客專線路堤段CRTSI雙塊式無砟軌道道床板裂縫分析與控制

李清油

(中鐵二局股份有限公司,四川成都610031)

近年來，高速鐵路已成為我國鐵路建設的主流,成為交通運輸的大動脈。路堤段無砟軌道為連續結構，其產生裂縫是必然的。如何解決路堤段無砟軌道道床板裂縫是鐵路建設中的一個難題。裂縫既是混凝土的質量通病，也是道床板最主要的病害，它破壞了道床板結構的完整性，危害著鐵路使用的安全。只有弄清它產生的原因，并采取相應的措施，對之進行有效的預防和控制，減少并降低發生的機率，才能提高結構實體質量，有效的延長其使用壽命。本文結合大西客專站前9標施工管理實際，從設計因素、混凝土原材料和內部成因、施工工藝、外部因素和施工管理六個主要方面對路堤段裂縫產生的成因進行了簡要分析，同時介紹了相應的預防控制措施。

1 路堤段無砟軌道組成

無砟軌道自上而下依次由鋼軌、扣件、軌枕、道床板和支承層、基床表層、基床底層、基床以下填料組成。

2 道床板裂縫發生特點

裂縫特點：①裂縫沿著軌枕邊緣貫通；②兩枕角裂縫相互連通；③枕角裂縫；④邊緣裂縫(圖1)。

圖1 裂縫圖(注：為了把裂縫顯示得更加清楚，作者選擇了已修補的裂縫圖片)

3 影響裂縫的六個因素及控制措施

3.1 設計影響因素及控制措施

3.1.1 設計影響因素

(1)軌枕四角未設置鋼筋加強帶。道床板頂層鋼筋在軌枕的四個角處未設加強帶(圖2)。轉角處是應力相對集中的地方，在應力的作用下四角易發生裂縫。

圖2 軌枕的四個角處未設加強帶

(2)道床板與軌枕四周接合部位無連接措施。道床板與軌枕四周接合部位無連接措施，導致新舊混凝土不能有效的粘接在一起，從而在接合部位出現裂縫(圖2)。

(3)結構材料變形異步。軌枕、道床板、支承層三者之間，軌枕設計標號C60，道床板設計標號C40，支承層設計標號C30。三種混凝土的強度等級及澆筑時間差異，在相同環境中，不同的材料熱脹冷縮系數也不一樣,外界溫度的變化，使變形不同步，導致裂縫的產生。

3.1.2 設計因素造成裂縫主要控制措施

(1)施工前安排具有較強專業知識和豐富施工經驗專業人員對圖分專業進行詳細、全面會審。

(2)施工中采用先進、科學的措施避免設計因素帶來的影響。如上述因素中對軌枕四角道床板頂層鋼筋未設計加強帶的問題，我們可以借助橋梁底座板凹槽四角鋼筋配置經驗，在道床板頂層鋼筋上軌枕角處斜向配置與道床板主筋等同規格的鋼筋，一處兩根，長度控制在50～60 cm。

3.2 混凝土原材料因素影響及控制措施

3.2.1 材料影響因素

(1)水泥。水泥品種：選用水化熱低的普通水泥、火山灰水泥等品種，它們的混凝土收縮性小；礦渣硅酸鹽水泥、快硬水泥混凝土收縮值大。

水泥等級：水泥等級越高、細度越細，對混凝土開裂影響越大。

水泥用量：在原材料一定的情況下, 高標號混凝土與低標號混凝土相比, 水泥用量較多,用水量少, 水膠比低。高標號混凝土中毛細管壓力引起表面顆粒之間的壓力比低標號混凝土的大,易出現塑性收縮縫。

(2)粗骨料。粗骨料粒徑越細、針片含量大，單方用灰量、用水量越多，收縮量增大。

(3)細骨料。細骨料含泥量過大，造成混凝土收縮增大；顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配，造成混凝土收縮的增大，導致裂縫產生。

(4)摻合料。粉煤灰、磨細礦渣的使用使混凝土內部固體顆粒堆聚更加密實，表面部分細小顆粒的存在使混凝土毛細管壓力增大，顆粒之間引力隨之增大,出現塑性收縮裂縫的可能性變大。另一方面，摻合料使混凝土凝結時間延長, 增加了混凝土表面的失水量, 同時使混凝土表面在塑性階段抗拉強度下降，增加了塑性收縮裂縫的出現。

(5)外加劑。在混凝土施工中, 外加劑已成為混凝土組成組分之一。混凝土外加劑、摻和料選擇不當或摻量不當，會增加混凝土收縮。不同種類外加劑對塑性收縮裂縫的影響不相同：緩凝劑在延緩水泥水化的同時降低了終凝前混凝土表面的抗拉強度, 延長表面失水的時間, 所以增加出現塑性收縮裂縫的可能性；高效減水劑增加了混凝土終凝之前表面毛細管壓力和收縮應力，同時使混凝土在保持流動性時水膠比降低。

3.2.2 原材料影響控制措施

(1)水泥。選擇合適的水泥品種、等級，盡量優先選用水化熱低的硅酸鹽水泥，避免采用早強高的水泥。道床板為C40混凝土，應選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。水泥的比表面積、游離CaO含量、堿含量、熟料中CaO含量等指標應符合《鐵路混凝土》(TB/T 3275-2011)規范要求。

(2)粗骨料。選用粒形良好、質地堅硬、線脹率小的潔凈碎石，粗骨料性能、累積篩余百分數、壓碎指標、堿活性等指標符合《鐵路混凝土》(TB/T 3275-2011)規范要求。

(3)細骨料。選用級配合理、質地堅硬、吸水率低、孔隙率小的潔凈天然中粗砂、人工砂。不能選用海砂，因海砂含鹽。細骨料性能、累積篩余百分數、堿活性等指標符合《鐵路混凝土》(TB/T 3275-2011)規范要求。

(4)摻合料和混凝土外加劑。摻合料和外加劑選擇可提高混凝土耐久性能且品質穩的產品。外加劑與水泥及礦物摻合料之間應具有良好的相容性，起到降低水泥用量、降低水化熱、改善混凝土的工作性能的作用。

3.3 混凝土內部因素影響及控制措施

3.3.1 內部影響因素

(1)配合比影響。在施工前未對現場砂、石的含水率測試，拌合計量系統未進行校正，計量誤差超標，改變了施工配合比參數而導致裂縫發生。混凝土配合比參數對其熱膨脹系數有不同的影響，主要為水泥用量的影響，在水泥用量一定時，熱膨脹系數隨水灰比增大而降低，當用水量一定時，熱膨脹系數隨水灰比增大而增大。

(2)水灰比影響。水泥和粗、細骨料用量一定的的條件下，在0.35～0.65范圍內，混凝土拌合物的水分蒸發速率隨水灰比的增加而增大，混凝土塑性收縮面積最大值對應的水灰比約為0.5。當水灰比小于0.5時；混凝土塑性收縮面積隨水灰比的提高而增大；當水灰比大于0.5時，混凝土塑性收縮面積隨水灰比的提高而減小。

(3)水化熱影響。混凝土凝結時會放出熱量，這個熱量是多種物質和水反應產生的，故稱為混凝土水化熱。水泥水化熱使混凝土溫度升高。混凝土澆筑初期彈性模量和強度都很低，對水化熱產生的應變約束不大，溫度應力也比較小; 隨著混凝土齡期的增長，其彈性模量和強度相應提高，對混凝土降溫收縮變形的約束越來越強，即產生極大的溫度、應力，當此時混凝土抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，造成混凝土的裂縫。

(4)堿骨料約束。混凝土中的骨料約束水泥的膨脹和收縮，產生拉應力，產生裂縫；水泥中過燒的CaO和 MgO的水化速度很慢，在水泥硬化后再水化，引起混凝土膨脹，出現裂縫。

3.3.2 內部因素影響控制措施

(1)加強材料控制管理，施工前對各種原材料進行檢測。在各項指標都滿足規范的前提下，計量最大允許偏差控制在水泥、礦物摻和料、外加劑、拌合用水±1 %;粗、細骨料±2 %的范圍內。

(2)配合比設計人員應做好理論配合比,深入施工現場，針對現場的砂、石的含水率、施工工藝、澆筑情況, 對施工配合比進行調整。盡量避免或減少使用摻合料及緩凝型外加劑, 以提高終凝前混凝土表面的抗拉強度。盡量降低水灰比，可有效降低水化熱，還可提高強度，減少收縮裂縫。

(3)配混凝土配合比時,盡量做到 “一高三低” :高含氣量(混凝土含氣量不小于4%)低膠材料、低用水量、低坍落度。

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3.4 工藝因素影響及控制措施

(1)振搗控制。振搗混凝土時，振搗或插入不當、漏振。過振或振搗棒抽拔過快，搗固造成骨料重新進行分布，影響混凝土的密實性和均勻性，骨料沉積于下部，上部水泥漿集中，導致裂縫的產生。

(2)抹面影響。為使道床板表面光滑、平整，進行提漿收面或是撒布干水泥進行收面，造成上部水泥漿集中，產生表面收縮裂縫。

(3)過早拆模。混凝土拆模時間越早，拆摸后內外溫差越大，混凝土開裂的可能性就越大。故晚拆模對減小內外溫差、防止混凝土開裂有一定的作用。

(4)養護滯后。在混凝土施工后，沒有按規定的時間及時進行養護，夏季沒有及時進行灑水，冬季沒有及時進行保溫，或是在養護過程中工作做得不細，導致混凝土失掉水份而開裂。

3.5 外部影響因素及控制措施

3.5.1 外部影響因素

(1)外部環境條件的影響。作業環境的溫度、相對濕度和風速均影響混凝土表面水蒸發。環境溫度越高、風速越大, 水蒸發速度也越大，裂縫發生機率越高。冬季氣溫過低，夏季氣溫過高，保溫保濕不及時或是措施不當，導致混凝土過早失去水分，形成裂縫。

(2)支承層對道床板約束。混凝土結構在溫度變化時受到下部支承層的約束，產生外部的約束應力，當溫度從最高值開始下降，混凝土產生較大的拉應力，若拉應力超過抗拉強度，混凝土就產生裂縫。

(3)路基本體不均勻沉降。施工中填料層厚超標、壓實度未做到層層檢測。沉降觀測期，預壓荷載沒有達到設計值，趕工期提前卸載，觀測頻率不足，未進行的沉降位移分析，現場不能根據觀測資料指導施工等出現不均勻沉降而產生裂縫。

施工期間路基排水系統不暢通，雨季雨水沉積在路基的兩側；邊坡未及時防護，雨水從邊坡滲入。這兩種情況都會因雨水而軟化路基本體，產生不均勻沉降使道床板開裂。

3.5.2 外部因素影響控制措施

(1)選擇恰當的混凝土澆筑時間，避免澆筑后出現氣溫急劇變化的情況。夏季多安排在晚上作業，冬季多安排在白天作業。做好養護工作，降低少混凝土表面水份蒸發速度。夏季高溫、多風季節,減少或避免陽光直射混凝土表面，及時灑水覆蓋。冬季及時采取保溫措施，如棉被覆蓋、搭棚升溫等，確保混凝土在正常環境中硬化。

(2)加強路基施工過程監控，做好沉降觀測及數理分析,以用指導施工。在路基沉降穩定后，施工作支承層，道床板施工時間與支承層的施工時間在不影響工期的前提下，間隔時間可適當延長，待支承層充分開裂后再施作，可以少反射裂縫數量及寬度。

(3)對支承層材料控制，要求收縮性很小，低彈性模量。膠凝材料用量不大于200 kg，適當加大碎石用量，摻加引氣劑，無坍落度，支承層混凝土不能超強，彈性模量約7 000～10 000 MPa。

3.6 管理方面影響及控制措施

3.6.1 四個主要影響因素

(1)培訓交底不全面。在施工作業前，沒有組織對施工規范、質量評定驗收標準以及施工圖的學習;對于新技術、新工序，沒有進行專項培訓及逐級交底。導致現場管理人員、作業人員對工序質量控制要點不清、標準不明。

(2)作業過程控制不嚴。在作業過程中，為了使混凝土從混凝土灌車或輸送泵中放出，在搗固時為了搗固器容易插入，混凝土收面時為了收面方便容易，而隨意向混凝土加水，改變原有混凝土的水灰比，裂縫發生機率增大。

(3)監管員業務能力差。現場管理人員不能勝任本職工作，不能對作業工序進行正確的指導與監督，不清楚工序質量控制重點，發現不了工作中的問題或是發現問題不能及時正確處理。

(4)監管資源配置不足。現場監管人員配置不能滿足 “一點三員” (即一個工點、一名技術員、一名領工員、一名安質員)的要求，工地在晝夜作業的情況下，管理人員無法實行連續跟班指導與監督，導致現場監管失控。

3.6.2 管理方面影響控制措施

強化作業前培訓與交底，加強作業過程控制，做到的規章制度與工地需求相適應；結合工地所需專業進行人力資源調配，調配懂技術、有能力、責任心強的人員負責現場監督管理。

4 常用的兩種裂縫修補方法

4.1 壓力注膠法

壓力注膠法(壁可法)適用于寬度≥0.2 mm裂縫，通過橡膠管自動完成注膠。因注膠橡膠管具有較強的收縮性，借助收縮產生的壓力及向內注膠時形成的內外壓力差，把流動性較強的結構膠(A、B組份)壓向裂縫末端而自動完成注膠。

4.2 直接封閉法

直接封閉法適用于裂縫寬度在0.2 mm以下的裂縫，這是最簡單和最普通的裂縫修補方法。就是用封縫材料直接涂于清理干凈的縫口表面，通過密封裂縫來防止水汽、化學物質和二氧化碳侵入的方法。

5 結束語

道床板裂縫產生原因是多方面的，管理控制要從每一個細小環節抓起，做到粗活細作，細活精作。只有采用科學的技術方案對裂縫進行有效預防和控制，減少及降低裂縫發生的機率，才能提高工程質量，保證其結構的完整性、使用的安全性。

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