寒冷地區高速鐵路路基上無砟軌道伸縮縫防滲水優化設計

徐娟娟

寒冷地區高速鐵路路基上無砟軌道伸縮縫防滲水優化設計

徐娟娟

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

針對嚴寒地區路基段板式無砟軌道伸縮縫封閉不嚴及裂縫過大引起的滲水問題,通過對不同密封材料的對比,提出了采用新型聚氨酯密封膠的封堵方案,并介紹伸縮縫整修的施工工藝。實踐證明,使用聚氨酯密封膠對無砟軌道伸縮縫進行整修,施工操作簡便,防水效果較好。

無砟軌道;伸縮縫;防滲水設計;聚氨酯密封膠

高速鐵路運行速度高,無砟軌道對路基工后沉降要求非常嚴格,允許的工后沉降不大于15mm,差異沉降不大于5mm。特別是高寒地區,路基凍脹可能會使路基產生不均勻變形,從而破壞軌道的平順性,影響乘車舒適性,嚴重的甚至會危及行車安全。因此,必須重視路基的防凍脹設計。除了加強路基結構設計,嚴格控制路基填料細顆粒的含量和壓實質量,加強路基防、排水工程設計和施工質量監控外,做好無砟軌道伸縮縫處防滲水設計及施工也是十分必要的。本文以板式無砟軌道為例,介紹無砟軌道伸縮縫優化設計方案。

1 無砟軌道伸縮縫處原設計方案及存在的問題

1.1 底座伸縮縫設計

路基地段CRTSⅠ型板式無砟軌道由60 kg/m鋼軌、WJ- 7B型扣件、預制軌道板、水泥乳化瀝青砂漿、混凝土凸形擋臺及混凝土底座等部分組成。通常每2～3塊軌道板長度底座設置1道寬20mm伸縮縫,伸縮縫對應凸形擋臺中心并繞過凸形擋臺,伸縮縫下部采用聚乙烯發泡板填充,上部50 mm范圍采用改性瀝青軟膏封閉,伸縮縫平、立面布置見圖1。

1.2 線間及兩側混凝土封閉層伸縮縫設計

為防止線間兩側及混凝土封閉層開裂,混凝土封閉層沿線路縱向每3m設一道寬12 mm的橫向縫,上部50mm采用熱融改性瀝青灌注;混凝土封閉層與無砟軌道底座間設置寬12 mm的縱向伸縮縫,縱縫上部50mm采用熱融改性瀝青軟膏灌注,下部采用聚乙烯泡沫板填充。封閉層縱向及橫向伸縮縫結構如圖2所示。

圖1 伸縮縫平、立面(單位:mm)

圖2 混凝土封閉層縱向及橫向伸縮縫示意(單位:mm)

1.3 存在的問題

通過對路基地段無砟軌道排水系統、路基面混凝土封閉層及無砟軌道伸縮縫等相關部位無砟軌道路基面防排水情況進行了現場調查,發現路基地段個別伸縮縫存在以下問題:

(1)線路兩側封閉層有橫向裂縫產生,裂縫寬度0.5～1mm;

(2)底座和兩側封閉層之間縱向有離縫產生,離縫寬度在1～2 mm;

(3)底座由于冬天溫度低會產生收縮的現象,底座之間的伸縮縫變寬,填充的瀝青軟膏封閉層產生裂縫,裂縫寬度0.5～2mm。

裂縫過大,當地表積水時,將會通過縫隙滲入路基基床。

2 原因分析及解決方案

2.1 原因分析

嚴寒地區極端最低氣溫低,路基對地表水較敏感,伸縮縫封面材料的防水要求較高,根據《建筑防水瀝青嵌縫油膏》相關技術指標,目前國內采用的瀝青封面材料性能指標,低溫柔性的試驗溫度通常為-20℃,對粘結拉伸強度無要求,由于粘結拉伸強度較小,低溫季節伸縮縫混凝土基面伸縮量較大,伸縮縫上部嵌縫材料首先與混凝土界面脫離并產生縫隙,地表水容易進入伸縮縫。

2.2 解決方案

采用能夠適應極端最低氣溫低、斷裂伸長率較高的伸縮縫密封材料對伸縮縫表面進行密封。

3 伸縮縫防滲水優化設計

3.1 伸縮縫材料選擇

伸縮縫常用的密封材料有聚氨酯密封膠、MS密封膠、聚硫密封膠、改性瀝青密封膠4種[6],其性能對比見表1。

表1 幾種常見的伸縮縫用密封膠性能對比

如表1所示,與聚硫密封膠、MS密封膠、改性瀝青密封膠相比,聚氨酯密封膠具有以下優點:(1)新舊膠相容性好,易維修;(2)施工方便;(3)對基材無污染; (4)價格適中。因此,選擇聚氨酯密封膠作為伸縮縫嵌縫材料。

為了滿足路基面較高的防水要求,適應極端最低氣溫低、溫差大等特殊條件,設計采用新型聚氨酯密封膠,根據研究試驗,該嵌縫膠的斷裂伸長率可達到800%。

3.2 設計原則

(1)伸縮縫寬度變化值與密封膠位移量

影響伸縮縫寬度變化值的主要因素包括:熱位移、潮濕膨脹位移、荷載作用位移等。其中熱位移是最主要影響因素,所以計算伸縮縫寬度變化值時可以只考慮熱位移,可使用下列公式計算

式中,L是伸縮縫間距;αX是混凝土的線性熱膨脹系數;ΔTX表示預期溫差。

伸縮縫密封所選密封膠的位移量必須大于等于對應接縫寬度變化值與寬度的比值。經計算并結合現場實際情況,底座伸縮縫變化約為3～5 mm。

(2)形狀系數

接縫設計除了接縫尺寸大小外,密封材料灌注于接縫內的形狀、大小也影響到密封效果。厚度小的密封膠比厚度大的密封膠更有彈性,作用于膠體上之應力也較低。

根據國內外經驗,密封層的寬深比宜為1∶0.5～1∶0.7,厚度最少不應小于6 mm,最多不宜大過15 mm。本次封堵整修設計嵌縫材料寬深比取1∶0.7。

(3)密封方式

接縫密封設計方式推薦采用嵌縫密封,過橋密封應慎重采用。

3.3 優化設計方案

(1)混凝土封閉層伸縮縫

對于無砟軌道底座與軌道之間及兩側混凝土封閉層縱向及橫向伸縮縫,清理原伸縮縫內雜物,清理范圍為12mm×20 mm(寬度×深度),新設縱向及橫向縫在混凝土封閉層上部采用厚度為8 mm的新型聚氨酯密封膠封閉,下部采用直徑不小于12 mm的圓柱形聚乙烯泡沫板作為背襯材料,如圖3所示。

圖3 封閉層縱橫向伸縮縫封堵(單位:mm)

(2)底座伸縮縫

對于底座間伸縮縫,清理伸縮縫內雜物,清理范圍為20mm×35 mm(寬度×深度),新設伸縮縫在底座上部采用厚度為15mm的新型聚氨酯密封膠封閉,下部采用直徑不小于20mm的圓柱形聚乙烯泡沫板作為背襯材料,如圖4所示。

圖4 底座伸縮縫封堵(單位:mm)

3.4 施工工藝

(1)清縫

首先用機械或工具清除原接縫中的失效瀝青,再用水泥混凝上切縫機將原縫清切2遍,在切縫過程中,切縫機一定要把握平穩、走直、均勻前進。然后用鐵鉤消除縫內殘留廢渣,再用空壓機將縫內灰塵、雜物清除干凈。

(2)安裝背襯材料

接縫清潔完成后,應盡快安裝背襯材料。安裝過程可用木制專用工具,保證背襯材料嵌填至設計規定的深度。

背襯帶的作用有2個:一是控制灌縫深度,使密封膠在縫內均勻一致,不漏膠,保證灌縫質量;二是使密封膠同底部不粘接,確保材料的延伸率。

(3)配料

聚氨酯密封膠為雙組份膠,使用前需將2組份膠料按比例混合均勻。攪拌時先將乙組份材料攪拌均勻,然后按已試驗好的配合比進行攪拌。配料完成后,應立即移至灌縫機內進行填縫。

(4)填縫

填縫是施工的重要環節,要嚴格把握。首先將嵌縫槍裝上槍頭后,對縫注入聚氨酯嵌縫膠;在注入過程中掌握好槍的板手用力和槍頭移動速度,防止膠液流出縫外;打膠完成后,應檢視接縫填縫情況,以確保膠無起泡、隆起等現象。若發現有不當之情形,應立即處理。

4 結論

針對高寒地區路基無砟軌道伸縮縫封閉效果不好及裂縫過大導致滲水的問題,提出了采用新型聚氨酯密封膠替代瀝青軟膏的伸縮縫整修方案。實踐證明,使用聚氨酯密封膠,對伸縮縫裂縫進行維修,施工操作簡便,防水效果較好。

[1] 趙國堂.高速鐵路無砟軌道結構[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

[2] 中華人民共和國鐵道部.高速鐵路設計規范(試行)[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[3] 中華人民共和國鐵道部.高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)[S].北京:中國鐵道出版社,2012.

[4] 張鵬,肖緒文.哈大客運專線路基填料改良試驗研究[J].鐵道標準設計,2009(6):6- 8.

[5] 石剛強,張先軍.嚴寒地區客運專線路基凍脹影響因素及防治技術[J].鐵道建筑,2010(1):93- 95.

[6] 向凱,王好軍,江琪.聚氨酯密封膠在混凝土路面切割縫中應用研究[J].中國建筑防水,2012(1):11- 13.

[7] 向凱,陳偉冬.聚氨酯建筑密封膠用底涂的應用研究[J].中國建筑防水,2011(2):42- 44.

[8] 莊守云,丁金勇.聚氨酯類灌縫膠在寒冷地區水泥混凝土路面的應用[J].黑龍江交通科技,2008(11):27- 28.

[9] 辛波,楊勇,徐海濤,王炳凱.聚氨酯密封膠及其在建筑行業中的應用[J].新型建筑材料,2005(3):34- 37.

[10]王孟瑋.聚氨酯密封膠在輕質砂加氣混凝土墻板接縫中的應用[J].防水材料與施工,2008(12):44- 47.

[11]陳宏喜,文舉.SBS改性瀝青彈性密封膠的研制及應用[J].中國建筑防水,2012(2):9- 12.

[12]尤士介,袁長海,王林,高武林.瀑布溝水電站壩基廊道結構縫滲水處理[J].人民長江,2011(24):38- 41.

Optim um Design for Expansion Joint Anti-seepage Slab Ballastless Track on Subgrade of Firgid District High-speed Railway

XU Juan-juan
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

There are seepage problems at expansion joints of slab blasstless track in severe cold area, because the expansion jointswere not tightly closed or the crack was too large.Based on the comparison among different sealing materials,the sealing scheme using new polyurethane sealant was put forward, and the construction technology of the expansion joint repair was introduced.It has been found that the use of polyurethane sealant for expansion joints repair is a method with simple construction and good waterproofing effect.

ballastless track;expansion joints;anti-seepage design;polyurethane sealant

U238;U213.2+44

A

1004- 2954(2013)07- 0019- 03

2012- 11- 30;

2013- 03- 07

徐娟娟(1981—),女,工程師,2006年畢業于西南交通大學道路與鐵路工程專業,E-mail:xjj8119@163.com。