漢十高鐵CRTS-Ⅰ型雙塊式無(wú)砟軌道裂縫原因及對(duì)策

孟雪罡

(中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司建設(shè)管理處，湖北武漢430071)

0 引言

我國(guó)高速鐵路無(wú)砟軌道分為預(yù)制板式和現(xiàn)澆混凝土式，現(xiàn)澆混凝土式無(wú)砟軌道又分為CRTS-Ⅰ型雙塊式、CRTS-Ⅱ型雙塊式及道岔區(qū)軌枕埋入式。CRTS-Ⅰ型雙塊式無(wú)砟軌道是將預(yù)制雙塊式軌枕組裝成軌排，以現(xiàn)澆混凝土的方式將軌排埋入道床板中，因其施工方便、結(jié)構(gòu)受力好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)高速鐵路和客運(yùn)專線廣泛采用。新建武漢—十堰高速鐵路線路全長(zhǎng)399.126 km，路基段全部采用CRTS-Ⅰ型雙塊式無(wú)砟軌道，工程于2016年1月開(kāi)工建設(shè)，2018年2月軌道工程施工全面鋪開(kāi)。在對(duì)無(wú)砟軌道工程提前介入檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)CRTS-I型雙塊式無(wú)砟軌道道床板出現(xiàn)不同程度的裂縫，特別是軌枕塊四角的“八字形”裂縫較為普遍，不僅影響軌道結(jié)構(gòu)的整體性，還降低了軌道結(jié)構(gòu)的安全性、平順性。

1 裂縫類型

CRTS-I型雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板、支承層或底座板等組成。道床板采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑，道床板裂縫類型呈現(xiàn)出多樣性，總體可以按以下兩種方式進(jìn)行分類。

1.1 按裂縫深度及危害程度分類

1)表面裂縫。主要為道床板表層的淺層裂縫，深度較淺，一般不會(huì)對(duì)道床板主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。

2)深層裂縫。裂縫寬度超過(guò)0.2 mm、深度延伸到道床板部分結(jié)構(gòu)斷面，在動(dòng)荷載的反復(fù)作用下，會(huì)不斷發(fā)展，進(jìn)而對(duì)道床板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。

3)貫穿裂紋。裂紋深度延伸到道床板整個(gè)結(jié)構(gòu)斷面，并縱向貫穿整個(gè)道床板，將道床板分離，直接危害道床板的整體安全性。

1.2 按裂縫形態(tài)和分布位置分類

1)橫向裂縫。垂直于線路方向，多位于新舊混凝土結(jié)合部、支撐層預(yù)裂縫處或道床板邊緣位置。

2)縱向裂縫。水平于線路方向，主要分布在道床板中部。

3)發(fā)散形裂縫。由多條裂縫組成，一般呈現(xiàn)為十字形、井字形等分散形態(tài)，多位于道床板中部。

4)“八字”形裂縫。裂縫位于軌枕塊四角，沿30°～45°方向向外延伸，兩條相鄰裂縫呈“八字”，故稱“八字”形裂縫。

通過(guò)對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)分析，80%以上的裂縫為“八字”形裂縫，此類裂縫在動(dòng)荷載的作用下，長(zhǎng)期發(fā)展容易形成深層裂縫。

2 裂縫形成的機(jī)理與原因

CRTS-I型雙塊式無(wú)砟軌道是現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)物，裂縫形成的機(jī)理大致可分為兩類，一是應(yīng)力作用，預(yù)制軌枕塊和現(xiàn)澆道床板的內(nèi)部釋放應(yīng)力不一致、不同步，軌枕塊采用預(yù)制方式施工，內(nèi)部應(yīng)力在先期已經(jīng)得到一定釋放，道床板為現(xiàn)澆混凝土施工，其內(nèi)部應(yīng)力釋放較慢，軌枕塊與道床板結(jié)合部分易產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力差，當(dāng)內(nèi)部應(yīng)力差超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)裂縫；二是材料變形，骨料粒徑、外加劑、施工溫度、拆模時(shí)間等控制不當(dāng)時(shí)，道床板現(xiàn)澆混凝土發(fā)生水化反應(yīng)，釋放出大量熱量，使混凝土內(nèi)部溫度迅速升高，生產(chǎn)溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)發(fā)生塑性收縮變形，進(jìn)而造成道床板裂縫。

產(chǎn)生裂縫的原因大致有以下幾個(gè)方面。

2.1 配筋不科學(xué)

沒(méi)有充分考慮預(yù)制軌枕塊內(nèi)部應(yīng)力與現(xiàn)澆道床板內(nèi)應(yīng)力釋放的不同步性，在軌枕塊四周配筋上沒(méi)有進(jìn)行科學(xué)檢算，沒(méi)有采取有針對(duì)性的補(bǔ)強(qiáng)措施，提高軌枕塊四周混凝土的抗拉強(qiáng)度，以此抵消軌枕塊與道床板結(jié)合部的內(nèi)部應(yīng)力差。

2.2 布料不均勻

道床板混凝土施工大多采取泵送方式，施工人員為圖省事，集中在模板中部澆筑混凝土，混凝土由中部向四周自流，造成道床板混凝土整體不均勻，表層浮漿過(guò)厚，軌枕塊底部混凝土不密實(shí)，降低了軌枕塊與道床板混凝土之間的粘結(jié)性；在混凝土振動(dòng)施工中，振動(dòng)密度和深度不夠，容易造成軌枕塊四周及底部混凝土不實(shí)，甚至脫空。

2.3 配合比不合理

道床板施工多采用泵送混凝土，坍塌度較大，水泥、拌合水和外加劑的用量不合理，水泥漿含量過(guò)高，造成道床板混凝土收縮值過(guò)大；初期的水化速度快，水化熱較多，降溫時(shí)因自身的約束會(huì)引起較大溫度應(yīng)力；骨料粒徑較小，粗骨料用量過(guò)少，增加了混凝土的收縮變形量；骨料中的含泥量過(guò)大，弱化了骨料與水泥石之間的粘結(jié)度，降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度。

2.4 施工溫差控制不嚴(yán)

施工時(shí)間選擇不合理，特別是在夏、冬季施工時(shí)，沒(méi)有根據(jù)氣溫變化調(diào)整施工作業(yè)時(shí)間，有的甚至在夏季10時(shí)～15時(shí)氣溫最高時(shí)澆筑混凝土，使外部環(huán)境溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土自身溫度，因溫差過(guò)大造成混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力不均勻，超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度。

2.5 養(yǎng)護(hù)不到位

道床板混凝土還沒(méi)有初凝就提早拆模，造成混凝土塌陷，引發(fā)變形裂縫；道床板混凝土澆筑后3 h～4 h左右表面沒(méi)有采取覆蓋、澆水等養(yǎng)護(hù)措施，混凝土表面的水分蒸發(fā)過(guò)快，造成混凝土急劇收縮變形。

3 裂縫防治措施

3.1 增強(qiáng)軌枕塊周邊混凝土抗拉性

對(duì)軌枕塊四角配筋進(jìn)行檢算，科學(xué)確定鋼筋直徑，必要時(shí)在軌枕塊四角設(shè)置倒角鋼筋、四周設(shè)置環(huán)向鋼筋，消除易出現(xiàn)應(yīng)力集中的角點(diǎn)，從而提高道床板混凝土的抗拉性能，有效防止新舊混凝土內(nèi)部應(yīng)力釋放不一致而產(chǎn)生裂縫。

3.2 提高軌枕塊周邊混凝土密實(shí)度

科學(xué)布料，每組雙塊軌排按等距選擇三個(gè)布料點(diǎn)，從一側(cè)向另一側(cè)依次布料，防止混凝土從一側(cè)自流到另一側(cè)，保證混凝土入模時(shí)整體均勻性，降低混凝土表層浮漿厚度，防止出現(xiàn)離析；將軌枕塊埋設(shè)在道床板混凝土中的部分設(shè)置成毛糙面，施工前用高壓水槍對(duì)軌枕塊表面進(jìn)行沖洗，將浮灰、浮渣等雜質(zhì)清除干凈，提高軌枕塊與道床混凝土之間的粘合力；加強(qiáng)軌枕塊周邊道床混凝土的振搗，振動(dòng)棒宜粗細(xì)結(jié)合配置，宜先采用直徑50 cm的粗振動(dòng)棒先振搗，再用直徑30 cm的細(xì)振動(dòng)棒加強(qiáng)振搗，振動(dòng)棒的移動(dòng)間距不超過(guò)振動(dòng)棒作用半徑的1.5倍，振搗時(shí)間宜控制在25 s～40 s，避免漏振、過(guò)振，確保軌枕塊四周及底部混凝土密實(shí)；把握收面時(shí)機(jī)，道床板混凝土需要3次～4次收面，要將最后一次收面嚴(yán)格控制在初凝前后。

3.3 優(yōu)化道床板混凝土配合比

配合比采用低水灰比、低水泥用量、低用水量，降低粗骨料最大粒徑，提高10 mm～20 mm粒徑碎石比例，確保碎石含泥量不大于1%、針片狀含量不大于8%；增加減水劑比例，混凝土外加劑進(jìn)場(chǎng)后，要與膠凝材料進(jìn)行相容性試驗(yàn)，保證減水率、含氣量，在確?；炷翉?qiáng)度的前提下，提高混凝土的和易性；減少水的用量，嚴(yán)格控制坍塌度，泵送時(shí)坍塌度不大于160 mm，有效控制道床板混凝土收縮變形。

3.4 選擇合適的施工時(shí)間

為最大限度的降低外界穩(wěn)定對(duì)道床板混凝土質(zhì)量造成的影響，盡量選擇外界溫度變化較小的春季、秋季施工；夏季施工時(shí)，選擇在夜間22：00～凌晨5：00之間澆筑混凝土；冬季施工時(shí)，選擇當(dāng)日氣溫最高時(shí)進(jìn)行，保證混凝土入模溫度不低于5 ℃。施工前，密切關(guān)注天氣情況，遇到大風(fēng)、降溫等惡劣天氣，及時(shí)采取搭設(shè)遮陽(yáng)棚、保溫棚等防護(hù)措施。

3.5 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

合理選擇拆模時(shí)機(jī)，道床板混凝土強(qiáng)度達(dá)到5 MPa方可拆模；在混凝土初凝并壓光后，采用土工布對(duì)道床板混凝土進(jìn)行覆蓋，土工布表面用噴霧器造潮處理；混凝土終凝后進(jìn)行表面灑水降溫，高溫季節(jié)每隔1 h左右安排人員對(duì)道床板表面濕潤(rùn)情況進(jìn)行檢查，保證不間斷保濕養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

CRTS-I型雙塊式無(wú)砟軌道道床板裂縫控制應(yīng)以軌枕塊四角“八字形”裂縫為主，且極易演變成為深度裂縫，危及高速鐵路的安全性和平順性，必須采取增加鋼筋配置、優(yōu)化混凝土配合比、嚴(yán)格施工過(guò)程控制等多方面措施，增強(qiáng)軌枕塊周邊混凝土抗拉性能、提高軌枕塊與道床板混凝土粘結(jié)性、降低道床板混凝土的塑性變形，從而有效防止道床板裂縫問(wèn)題的發(fā)生。