相搭接，厚薄一致，不得出現(xiàn)漏噴、透底等現(xiàn)象，在成膜前嚴(yán)禁與水接觸，避免影響成膜質(zhì)量。噴涂養(yǎng)護(hù)劑時(shí)要逐段揭開棉被，養(yǎng)護(hù)劑結(jié)膜后應(yīng)及時(shí)覆蓋防曬篷布，要完整覆蓋整個(gè)道床板混凝土。要適當(dāng)灑水保濕養(yǎng)生，并隨時(shí)補(bǔ)水，使養(yǎng)護(hù)棉充分濕透，以保證在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)混凝土表面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)。在夏季要不少于28d保濕養(yǎng)護(hù)，冬季當(dāng)氣溫低于5℃時(shí)不應(yīng)灑水養(yǎng)生。

在夏季高溫施工期間，混凝土澆筑完畢至終凝期間，在道床板混凝土上方架設(shè)遮陽(yáng)防風(fēng)棚，避免陽(yáng)光直射道床板混凝土，保證混凝土灌注前后環(huán)境溫度變化不大。道床板混凝土抹面、涂刷養(yǎng)護(hù)劑、覆蓋均在遮陽(yáng)防風(fēng)棚內(nèi)完成。遮陽(yáng)防風(fēng)棚見圖2。

在非常干旱缺水或6級(jí)以上大風(fēng)的戈壁灘地區(qū)，可采用節(jié)水保溫養(yǎng)護(hù)膜方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。節(jié)水保溫養(yǎng)護(hù)膜能夠讓道床板混凝土在塑性階段保水，在硬化階段內(nèi)部持續(xù)自然補(bǔ)水，具有保溫隔熱效果，增加混凝土表層的密實(shí)度，從而提高道床板混凝土的耐久性。道床板混凝土攤鋪完成30～40min后，若表面沒有明水時(shí)順線路方向蓋上節(jié)水保溫養(yǎng)護(hù)膜，上面再用帆布全封閉覆蓋。

3 道床板裂紋修復(fù)及整治

針對(duì)道床板不同部位出現(xiàn)的不同類型的道床板裂紋，要認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，選擇合理、有效的方法進(jìn)行修補(bǔ)處理。道床板裂紋修補(bǔ)應(yīng)嚴(yán)格按照《高速鐵路無(wú)砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》規(guī)定的雙塊式無(wú)砟軌道道床傷損等級(jí)進(jìn)行修復(fù)，在修補(bǔ)處理前應(yīng)進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，驗(yàn)證修補(bǔ)效果。

0.2 mm～0.3 mm寬的道床板裂紋采用表面封閉處理，宜選用聚合物水泥基涂層材料進(jìn)行封閉；0.3mm～0.5 mm寬的道床板裂紋采用彈性或柔性材料進(jìn)行注漿處理，處理材料應(yīng)具有較強(qiáng)的抗紫外線、抗老化性能；寬度大于0.5mm裂縫,可采用樹脂澆注法或柔性材料注漿法，要確保粘結(jié)效果好、耐久性好，修補(bǔ)后的表觀顏色應(yīng)與原混凝土基面基本一致。對(duì)于在軌枕界面處出現(xiàn)的大于0.2mm裂紋，應(yīng)采用“低壓注漿法”用樹脂材料進(jìn)行修復(fù)。寬度小于0.2mm道床板裂紋一般不做處理，但在降雨量較大的地區(qū)，小于0.2mm的裂紋也要表面封閉處理。

道床板出現(xiàn)裂縫后,應(yīng)對(duì)裂縫的發(fā)展情況進(jìn)行觀測(cè)，原則上在裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定后再進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)作業(yè)環(huán)境溫度控制在5℃～25℃內(nèi)為宜，雨雪天不得施工，要根據(jù)不同氣溫情況，分區(qū)段選擇修補(bǔ)時(shí)機(jī)。

4 結(jié) 語(yǔ)

蘭新鐵路第二雙線施工實(shí)踐證明，在戈壁灘惡劣氣候地區(qū)修建雙塊式無(wú)砟軌道鐵路，通過(guò)優(yōu)化道床板混凝土澆筑、振搗、抹面、養(yǎng)生等方面施工工藝，采取有效的技術(shù)措施，并加強(qiáng)對(duì)無(wú)砟軌道施工全過(guò)程的質(zhì)量管理，可控制或減少道床板混凝土早期裂紋的出現(xiàn)，有效地防止了道床板的開裂風(fēng)險(xiǎn)，保證了無(wú)砟軌道施工質(zhì)量和使用壽命。

[1]朱長(zhǎng)華.CRTSI型無(wú)砟軌道道床板裂縫成因分析及應(yīng)對(duì)措施[J].施工技術(shù)，2012（5）.

[2]崔國(guó)慶.雙塊式無(wú)砟軌道道床板裂縫控制研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（1）.

[3]TB 10754-2010，高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[4]鐵建設(shè)[2010]241號(hào)，高速鐵路軌道工程施工技術(shù)指南[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.