高速鐵路無砟軌道混凝土裂紋防治

文/郭毓

1 前言

由于建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，無砟軌道在長期運行過程中不可避免地會出現(xiàn)裂縫，而無砟軌道混凝土裂縫對道床板的影響是持續(xù)不斷的。如果裂縫過大，將直接影響道床板的結(jié)構(gòu)強度。道床板根據(jù)實際施工情況有相應(yīng)的荷載限制，如果道床板的裂縫深度大于道床板的荷載極限，就會影響到軌道上的荷載，導(dǎo)致軌道床板中的鋼筋發(fā)生變形問題。

2 高速鐵路無砟軌道施工技術(shù)相關(guān)內(nèi)容概述

在許多情況下，無砟軌道改為整體混凝土地基，道床由礫石組成。在無渣鋼軌結(jié)構(gòu)中，鋼軌是現(xiàn)場施工的水泥材料，無碎屑最基本的特點是精度高，毫米內(nèi)誤差是保證車輛穩(wěn)定性的必要條件。此外，采用無砟軌道具有很高的耐久性，滿足列車時速高達250km的運行要求。目前，我國高鐵建設(shè)的路基幾乎沒有石頭和雜物，而是使用定制的鋼筋混凝土軌道板。因此，為了達到高速鐵路建設(shè)的高效率目的，在保證列車運行穩(wěn)定性的同時，成為高鐵結(jié)構(gòu)的重要選擇，也很有必要繼續(xù)研究高鐵的具體建設(shè)和發(fā)展過程。

3 高速鐵路無砟軌道施工技術(shù)難點

3.1 軌道精度

在無砟軌道施工過程中，對施工精度也有一定的要求。如果采用傳統(tǒng)的測量方法，則無法滿足施工要求。因此，必須保證軌道線路的暢通，保證鐵路建設(shè)工程的質(zhì)量。同時，高精度的測量設(shè)備和測量技術(shù)正在得到應(yīng)用和發(fā)展。此外，為保證無砟軌道的平整度，在施工時必須一次性成型，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2 軌道位置問題

高鐵具有高運行速度、高穩(wěn)定性等應(yīng)用優(yōu)勢，在建設(shè)道路時，對施工精度和技術(shù)應(yīng)用效率的要求十分明確。從這個意義上說，要有良好的軌道鋪設(shè)位置公差控制，良好的軌道軸線控制，符合粗設(shè)置和細(xì)序完成軌道的鋪設(shè)，調(diào)整螺栓松緊度。但是，在實際應(yīng)用中，當(dāng)軌道的長度比較大時，在調(diào)整軌道本身的擴展系數(shù)時，很難保證調(diào)試結(jié)果在容差范圍內(nèi)，高鐵的累積誤差概率會影響高鐵的施工質(zhì)量和開通后的安全。

3.3 軌道剛度控制問題

除了上述控制難點外，在軌道施工過程中控制軌道剛度也是施工過程中的一個難題。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，道路施工過程嚴(yán)格按照適用的施工規(guī)范和操作規(guī)程進行，必須保證道路剛度滿足施工過程中確定的設(shè)計要求，安裝、保持高標(biāo)準(zhǔn)。提高無砟軌道本身就是一種承載能力，由于工程施工過程中存在諸多不確定因素，一定程度上會影響施工的順利進行，影響道路結(jié)構(gòu)施工的剛性[1]。

4 高速鐵路無砟軌道的施工

4.1 高速鐵路無砟軌道施工前的準(zhǔn)備工作

為了高鐵無砟軌道的順利施工，需要在高鐵無砟軌道施工前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。首先，高鐵無砟軌道施工前，應(yīng)保證高鐵無砟軌道底板質(zhì)量。其次，完成高鐵無砟軌道工程變形沉降評價，確認(rèn)各項指標(biāo)滿足高鐵無砟軌道設(shè)計要求。最后，確認(rèn)高鐵CP 線建設(shè)已完成，并且已完成兩次施工質(zhì)量評估[2]。

4.2 高鐵無砟軌道混凝土基礎(chǔ)板施工

高鐵無砟軌道底板采用低塑性混凝土，配合比應(yīng)通過試驗確定。高鐵無砟軌道底板澆筑后應(yīng)處理好，確?；炷翝仓|(zhì)量。

4.3 高速鐵路無砟軌道板鋪設(shè)

澆筑高鐵無砟軌道的軌道板時，必須先將軌道板打毛。高鐵無砟軌道板和后澆混凝土的地基強度至少要達到15MPa，必須提前進行測試。將模板安裝在高鐵無軌板調(diào)整好的位置，然后安裝泡沫模板并進行相應(yīng)的固定。最好使用硅膠，通過實驗選擇固定方式。完成上述步驟并進行相應(yīng)的檢查后，即可開始對高鐵無砟軌道導(dǎo)軌進行粗調(diào)。為保證軌道板安裝質(zhì)量，對精密測量網(wǎng)絡(luò)和建立的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)進行實時復(fù)測。

4.4 混凝土和瀝青砂漿的澆筑

對于高鐵無砟軌道板，應(yīng)采用縱向水泥混凝土密封條封邊，當(dāng)啟用軌道板封邊時，向封邊的軌道區(qū)域噴水，將水排入設(shè)備調(diào)節(jié)器。噴涂前應(yīng)用梯形乙醚泡沫板密封，避免撞擊。平整瀝青混凝土?xí)r，注意不要在軌道邊緣留下多個刻痕點。高鐵無砟軌道板固定裝置大多安裝在中間位置，是保證高鐵無砟軌道板固定效果的夾緊裝置[3]。

5 高鐵無砟軌道混凝土開裂原因分析

當(dāng)混凝土的溫度和濕度相對平衡時，混凝土中水分的蒸發(fā)會隨風(fēng)速的改變而發(fā)生變化。由于路板床暴露面積大，受風(fēng)面積大，新澆混凝土容易因失水過多而開裂。同時，在混凝土施工階段，由于晝夜溫差大，混凝土內(nèi)外溫度不一致，主要是受力大，容易產(chǎn)生裂縫。另外，無砟軌道面的裂縫并不多，施工單位應(yīng)加強現(xiàn)場施工組織，規(guī)范工藝，則無砟軌道面的裂縫基本上是可以避免的。產(chǎn)生裂縫的主要原因是施工單位在向軌道板澆筑混凝土前2h 未充分噴灑或潤濕軌枕，未注意軌枕周圍的打磨處理，認(rèn)為軌道溫度不高且相對恒定，忽略了風(fēng)速的影響，沒有注意或者沒有進行足夠的覆蓋灑水養(yǎng)護。

6 高速鐵路無砟軌道混凝土裂縫控制

控制鐵路混凝土裂縫對保證鐵路正常運行具有重要意義。此外，混凝土的抗裂必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制水泥與水的比例，同時控制進入模具的溫度。

第一，攪拌混凝土前，注意調(diào)整水灰比，以免開裂。如果水灰比較大，會導(dǎo)致混凝土路面底板出現(xiàn)裂縫。裂縫出現(xiàn)的頻率太高，會使兩個枕木之間形成裂縫，影響了枕木的穩(wěn)定性?；炷龄佋O(shè)時必須控制溫度，特別是在模具鋪設(shè)時。在鐵路建設(shè)過程中，施工溫度可能過高，為盡快完成工程，建筑工人沒有嚴(yán)格控制鋪設(shè)溫度，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的情況比其他地方多。因此，控制混凝土的入口溫度會影響裂縫的形成。

第二，混凝土澆筑后要保持濕潤，尤其是夏季高溫時期。冬季氣溫較低時，還要注意保溫工作。風(fēng)大的時候，要搭建帳篷進行保護，避免受風(fēng)吹，導(dǎo)致開裂。

第三，在特殊路段建設(shè)高鐵時，一般混凝土修復(fù)工程無法控制混凝土在一定范圍內(nèi)的裂縫。例如，在嚴(yán)重干燥的沙漠、日溫差大的高原地區(qū)、蒸發(fā)量大的熱帶地區(qū)，混凝土除按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計外，還必須經(jīng)過多次養(yǎng)護。同時，為補充混凝土干燥過程中消耗的水分，必須提前對養(yǎng)護材料進行水分儲存?；炷脸霈F(xiàn)收縮時，干燥與開裂同時發(fā)生，預(yù)先儲存水分有助于減少混凝土變干過程中的水分消耗，提高抗收縮性和抗裂性。在潮濕地區(qū)除濕，保持良好的除濕效果，確?；炷恋臐穸仍跇?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

第四，首次澆筑混凝土?xí)r，必須及時松開螺栓和緊固件，防止新舊混凝土與路基板融合，造成混凝土出現(xiàn)明顯裂縫。將單元結(jié)構(gòu)用于高鐵底部無砟軌道的設(shè)計，可以有效減少混凝土裂縫的出現(xiàn)。

第五，裂縫的預(yù)防措施。用于無砟軌道的CRTS型雙軌枕均采用預(yù)制，隨后澆筑混凝土和軌道板軌枕，形成無砟軌道板結(jié)構(gòu)。由于軌枕混凝土的收縮已經(jīng)完成，其尺寸和體積幾乎沒有變化，軌道層混凝土由于水化和收縮過程中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，使軌枕與軌道層之間具有光滑的接觸面。由于它們在凝固過程中可以有效連接，理論上，其他收縮必然會在界面處產(chǎn)生裂縫，表現(xiàn)為軌枕和道床板之間的“縫隙”。加強無砟軌道板混凝土質(zhì)量控制，可有效減少“脫層”的發(fā)生，其中軌枕塊表面在壓延時必須進行加固。

第六，高鐵地基采用無砟軌道底部鋼筋混凝土設(shè)計，加強對支護層的保護，有利于解決基礎(chǔ)施工困難和軟土地基沉降的問題。無砟道床支護層包括預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、普通混凝土結(jié)構(gòu)等，其抗裂要求不同。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般不開裂，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)容易開裂，但寬度受鋼筋限制，而一般混凝土結(jié)構(gòu)容易開裂，裂縫寬度不受控制，并且裂縫位置不能繼續(xù)傳遞彎矩，表現(xiàn)為總剛度和彈性模量下降。連續(xù)軌道層的軸向開裂力主要取決于混凝土的抗拉強度和軌道板的面積。如果鋼筋數(shù)量太少，最終的軸力將小于裂紋的軸力。一旦混凝土出現(xiàn)裂縫，鋼筋會立即因軸力過大而錯位，導(dǎo)致裂縫無法控制。因此，在無砟道床結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，必須控制無砟道床混凝土開裂，可以適當(dāng)用黏性材料代替硬質(zhì)材料。

7 結(jié)語

隨著我國高鐵的快速發(fā)展，對高鐵結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性要求越來越高，保證高鐵的質(zhì)量直接關(guān)系著人們的生命財產(chǎn)安全。在日常的鐵路維護中，防止無砟高鐵混凝土出現(xiàn)裂紋是保證軌道正常運行的關(guān)鍵。高速鐵路無砟軌道混凝土裂紋防控是一項復(fù)雜而長期的任務(wù)，應(yīng)給予廣泛關(guān)注。