不同類型無砟軌道道床板防開裂研究

張世軍

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，廣西 大化 530800）

1 無砟軌道板開裂成因及對策分析

在施工中現(xiàn)澆無砟軌混凝土道床板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，裂縫使道床混凝土板中的鋼筋發(fā)生銹蝕，銹蝕的鋼筋會擠脹混凝土，進(jìn)而使得裂縫更具擴(kuò)張趨勢，處于絕緣節(jié)點的卡子也會逐步失效，在絕緣性能方面大打折扣。同時，結(jié)構(gòu)裂縫的滲水也會加速基礎(chǔ)下沉的速度，沉降值迅速攀升降低了無砟軌道道床的耐久性以及承載能力，嚴(yán)重的將影響到軌道的行車安全。因此，本文分析無砟軌道混凝土道板的裂縫開裂機(jī)理，旨在設(shè)計與施工兩個方面做好預(yù)防裂縫產(chǎn)生的預(yù)防工作，從而保證無砟軌道混凝土道床板的施工質(zhì)量。

筆者認(rèn)為，無砟軌道道床板常見的結(jié)構(gòu)裂縫成因主要有：

（1）混凝土材料的不均勻?qū)е铝芽p的產(chǎn)生。混凝土的不均勻性主要包括水灰比的分布不均，不均勻分布的混凝土骨料產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力不均的情況，從而有可能導(dǎo)致軌道板產(chǎn)生裂縫。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計因素。新老混凝土板的結(jié)合部位，軌枕角容易出現(xiàn)不同方向的收縮，在混凝土硬化后在角部的應(yīng)力集中處引起混凝土收縮拉伸狀態(tài)，加劇了裂縫的發(fā)展，并隨著時間的推移裂縫出現(xiàn)延長和擴(kuò)大。

（3）混凝土施工溫度。混凝土在硬化過程中，會產(chǎn)生水化熱，其大部分水化熱在3天之內(nèi)會被釋放。尤其是在夏季施工中，如果不采取有效的降溫措施，混凝土構(gòu)件的內(nèi)部溫度會達(dá)到65-70℃，甚至?xí)撸罅康乃療釋?dǎo)致內(nèi)部溫度迅速提升，而混凝土表面迅速冷卻，內(nèi)外形成較大的溫差，從而造成內(nèi)、外部熱脹冷縮的程度不同，混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過硬化過程中混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，裂縫通常只在混凝土表面淺裂紋的范圍，或沿長邊部分出現(xiàn)。

（4）混凝土干縮。混凝土表面水分蒸發(fā)會使得混凝土構(gòu)件產(chǎn)生干燥收縮，這是一個不可逆的過程。一般地，混凝土干縮裂縫的主要原因是混凝土表面水分蒸發(fā)過快，蒸發(fā)量的變化引起不同程度的不同結(jié)果，混凝土表面水分流失快，內(nèi)部濕度變化小，大面積混凝土收縮變形的內(nèi)部約束產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力裂紋。

（5）塑性收縮裂縫。水泥用量大，養(yǎng)護(hù)不及時會導(dǎo)致混凝土表面不均勻收縮引起的裂縫，雖然危害不大，但在長期動荷載的作用下會出現(xiàn)明顯的裂縫發(fā)展。

這些常見裂縫主要的對策與預(yù)防措施通常我們是這樣考慮的。混凝土支承層選擇合適的切削時間實施切縫，防止產(chǎn)生不規(guī)則裂縫引起的上板混凝土裂縫。同時，為了能夠有效防止支承層發(fā)生不規(guī)則的收縮裂縫，普遍支承層混凝土終凝后或抗壓強(qiáng)度達(dá)到2～3兆帕的執(zhí)行切割時，混凝土板和混凝土支承層的伸縮接頭伸縮縫在同一位置，并應(yīng)支承層混凝土在施工完成后，放置2至3個月，然后進(jìn)行道床板混凝土施工，能有效防止道床板裂縫的出現(xiàn)。通過采取措施對新澆筑的混凝土加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，采取適當(dāng)?shù)母采w，及時灑水，使混凝土表面呈濕潤狀態(tài)；建議采用新型的養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行保水養(yǎng)護(hù)，并避免夏日強(qiáng)光直射，防止裂縫的出現(xiàn)。

根據(jù)蘭新線無砟軌道試驗段雙塊式軌道的施工經(jīng)驗，除了上述的防止裂縫的措施外，還應(yīng)該注意以下幾個問題：

水泥的選擇應(yīng)使C3A含量越小越好，建議不采用標(biāo)號帶R的水泥；在滿足泵送要求的情況下，混凝土坍落度越小越好；可摻用Ⅰ級粉煤灰，減少水泥用量和促進(jìn)減水作用，不宜摻加膨脹劑；商品混凝土攪拌質(zhì)量難以掌握和控制，因此不宜采用；優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(軌枕外形設(shè)計和道床板鋼筋配置設(shè)計)，合理設(shè)置伸縮縫間距；夏季施工應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土入模溫度，鋼筋和模板的溫度也應(yīng)引起關(guān)注，并采取相應(yīng)措施降低其溫度；混凝土澆筑后及時養(yǎng)護(hù)，二次抹面要跟上，如混凝土坍落度較大應(yīng)進(jìn)行三次抹面，表面的覆蓋材料應(yīng)能長時間保水；現(xiàn)澆混凝土與雙塊式軌枕結(jié)合部表面應(yīng)灑水充分濕潤，以加強(qiáng)新老混凝土界面粘結(jié)，減少界面裂縫。

2 無砟軌道基底結(jié)構(gòu)病害的對策與措施

針對整體無砟軌道道床板裂縫、下沉等病害，采用高強(qiáng)發(fā)泡樹脂進(jìn)行注漿加固處理，對注漿前后的變形進(jìn)行對比測試、物探測試和原位探測并進(jìn)行分析，檢驗實際效果。結(jié)合我國無砟軌道結(jié)構(gòu)病害類型及產(chǎn)生機(jī)理，進(jìn)一步研究無砟軌道結(jié)構(gòu)病害檢測與快速修復(fù)技術(shù)。

無砟軌道結(jié)構(gòu)病害通常有三類：一是混凝土下沉破損，即軌道結(jié)構(gòu)在列車載荷作用下產(chǎn)生下沉變形；二是無砟軌道結(jié)構(gòu)上鼓破損，主要是地下水水位抬起造成破損，或基礎(chǔ)處理不到位；三是無砟軌道結(jié)構(gòu)受地下水侵蝕而破壞。通常的處理方法有：線路幾何尺寸變化應(yīng)在扣件和墊板調(diào)整量范圍，進(jìn)行調(diào)整不擾動道床，超出調(diào)整量范圍時需進(jìn)行整治。整治方案應(yīng)根據(jù)超出管理值的大小分級治理，盡量少擾動軌道與路基結(jié)構(gòu)，確保其功能不受影響。排水溝整治應(yīng)與軌道結(jié)構(gòu)整治同步進(jìn)行，避免重復(fù)作業(yè)。

（1）加強(qiáng)或增設(shè)排水設(shè)施。整治關(guān)鍵是排導(dǎo)和疏干基底結(jié)構(gòu)地下水，不能局限排除地表水。發(fā)生翻漿冒泥等病害時，應(yīng)增設(shè)地下排水設(shè)施，增加排水溝數(shù)量和深度。

（2）增加扣件的可調(diào)變形量。提高無砟軌道扣件的可調(diào)變形量，以改善無砟軌道對列車振動和沉降變形的適應(yīng)性。

（3）灌注水泥漿。采用液壓和氣壓裝置，通過注漿管將水泥漿灌注到軌道與路基結(jié)構(gòu)的裂縫和空隙中，水泥漿以充填、滲透和擠密等方式排擠裂縫中的水、空氣和其他雜質(zhì)，并充填其位置，形成高強(qiáng)度、防水性能 好的新結(jié)構(gòu)體。此方法適用于軌道完整、基底空隙較多與翻漿冒泥地段，缺點是難以抬升軌道板結(jié)構(gòu)。常規(guī)注漿方法機(jī)具笨重，現(xiàn)場施工不便，天窗時間難以完成整治，常規(guī)的注漿材料短時間達(dá)不到黏結(jié)強(qiáng)度要求。

（4）基底換填。基底結(jié)構(gòu)受地下水沖刷嚴(yán)重，但軌道板完整無破損，可將基底軟弱層清除，重新灌注基礎(chǔ)混凝土。此方法整治徹底，缺點是施工工藝有待完善。

（5）整體軌道板維修。主要用于軌道結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，為此采用雙液組分、高強(qiáng)發(fā)泡樹脂進(jìn)行注漿加固處理，填充無砟軌道基底結(jié)構(gòu)空洞和進(jìn)行底面密封，精確提升軌道板。混合比例1∶1，并采用特殊輸送泵進(jìn)行加溫灌注。其固化后對環(huán)境無任何污染。采用注漿加壓裝置漿液注入裂縫并充滿。

結(jié)語

由于高速鐵路無砟軌道病害在國內(nèi)大規(guī)模投入使用時間尚短，對于其裂縫等病害的檢測經(jīng)驗尚少，本工作是嘗試性和驗證性的。對于客運(yùn)專線無砟軌道病害的檢測，尚處于初始階段，需要投入更多的關(guān)注與時間。為維護(hù)客運(yùn)專線的長期正常運(yùn)營，積極主動的檢測工作亟待開展。

[1]王其昌.高速鐵路土木工程[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，1999.

[2]黃士元.混凝土早期裂縫的成因與防治[J].混凝土，2000，(7):3-6.

[3]劉振民，錢振地，張 雷.雙塊式無砟軌道道床板混凝土裂縫的分析與防治[J].鐵道建筑；2007(6)：99-101.