客運專線鐵路施工中注漿法修補溫度變形裂縫的應用

龐宇哲

中鐵十八局集團一公司石武客運專線項目部，河南駐馬店 463000

1 工程概況

新建石家莊至武漢客運專線河南段，設計速度為350km/h，混凝土設計為高性能混凝土，耐久性設計100年，采用CRTⅡ型板式無碴軌道。

2 裂縫的分類及成因

混凝土裂縫產生原因大致有兩種情況，一種是荷載作用下產生的裂縫，另一種是非荷載作用下產生的裂縫。

在客運專線鐵路的施工中出現的混凝土裂縫，并非是荷載作用下產生的，而主要是由于變形作用引起的，因為變形受到約束后引起的壓力超過了混凝土的抗強度而導致裂縫，這些裂縫被稱為變形作用下而引起的裂縫。變形作用包括：溫度變形，收縮變形以及地基均勻沉降變形等，這些變形都使混凝土產生裂縫。

3 溫度變形產生的裂縫

混凝土硬化過程中，因為溫度的變化必然引起溫度變形，溫度變形受到約束，勢必會產生溫度壓力。

根據溫度壓力的形成過程可以分為3個階段：第一階段，即早期階段，自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，大約有30天左右時間，期間，表現出兩個特征：一是水泥放出大量的水化熱；二是混凝土內彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，在此期間，混凝土結構內部形成了殘余壓力；第二個階段，即中期階段，自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這時的溫度壓力主要是由于混凝土冷卻及外界氣溫變化所引起的，這些壓力與早期階段形成的殘余壓力相疊加，在此期間，混凝土的彈性模量變化不大；第三階段，即晚期階段，混凝土完全冷卻以后的運轉時期，溫度壓力主要是外界的溫變化所引起的，這個階段的壓力與前兩個階段的殘余壓力相迭加。

由于混凝土的抗壓強度比較高，當產生溫度壓力時，一般混凝土結構不會受到損傷，但是，混凝土的抗拉強度比抗壓強度低的多，當產生溫度拉應力時，混凝土結構往往因抗拉強度不足而會產生裂縫。這時出現的裂縫有兩種：

1）一種是表面裂縫?；炷聊Y過程中，水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力，后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。若果氣溫降低，也會在混凝土表面引起很大的拉應力。總之，在混凝土凝結過程中，表面熱量散發快，內部熱量不易散發，形成內外溫差，內外體積變化各異，互相產生約束，特別是在澆筑后，外部氣溫急劇下降，內部溫度上升導致膨脹，內外變形差異更大，相互約束更強，于是在混凝土內部產生壓應力，外層產生拉應力，當表面溫度拉應力超過允許抗拉強度時，便產生表面裂縫，這種裂縫多發生在混凝土塊體側壁，方向不定，數量較多。由于初澆灌的混凝土塑性比較大，彈性小，限制了拉應力的增長，所以這種裂縫短而淺，在這個時候，隨著混凝土內部溫度下降，外部氣溫的回升，裂縫有重新閉合的可能。表面裂縫對建筑物的耐久性有一定影響，但不致以成為影響安全的決定因素。

在客專專線鐵路施工中，通常受外界環境影響會出現表面裂縫，采用注漿法進行修補收到良好的效果。

2）貫穿裂縫和深層裂縫。由于基礎對新混凝在溫度變形施加的約束作用，所以在混凝土溫度上升膨脹時引起壓應力，在溫度降低時引起拉應力，當這個拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會產生裂縫。由于這種裂縫自基礎向上開展，嚴重時可能貫穿整個澆筑物，破壞結構的整體性，所以把這種裂縫稱為貫穿性裂縫。由于它切割深度可以達到3m～5m以上，寬度可以達到1mm～3mm，所以被稱作深層裂縫。這種裂縫在施工中必須要采取措施避免。

4 裂縫的修補工藝流程

對已經出現的混凝土裂縫，應及時進行處理。

在對混凝土的裂縫處理之前，應該對裂縫現狀進行調查，包括裂縫的類型，裂縫的寬度，有無病害，是否漏水，鋼筋是否銹蝕等現象，產生裂縫的經過（發生的時間，發生的過程），施工紀錄的檢查，構件的、厚度的檢測，地基調查等等。通過調查，掌握了混凝土裂縫產生的各種資料，就會針對不同的裂縫，采取相應的處理方法。

4.1 修補材料

根據裂縫的寬度選擇不同的注漿修補材料，在施工中根據現場實際情況，選擇了環氧樹脂對裂縫進行修補。修補材料是由環氧樹脂、固化劑、固化促進劑、各類助劑和高補強性填料組成的。

表3 水泥漿液凝結時間

4.2 工藝流程

圖1 裂縫修補工藝流程

圖2 裂縫修補圖片

4.2.1 表層處理

采用鋼刷清除掉裂縫周圍易脫落的浮皮、空鼓的抹灰等，并用毛刷清掃混凝土裂縫表面塵土，然后用棉絲醮乙醇沿裂縫方向擦凈混凝土表層。

4.2.2 裂縫封閉封閉

采用聚合物砂漿修補平整（也可用YJ快干型封縫膠），使其裂縫被封閉，防止注漿時從裂縫中流失。假如裂縫沒有被封嚴，導致漏漿現象，要及時封堵漏漿部位，在環氧樹脂尚未初凝前繼續完成注漿工作。

4.2.3 鉆孔

采用手提式電鉆對要修補的部位鉆孔，孔位與裂縫的距離應參照裂縫的位置，確保鉆孔的深度應穿過裂縫。相鄰孔位的距離一般為20cm～50cm，通常裂縫越寬，所注的漿體就越遠，孔位的距離可以適當增加。在修補橋梁梁面以及路基支承層表面時，根據現場實際情況，相鄰孔位的距離采用15cm，深度為穿過裂縫。

4.2.4 安裝止漏棒

在鉆好的鉆孔中安裝高壓止漏棒AS～185，將其上螺帽鎖緊。

4.2.5 注漿

采用420kg/cm2的高壓止漏機AS～2000，經由止漏棒AS～185注入攪拌好的漿液，利用高壓止漏機AS～2000以高壓力注漿（壓力至少280kg/cm2），以確保漿液能確實填滿裂縫，注漿時應注意根據裂縫走向由下而上進行，直至相鄰孔位出料或注漿位置背面裂縫的預留出漿口開始流出漿液，表明該段裂縫己基本注滿，然后將出料口堵上，繼續注漿至漿液不再進入為止。

4.2.6 清理工作

待6個小時凝固完成后，拆除止漏棒AS～185，清除溢出縫外的止漏劑，修補注漿孔，恢復混凝土表面的原狀，必要時可以采用防水補強材料將裂縫表面做防水處理。

4.3 修補施工的歸檔

修補施工位置、施工情況及施工批復等應包含在竣工資料內。修補區域須在日常檢查中予以檢查以驗證修補部分及結構物的長期耐久性。

5 結論

混凝土裂縫是混凝土結構的常見病害，影響混凝土結構物承載能力、耐久性及降低防水性，嚴重的裂縫會改變混凝土的受力條件，從而有使局部甚至整體結構發生破壞的可能。雖然混凝土的裂縫是不可避免的，但它的有害程度是可以避免，只要人們在混凝土結構工程中采取綜合技術措施，便可以變有害為無害，并達到設計、施工和使用的要求。

注漿法修補溫度變形裂縫通過在新建石家莊至武漢客運專線的應用，證明此種施工方法能保證混凝土的施工質量，今后可以在鐵路客運專線及類似工程施工中推廣。

[1]姜紹飛主編.混凝土裂縫分析.北京：建筑工業出版社，1999，2.

[2]客運專線鐵路工程施工質量驗收標準使用手冊.北京：中國鐵道出版社，2007，7.

[3]薛吉崗主編.客運專線鐵路工程施工質量驗收標準應用指南.北京：中國鐵道出版社，2005，11.