CRTSⅢ型板式無砟軌道底座裂紋施工控制及預防

摘 要：本文依據(jù)CRTSⅢ型板式底座混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合濟青高鐵CRTSⅢ型板式無砟軌道底座裂紋產(chǎn)生的特征，分析混凝土56d收縮率和早期水化熱對底座混凝土的影響，總結(jié)出影響混凝土底座裂紋產(chǎn)生的因素，從混凝土配比、材料選用、澆筑時間段、養(yǎng)護方式比選等方面，進行優(yōu)化工藝措施來控制CRTSⅢ型板式無砟軌道底座裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CRTSⅢ型板式無砟軌道;裂紋;控制;預防

中圖分類號：TV331? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）01-0052-03

1 CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)型式及常見問題

CRTSⅢ型板式無砟軌道具有維修養(yǎng)護工作量少，使用壽命長，結(jié)構(gòu)耐久性強等特點，長期以來，無砟軌道底座會出現(xiàn)表面裂紋是高速鐵路和地鐵建設(shè)中帶有普遍性的現(xiàn)象，雖然表面裂紋寬度均<0.2 mm，深度<2 mm，能滿足《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》的要求，符合驗標條件，不影響正常使用。探索鋼筋混凝土底座裂紋發(fā)展原理、優(yōu)化現(xiàn)有施工工藝，及時對鋼筋混凝土底座裂紋進行針對性的預防和控制，使得鋼筋混凝土底座施工質(zhì)量品質(zhì)與無砟軌道高平順性、高耐久性、低維修量的巨大優(yōu)點相匹配，具有重大現(xiàn)實意義[1]。

2底座裂紋發(fā)展原理

通過對正在施工和已投入運營項目的無砟軌道底座裂紋現(xiàn)象進行考察和分析，通過對施工工藝和控制措施集中會診，收集統(tǒng)計底座相關(guān)裂紋信息，系統(tǒng)地總結(jié)出CRTSⅢ型板式無砟軌道底座裂紋發(fā)展原理，大致可分為兩類：一類為混凝土自身特性原因造成，可細分為塑性收縮裂紋、混凝土水化熱產(chǎn)生的收縮裂紋、溫度梯度裂紋三種。另一類為施工工藝原因造成，可細分為損傷性裂紋、限位凹槽四角八字裂紋兩種?，F(xiàn)針對各類型裂紋發(fā)展原理和成因進行系統(tǒng)分析。

2.1 塑性收縮裂紋

塑性收縮裂紋是指混凝土澆筑完后、在終凝前處于可塑性狀態(tài)時，因混凝土表面水份蒸發(fā)失水引起毛細管壓力而產(chǎn)生的表面干縮現(xiàn)象。一般在高風速、低濕度、高氣溫和高混凝土溫度等情況下，水份蒸發(fā)很快，表面容易產(chǎn)生塑性收縮形成裂紋，當混凝土用砂或碎石含泥量偏大時也容易產(chǎn)生塑性收縮裂紋。

塑性收縮裂縫發(fā)生在混凝土初凝期間持續(xù)時間短，形狀不規(guī)則、長短寬窄不一、呈龜裂狀，深度較淺。環(huán)境因素是影響塑性收縮裂縫的最主要因素?；炷林兴终舭l(fā)和空氣吸收水分的速度越快，塑性收縮裂縫越易產(chǎn)生。

2.2 溫度梯度裂紋

溫度梯度裂紋在薄板狀結(jié)構(gòu)的底座上較常出現(xiàn)，特別是北方地區(qū)的晝夜溫差大，多發(fā)生在混凝土養(yǎng)護期過后齡期20 d以后。由于混凝土表面與空氣接觸面大，混凝土結(jié)構(gòu)在太陽照射下，其上表面升溫較快，芯部升溫相對較慢，在熱傳導性能差的底座混凝土內(nèi)部形成沿高度方向上的溫度梯度應力。反之，夜間降溫時，底座混凝土表面散熱降溫較快，芯部降溫相對較慢，也將在熱傳導性能差的底座混凝土內(nèi)部形成沿高度方向上的溫度梯度應力。

2.3 損傷性裂紋

混凝土凝固初期被擾動，形成損傷性裂紋，此種裂紋多出現(xiàn)在凹槽壁四周頂面或底座頂面轉(zhuǎn)角處，受模板拆除時間過早，未完全初凝時被擾動或橋梁另半幅重車碾壓振動作用損傷形成裂紋，這種裂紋縫隙一般較寬，縫寬0.2 mm以上，伴隨混凝土凹陷、變形、掉塊等情況共同出現(xiàn)。

2.4 限位凹槽四角八字裂紋

限位凹槽四角位置，因其混凝土出現(xiàn)臨空面，從力學上分析為引力集中區(qū)，在混凝土結(jié)構(gòu)變形量大到一定程度時，易產(chǎn)生八字裂紋。限位凹槽四角八字裂紋往往由于限位凹槽四角處鋼筋保護層偏大，凹槽處混凝土搗固不足、未及時灌水養(yǎng)護、抹面遍數(shù)不足、抹面時機把握不到位等因素引起四角處混凝土結(jié)構(gòu)抵抗集中應力破壞的能力不足，造成裂紋發(fā)展。

3底座裂紋防治對策

根據(jù)裂紋成因的調(diào)查和發(fā)生原理研究，經(jīng)充分分析，在施工過程中可以通過材料質(zhì)量控制、配比優(yōu)化、工藝優(yōu)化創(chuàng)新等方式，可以消除塑性收縮裂紋和混凝土水化熱產(chǎn)生的收縮裂紋;可以強化過程管控和施組的優(yōu)化來防止損傷性裂紋;也可以通過模板工裝的改正和施工工藝及拆模時間的控制來大幅減少凹槽八字形裂紋;也可通過澆筑時間、配比、工藝控制、養(yǎng)護方式、施工組織的調(diào)整優(yōu)化等措施來減少并延遲溫度梯度裂紋的發(fā)生[2]。

3.1 塑性收縮裂紋

塑性收縮裂紋可以采取加強混凝土原材料控制，適當提高進場原材標準，降低砂石料的含泥量;在保證施工性能前提下采用低坍落度混凝土;選擇當天氣溫較低時的夜間進行混凝土施工;增加抹面次數(shù)，混凝土抹面后及時用塑料膜覆蓋，降低混凝土表面水分揮發(fā)速度， 初凝后再灑水保濕養(yǎng)護。

3.2 混凝土水化熱產(chǎn)生的收縮裂紋

水化熱產(chǎn)生的收縮裂紋防治應當優(yōu)化混凝土配合比，在保證混凝土強度前提下，適當降低水泥用量，提高摻合料用量，采用合適外加劑，降低用水量，使用合適的砂率，嚴格控制混凝土坍落度在160 mm以下，即堅持低膠材用量、低用水量、低坍落度、高含氣量;提高粉煤灰等級，采用合適的減水劑和引氣劑，盡量降低用水量提高混凝土性能;嚴格控制施工過程及工藝，嚴禁對出站后的混凝土隨意加水，底座混凝土澆筑時堅持抹面不少于四次，且要把握好抹面時機，不宜太早，抹面不得采用灑水的方式提漿;嚴格按要求進行覆蓋保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時間≥14 d等方式加以防治。

3.3 溫度梯度裂紋

溫度梯度裂紋防治應該通過優(yōu)化施工組織，按照無砟軌道作業(yè)區(qū)段劃分的要求進行施工，盡量將無砟軌道板鋪設(shè)的時間安排在底座澆筑完成后15～30 d內(nèi)進行;如果不能及時進行軌道板鋪設(shè)時，在養(yǎng)護期后應繼續(xù)采取覆蓋底座表面，減少太陽光直射，隔斷混凝土與環(huán)境直接發(fā)生熱量傳遞，降低溫度遞度裂紋產(chǎn)生的可能。

3.4 損傷性裂紋

損傷性裂紋防治一是加強模板安裝前的檢查，安裝前必須打磨干凈，脫模劑涂刷均勻，控制好凹槽模拆模時機，盡量待混凝土表干，基本初凝成型，拆模不粘模，拆模后混凝土不變形不塌陷時方可拆除模板，在保證施工便利性情況下盡可能推遲模板拆除時間，摸索最佳拆模時間;二是優(yōu)化施組，加快橋面系施工，底座施工時盡量在橋面系施工完成后進行施工，減少施工運輸重型車輛運輸影響;三是優(yōu)化物流組織，當天底座混凝土澆筑（混凝土罐車上橋時）應根據(jù)混凝土供應線路先里后外原則，以避免底座混凝土初凝前，重型罐車來回碾壓橋面形成振動，擾動混凝土形成表面裂紋。

3.5 限位凹槽四角八字裂紋

限位凹槽四角八字裂紋防治時首先在上、下層網(wǎng)片間設(shè)置兩層防裂筋，與鋼筋網(wǎng)片采取合理方式進行綁扎固定;然后在限位凹槽四周均勻增設(shè)8根U型架立鋼筋，在底座混凝土澆筑時人工埋入直筋為2 mm，網(wǎng)格間距為1.5 cm×1.5 cm，大小15 cm×15 cm的高強度鋼絲網(wǎng)，埋置在距離凹槽四角模板1.0 cm，距離混凝土表面1.0 cm～1.5 cm的位置。通過改善轉(zhuǎn)角處配筋以增加抗剪能力;布料時通過泵管優(yōu)先布料或人工鏟料等方式在凹槽四角處盡量多布骨料，并加強凹槽轉(zhuǎn)角處搗固，嚴格抹面次數(shù);凹槽模板需在混凝土基本初凝時才能拆除處理，拆模后還需對凹槽底面、側(cè)面、及頂面轉(zhuǎn)角進行1～2次抹面壓光，在終凝后及時進行灌水養(yǎng)護。

4 底座混凝土配合比及性能參數(shù)的優(yōu)化

CRTSⅢ型板式無砟軌道底座采用C40鋼筋混凝土，根據(jù)無砟軌道底座具有板薄、面寬、配筋率低等結(jié)構(gòu)特性，混凝土配合比設(shè)計直接影響到軌道板底座鋼筋混凝土的收縮率和早期水化熱數(shù)量，進而影響底座力學性能和耐久性，現(xiàn)主要從影響混凝土56 d收縮率和早期水化熱方面進行對比分析[3]。

4.1 混凝土收縮率影響因素的分析

根據(jù)無砟軌道底座混凝土的特性進行分析，總結(jié)出影響混凝土收縮率的因素主要受用水量，水泥，集料，外加劑和摻和料，配筋率及養(yǎng)護環(huán)境的影響。

根據(jù)混凝土的特性，混凝土在水中時呈微膨脹變形，在空氣中干燥時呈收縮變形;因此混凝土的水灰比越大，收縮量將越大;水泥活性越高，顆粒越細，即比表面積越大，收縮越大，故應根據(jù)構(gòu)件厚度選定合適水泥品種，宜選擇比表面積在300～350 m2/kg，出廠質(zhì)量穩(wěn)定的水泥品種;混凝土內(nèi)含泥量對混凝土收縮率影響較大，粗細骨料中含泥量越高收縮越大，骨料粒徑越小，砂率越高，收縮越大;外加劑添加種類及性能對混凝土的收縮率有較大影響，特別是減水劑和引氣劑添加量和性能;摻合料摻加比例不當或摻合料質(zhì)量不穩(wěn)定，也會增加收縮率;配筋率越大，收縮率越小，但配筋率過大時混凝土的拉應力也會增加;養(yǎng)護環(huán)境濕度越大，收縮越小;越干燥收縮越大;風速越大，收縮越大;早期養(yǎng)護時間越長，收縮越小;早期養(yǎng)護不到位，混凝土收縮越大;養(yǎng)護環(huán)境及混凝土溫度越高，收縮越大;混凝土暴露面越大，暴露時間越長收縮越大。

4.2 混凝土早期水化熱對裂紋產(chǎn)生的影響分析

混凝土水化熱與水泥的生產(chǎn)和水化凝結(jié)過程有關(guān)，由于水泥是石灰石經(jīng)過高溫鍛造，吸收大量熱能后形成的材料。水泥的水化過程是鍛造水泥的逆反應過程，鍛造時吸收的熱量在水化熱過程中要釋放出來，致使混凝土溫度升高，溫度的升高程度和水化反應的劇烈程度有關(guān)。

由于物體受熱脹冷縮特性，混凝土將會在溫度上升時而發(fā)生膨脹，即溫度越高的芯部膨脹大，溫度低的混凝土表面膨脹少，使得混凝土內(nèi)部和外部分別受到壓應力和拉引力影響。當拉應力大于混凝土的抗拉強度時就產(chǎn)生了溫度裂紋。

4.3 幾種配比混凝土表現(xiàn)效果的對比分析

濟青高鐵無砟軌道施工期間，通過對相鄰幾個段落，同一時期采用同一工藝施工的底座進行統(tǒng)計分析，對各段C40混凝土的配合比各參數(shù)和現(xiàn)場實際應用效果進行了對比調(diào)查，在混凝土56 d齡期后對底座裂紋進行統(tǒng)計分析，形成對比如表1：

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，在相同工藝條件下，底座混凝土配比水灰比越小，砂率較高，單位用水量越小，塌落度控制越小的底座混凝土出現(xiàn)裂紋的時間越晚，出現(xiàn)裂紋的數(shù)量越少，這就是底座混凝土配比優(yōu)化的方向。

4.4 不同時段澆筑的底座混凝土裂紋分析

為確定混凝土澆筑時間段對底座混凝土裂紋的產(chǎn)生，是否存在聯(lián)系，課題組組織對3～4月份施工的同一工點，相同配合比施工的底座裂紋情況進行了調(diào)查，經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)底座混凝土澆筑時間在白天7：00～18：00施工的，28 d齡期時發(fā)生裂紋的軌道板占比在13.9%～30.6%之間，在夜間18：00～次日6：00澆筑混凝土的底座，28d齡期時發(fā)生裂紋的軌道板占比在0%～11.1%之間?？偨Y(jié)分析得出：選擇在夜間澆筑底座混凝土，可大幅降低裂紋發(fā)生的概率，特別在混凝土初凝時氣溫為當天較低氣溫時效果最佳。

4.5 鋼筋保護層厚度對底座混凝土裂紋影響程度的調(diào)查分析

為了調(diào)查鋼筋保護層厚度對底座混凝土裂紋影響情況進行調(diào)查分析，隨機抽取80塊產(chǎn)生裂紋底座進行鋼筋保護層檢測，并按照1.5倍抽取與產(chǎn)生裂紋同一批施工而無裂紋的底座共120塊進行鋼筋保護層對比分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)：80塊有裂紋底座：裂紋附近鋼筋保護層厚度范圍為40～49.6 mm，平均保護層厚度為44.6 mm;120塊同期施工的無裂紋底座：相同部位鋼筋保護層厚度范圍為39～51.2 mm，平均保護層厚度為45.5 mm。

對比分析發(fā)現(xiàn)二者實測數(shù)據(jù)較分散且相互交錯，無明顯分界界線，即從對比數(shù)據(jù)來看底座鋼筋保護層厚度，對底座表面裂紋影響程度不明顯，可分析認為鋼筋保護層厚度不是底座裂紋產(chǎn)生的主要原因。

5結(jié)語

通過對CRTSⅢ型板式無砟軌道底座裂紋發(fā)展原理及控制措施的研究，掌握了底座裂紋發(fā)展原理，制定了切實可行的措施，通過現(xiàn)場工藝的調(diào)整，避免了底座裂紋的產(chǎn)生，提高了無砟軌道的實體質(zhì)量，達到了提升無砟軌道工程耐久性的目的，減少了無砟軌道后期維修保養(yǎng)工作量，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟價值和社會效益。

參考文獻

[1] 李昌寧，戴宇.鄭徐鐵路客運專線CRTSⅢ型板式無砟軌道施工關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道標準設(shè)計，2015（9）：25-28.

[2] 鐵建設(shè)【2010】241號.高速鐵路軌道工程施工技術(shù)指南[S].

[3] TB10424-2010.鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準[S].

Construction Control and? Prevention of Cracks in the Base of CRTSⅢ Slab Ballastless Track

SONG Zuodong

（The Second Company of China Railway Fifth Bureau， Hengyang? Hunan? 421000）

Abstract： Based on the CRTSⅢ slab base concrete structure， combined with the characteristics of the cracks in the CRTSⅢ slab ballastless track base of the Jinan-Qingdao high-speed railway， this paper analyzes the 56d shrinkage rate of concrete and the influence of early hydration heat on the base concrete， and summarizes the influence of the cracks on the concrete base. From the aspects of concrete ratio， material selection， pouring time period， maintenance method comparison and selection， etc.， optimized technological measures are taken to control the occurrence and development of cracks in the base of CRTSⅢ slab ballastless track.

Keywords： CRTSⅢ slab ballastless track; cracks; control; prevention

收稿日期：2021-12-16

作者簡介：宋作棟（1978—），男，湖南衡陽人，本科，正高級工程師，研究方向：鐵道工程。