極旱荒漠地區無砟軌道道床板防裂措施

雷前明，于廣志

(中鐵十七局集團第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

極旱荒漠地區無砟軌道道床板防裂措施

雷前明，于廣志

(中鐵十七局集團第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

針對CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板現澆混凝土容易開裂的現狀，結合新建蘭新鐵路極旱荒漠地區無砟軌道道床板的施工，總結出4種常見的道床板混凝土裂縫形式。分析了產生裂縫的主要原因，通過線外試驗段選取了適宜于新建蘭新鐵路極旱荒漠地區無砟軌道道床板施工的最優混凝土配合比。在養護棚中制作道床板，澆筑混凝土時進行二次振搗并多次抹面，采取內摻養護材料、外噴養護劑的“內部抗裂、外部防裂”以及覆蓋土工布等防裂措施，從而有效避免了道床板混凝土開裂，提高了無砟軌道道床板施工質量。

極旱荒漠 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道 道床板 防裂措施

1 工程概述

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板為現澆鋼筋混凝土整體結構。混凝土內部受到鋼筋和軌枕單元的約束，外部受到支承層或底座板的約束，而且混凝土的暴露面積大，同時受到惡劣自然環境的影響，很容易導致道床板開裂。道床板的開裂尤其是形成嚴重的貫通裂紋后，雨雪滲入會使道床板中的鋼筋銹蝕，銹蝕鋼筋擠脹混凝土，又使裂縫擴展，降低無砟軌道道床板的承載力、耐久性，進而危及到運營過程中的行車安全。由此可見，在無砟軌道道床板施工中混凝土的防裂措施，對滿足鐵路軌道工程的設計功能和使用性能極其重要［1］。

蘭新鐵路第二雙線LXS-17標，地處甘肅省酒泉市瓜州縣柳園鎮極旱荒漠地區。線路途經地區為戈壁、荒灘，氣候干燥，晝夜溫差大，冰凍期長，降雨量少，蒸發量大，地下水資源匱乏。春秋多風，夏季短促而炎熱，冬季嚴寒且漫長。本標段設計正線無砟軌道(含站場正線)施工里程范圍:DK1015+000—DK1119+679，全長209.358 km。其中路基段198.458 km，橋梁段10.9 km，柳園南站站線無砟軌道施工里程范圍內1.551 km，均采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道。

2 道床板裂縫形式及形成原因

2.1 道床板裂縫形式

通過對CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板線外試驗段裂縫的觀測，根據裂縫的開裂部位和特征，可將道床板裂縫分為4種形式:①軌枕八字角裂縫;②兩軌枕間或順軌枕的橫向裂縫;③道床板面上的不規則裂縫(即龜裂);④道床板側面裂縫。以上這些裂縫的出現會在雨雪滲入、凍融等自然環境因素或者運營后列車動載的作用下逐漸發展，使裂縫延伸和加寬。將會嚴重影響無砟道床的承載力，從而降低耐久性及使用性能，進而危及到運營行車安全［2］。

2.2 道床板裂縫成因分析［3］

2.2.1 混凝土原材料的選擇以及配合比

混凝土中各種原材料選用的不當，如砂子不干凈含泥量大，使用水含堿量超標，水泥長時間放置導致失效等都會導致混凝土裂縫的產生。在混凝土制作中配合比未根據粗細骨料含水率及時調整，以及混凝土的攪拌時間不足等會導致混凝土產生裂縫。

2.2.2 施工溫度的影響

極旱荒漠地區晝夜溫差大，混凝土在凝結硬化過程中釋放出大量的水化熱，使得混凝土內部溫度快速上升。混凝土表面散熱較快，而周圍環境溫度較低，形成較大的內外溫差，內外部熱脹冷縮程度不同，使混凝土表面產生拉應力。當拉應力超過混凝土硬化過程中抗拉強度極限時，就會導致混凝土表面產生裂縫，且多為與道床板軌枕方向平行的貫穿裂縫。

2.2.3 軌枕角處產生的收縮裂縫

軌枕周圍新舊混凝土粘結結合性能不好，尤其是在軌枕角處容易出現混凝土不同方向的收縮，使得混凝土在軌枕角處產生應力集中，進而導致軌枕角處八字裂縫的產生。

2.2.4 混凝土的干縮裂縫

氣候干燥、風沙大，混凝土澆筑完成后，表面水分散失極快，在抹面未完成前表面就出現結殼的現象，在后期的養護中也會產生不規則干縮裂縫。

3 道床板的防裂措施

3.1 混凝土配合比選取

在嚴重干旱、大風沙區域，晝夜溫差大，實體結構物容易開裂。在進行道床板混凝土配合比設計時，應以“低膠材、低用水量、低坍落度、高含氣量”為原則，并控制單方混凝土中漿體體積不大于0.32。在此基礎上根據原材料特性，對混凝土按不同的配合比進行了大量試拌，選取了4種在線外試驗段施工，配合比見表1。

對不同配合比的試驗段混凝土道床板裂縫進行觀測和統計，發現4#配合比大大減少了混凝土裂縫的產生。并對28 d混凝土的強度進行了測試，結果都達到了50 MPa以上并且相差不大。所以在無砟軌道道床板施工中優先選用4#配合比，可以減少混凝土裂縫的產生，提高道床板施工質量。

kg/m3表1 試驗段配合比選擇

同時，混凝土生產應嚴格控制配合比中粗、細骨料及水的計量，控制好水灰比，混凝土的攪拌時間應達到要求，防止混凝土發生離析現象。混凝土坍落度、含氣量檢測合格后方可出廠，從源頭控制混凝土質量，預防混凝土裂縫的產生［4］。

3.2 混凝土澆筑過程中的控制

混凝土澆筑前，為確保軌枕與新澆混凝土的良好結合，對軌枕進行噴水濕潤，但不得有積水。特別是保證橋梁地段凹槽內不得有積水，可減少軌枕八字裂縫和沿軌枕周邊裂縫的產生。

道床板混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土運輸車送至施工現場，采用斗送法根據道床板厚度進行適量放料。嚴格按“之”字形澆筑順序進行均勻布料，嚴禁在澆筑過程中使用振搗棒拖、趕混凝土，配備專人進行均勻振搗。振搗時避免振搗棒觸碰軌排及鋼軌，插點布置應均勻，不漏振。振搗過程中要加強對軌枕底部及其周圍混凝土的振搗，確保混凝土密實。為減少八字角位置裂紋及軌枕塊周邊裂縫，宜采用二次振搗工藝，第一次采用 φ50振搗棒在軌枕之間振搗，第二次采用φ30振搗棒在軌枕四周進行振搗。混凝土布料如圖1所示，振搗工藝如圖2所示。

混凝土入模后半小時內用木抹完成粗平，1～2 h內再用鋼抹抹平(至少2遍)。為防止混凝土表面失水產生細小裂紋，在混凝土接近初凝時(約入模3～4 h)再次進行壓實抹面，在進行收面時嚴禁灑水。抹面壓光過程中要注意加強對軌枕四周、排架橫梁下方、鋼軌下方等部位的操作。為了有效解決太陽照射溫度高、風沙大等環境因素造成的混凝土表面水分散失快，以及由此導致的裂縫，在養護棚中進行抹面及養護，每個工作面至少配備150 m養護棚。混凝土抹面如圖3所示，施工使用養護棚如圖4所示。

圖1 混凝土布料示意

圖2 道床板混凝土振搗工藝

圖3 混凝土抹面

圖4 土工布覆蓋及養護棚

經大量試驗驗證混凝土的入模含氣量宜控制在4%～6%，入模溫度宜控制在10℃～20℃。夏季夜間氣溫變化不大，蒸發量小，宜選擇在夜間澆筑混凝土，可減少因混凝土表面水分散失快而導致的干縮裂縫。

混凝土澆筑后2～4 h將調節器高程松動1 mm(角度依據螺桿螺距而定)以使軌枕與混凝土密貼。在混凝土最后一次抹面前提松假縫及伸縮縫模板，混凝土終凝前，手指無壓痕，擰松扣件、魚尾夾板，釋放軌排應力，避免鋼軌因溫差應力使道床板產生裂縫。

圖5 三種不同養護方式示意

在混凝土澆筑過程中嚴格控制，按標準要求施工，就會在很大程度上增強無砟軌道道床板混凝土質量，減少道床板混凝土裂縫的產生。

3.3 混凝土中摻內養護材料［2］

混凝土內養護材料是一種新型的混凝土添加組分。其原理是利用引入的輕骨料或高吸水樹脂等均勻地分散在混凝土中，起到內部吸收、預蓄存水分。當混凝土凝結硬化過程中出現水分不足時，以持續補償水分，支持混凝土水化反應繼續進行，延緩混凝土內部濕度降低速率，可顯著減少混凝土的收縮。內養護劑可有效地改善混凝土的自收縮和干燥收縮，使混凝土的抗開裂性能得到提高，同時在一定程度上改善混凝土強度及抗凍性能。

采用優化配合比以及摻內養護材料的混凝土，在線外試驗段分別進行澆筑。觀察澆筑完成的混凝土可以發現，4#配合比道床板混凝土因摻加了內養護材料，其外觀顏色均勻，表面密實，拆模前后無缺棱掉角，沒有產生太多的裂縫。而未摻內養護材料的道床板混凝土則顏色發白，表面分布較多氣孔，感觀較為粗糙，產生了比較多的裂縫。這是由于內養護材料改善了混凝土工作性能，減少了混凝土表面泌水，提高了水化程度，優化了混凝土微觀結構，大大增強了混凝土的密實度，改善了混凝土質量。

3.4 噴涂養護劑養護

在線外試驗段采用一布一膜滴灌養護、節水養護膜養護和噴涂養護劑養護3種不同的養護方式進行對比，驗證最佳的養護方式，如圖5所示。

1)一布一膜滴灌養護

首先準備好土工布、塑料膜、帶雙閥門水桶、支架、塑料水管等養護材料和工具，然后進行養護布置。將塑料水管扎孔，扎孔原則離水桶近端疏、遠端密，近端水管針孔小，遠端粗些。將塑料水管兩頭套上閥門，放置于混凝土上，放置時盡量有傾斜度，近端高，遠端低。支架放置盡量高些，滿足水壓需要，以保證水能夠順利流出。土工布及塑料布鋪設好后，邊部加固壓實，加蓋養護棚。

2)節水養護膜養護

混凝土終凝后鋪設節水保濕養護膜，鋪設時保證養護膜平整，無凸出褶皺。鋪設后上面不得放置尖銳或其他破壞養護膜的物品，人員不得在上面行走，以避免造成養護膜損傷。

3)噴涂養護劑養護

養護劑是一種高分子涂膜材料，噴灑在混凝土表面后固化，形成一層致密的薄膜，使混凝土表面與空氣隔絕，防止水分過快蒸發，保證混凝土早期具有較好的保濕養生條件。養護劑在道床板混凝土初凝，即待混凝土收漿后，表面無泌水，并用手指輕輕壓無印痕時，采用噴霧器進行噴涂。之后再用滾刷涂刷死角部位，噴刷養護劑時應涂刷到位，不留死角，確保養護質量。養護劑用量為0.4 kg/m2。噴刷養護劑后，覆蓋一層土工布并加固防風。在規定養護期間嚴禁踩踏，有破壞處及時噴補，確保養護效果［2］。

通過現場試驗總結及裂縫觀測，結合本地區干燥、大風、缺水等環境下對混凝土養護提出的要求，以及混凝土終凝前無法灑水養護，現有覆蓋措施無法保證養護質量。綜合考慮為避免混凝土早期失水過多，降低道床板混凝土早期開裂的風險，優先采用噴涂養護劑的養護方式，能夠確保養護質量，且較為經濟合理。三種不同養護方式的優缺點對比如表2所示。

表2 養護方式優缺點對比

4 結語

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板現澆混凝土容易開裂，已成為高速鐵路建設和運營過程中經常遇到的問題。針對這一現象，結合新建蘭新鐵路第二雙線LXS-17標在極旱荒漠地區無砟軌道道床板的施工經驗，總結了4種常見的道床板混凝土裂縫形式，分析了產生裂縫的主要原因。通過線外試驗段選取了適宜于本標段無砟軌道道床板施工的最優混凝土配合比。應加強施工過程控制，如進行二次振搗、混凝土多次抹面并且在養護棚中進行。采取內摻養護材料、外噴養護劑的“內部抗裂、外部防裂”以及土工布覆蓋等防裂措施，從而有效避免了道床板混凝土的開裂，提高了無砟軌道道床板施工質量，綜合效果良好，可為類似工程施工提供參考。

［1］朱長華，王保江，裘智輝，等．CRTSⅠ型無砟軌道道床板裂縫成因分析及應對措施［J］．施工技術，2012(5):77-79，81．

［2］樓梁偉，程巖，仲新華，等．無砟軌道混凝土道床板多重防裂措施應用研究［J］．鐵道建筑，2013(5):137-140．

［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．

［4］中華人民共和國鐵道部．TZ 211—2005 客運專線鐵路軌道工程施工技術指南［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．

Measures of crack-prevention of ballastless track bed plate in extremely arid and desert region

LEI Qianming，YU Guangzhi

(The 2nd Engineering Co．，Ltd． of China Railway 17th Bureau Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710043，China)

According to the current cast-in-place concrete track bed plate crack situation of CRTSⅠtype double block ballastless track，this paper concluded the four kinds of common concrete track bed plate cracks form combing with the ballastless track bed plate construction of new Lanzhou-Xinjiang railway in the extreme arid desert region．This paper also analyzed the main causes of cracks，determined the optimal concrete mixing ratio of ballast track bed plate construction in the extreme arid desert region through the section test beyond the line．Making the track bed plate in the maintenance shed，doing two time vibration and repeatedly plaster for pouring concrete，adopting crack control measures such as mixing maintenance material inside and spraying curing agent outside named“internal and external anti-crack”，and covering geotextile etc．，could avoid the concrete track bed plate crack and improve the construction quality of the ballastless track bed plate．

Extreme arid desert;CRTSⅠdouble block ballastless track;Track bed plate;Crack control measures

U213.2+44

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．10．26

1003-1995(2014)10-0103-04

2014-06-10;

2014-08-20

雷前明(1987— )，男，甘肅靜寧人，助理工程師。

(責任審編 趙其文)