戈壁灘地區CRTSI型雙塊式無砟軌道道床板裂紋控制研究

（中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023）

0 前言

蘭新鐵路第二雙線是我國首次在戈壁灘惡劣氣候地區采用雙塊式無砟軌道整體道床結構型式的客運專線，沿線多處于嚴寒、溫差大、風沙大、日照強、干旱缺水等惡劣自然氣候條件下，道床板混凝土施工受環境因素影響較大，極易在早期產生裂紋，其中典型常見的裂紋形式有橫向貫穿裂紋、軌枕拐角處八字裂紋、軌枕周邊離縫、道床板表面收縮裂紋。裂紋可以導致道床板混凝土劣化，降低道床板的使用壽命。

1 道床板混凝土裂紋成因分析

道床板混凝土出現裂紋的成因復雜而繁多，但每條裂紋的產生均有一種或幾種主要原因，道床板混凝土裂紋成因大致可劃分如下幾種。

1.1 混凝土收縮引起的裂紋

道床板混凝土因收縮而引起的裂紋是最常見的，也是造成道床板體積變形或開裂的主要原因，包括塑性收縮和干燥（失水）收縮。

1.1.1 塑性收縮引起的裂紋

塑性收縮是指混凝土未凝結硬化前，還處于塑性狀態時發生的收縮。塑性收縮產生的原因主要是失水，即由于水分從混凝土表面蒸發損失，導致的混凝土體積收縮。這類裂紋多在表面出現，形狀不規則，一般呈龜裂狀，深度一般不超過50mm。

道床板混凝土澆注完3h～4h后，在酷熱或大風天氣下道床板若沒有覆蓋，混凝土表面水分就會蒸發過快，或者是被底座板（支承層）、模板吸水過快，加上道床板混凝土內部水化熱過高，就會造成混凝土產生急劇收縮，但此時混凝土還沒凝結，強度趨近于零，不能抵抗收縮變形應力而導致裂紋出現。

圖1 道床板混凝土養護圖

圖2 遮陽防風棚

1.1.2 干燥收縮引起的裂紋

干燥收縮是混凝土養護不及時或在養護停止后，混凝土在不飽和空氣中失去內部毛細孔水、凝膠水和吸附水而發生的體積縮小，是一種不可逆收縮，在采用泵送工藝施工的大坍落度道床板混凝土中尤其明顯。

1.2 溫度變化引起的裂紋

溫度變化也是造成道床板混凝土裂紋的主要原因。道床板混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境溫度或道床板內部溫度變化過快時，混凝土就會產生變形，變形受到限制時就會在道床板內產生應力，當產生的應力超過混凝土表面（溫度收縮裂縫）的抗拉強度時，就會產生溫度裂紋。規范規定：混凝土入模溫度不能大于30℃，混凝土表面溫度與養生水溫度相差不得大于15℃，精調溫度與混凝土澆筑溫度相差不大于15℃，混凝土內部與表面溫度相差不大于20℃，否則會造成混凝土表面產生裂紋。

在蘭新鐵路第二雙線沿線戈壁灘地區，炎熱的夏季在一個日照的循環下，道床板混凝土晝夜溫差可以達到25℃，一年氣溫溫差達82℃，因環境溫度差異引起的道床板裂紋在蘭新二線鐵路中尤其突出。

1.3 混凝土骨料塑性沉落引起的裂紋

道床板混凝土在澆注時，在振動棒和重力的作用，骨料下沉，水泥漿上升，骨料沉落直到混凝土硬化時方停止。當這種塑性沉落受到模板、鋼筋限制時道床板就會出現裂紋。這種裂紋大多出現在混凝土澆注后0.5h～3h之間，混凝土尚處在塑性狀態，尤其是當混凝土坍落度過大時就會較明顯，因此要控制好混凝土坍落度。

1.4 凍脹引起的裂紋

當大氣溫度低于0℃時，吸水飽和的道床板混凝土就會冰凍，產生膨脹應力，若混凝土中骨料空隙多、混凝土水灰比偏大、振搗不密實、養護不及時，道床板就可能會因凍脹出現裂紋。

1.5 工具軌熱脹伸長引起的裂紋

戈壁灘白天太陽直射，工具軌的溫度急劇升高，工具軌就會伸長，如果此時不及時解除工具軌約束，松開扣件，工具軌的變形就會在混凝土內部產生很大的應力，當道床板混凝土處于初凝狀態，道床板不能抵抗這種變形就會開裂，因此道床混凝土澆筑通常選擇在溫度相對比較低的夜間來施工。

1.6 混凝土材料、強度不均勻引起的裂紋

當混凝土拌合質量控制不嚴格、泵送混凝土坍落度過大、混凝土過振、抹面灑水，就會造成道床板混凝土內部骨料分布不均勻、強度分布不均勻，從而導致道床板變形差異，引發混凝土裂紋出現。

2 道床板裂紋防治技術措施與施工工藝

2.1 改善道床板混凝土性能

應根據道床板的結構特點、現場施工條件以及環境條件所要求的性能和“三低一高”（即低膠材、低用水量、低坍落度、高含氣量）的原則配制道床板混凝土，配制要點包括膠凝材料用量不宜大于380 kg/m3，用水量不宜大于150 kg/m3，泵送時混凝土坍落度不應大于140mm（斗送時不應大于120mm），單位體積漿體的量不宜大于0.30m3。在戈壁百里風區或非常干旱地區還應摻入內養護材料，提高混凝土內部濕度，促進膠凝材料后期水化，以便提高道床板混凝土抗裂性能。

在施工過程中還應對道床板混凝土施工配合比及時進行調整，在保證水灰比不變的條件下，采取盡可能低的坍落度，避免道床板混凝土凝固過程中出現較大的干縮；采用加大砂率、加大引氣量等方式來增加混凝土的和易性，并進一步降低道床板混凝土彈性模量；適當加大混凝土的粘聚性，控制混凝土表面的泛漿厚度，從而達到抑制道床板混凝土沉降收縮的發生。

2.2 注重底座板（支撐層）及軌枕潤濕

在道床板混凝土澆筑前，要用噴霧器對混凝土底座板（支承層）和軌枕進行濕潤，使其處于吸水飽和狀態。在澆筑前10min左右，再次灑水充分濕潤，確保道床板混凝土澆筑時處于濕潤狀態。在水資源特別匱乏地段，可在噴霧水中摻加羥丙基甲基纖維素（抗失水劑），以保證道床板混凝土基面濕潤狀態的保持時間，可有效避免道床板混凝土早期失水收縮。

2.3 加強道床板混凝土澆筑及振搗質量控制

混凝土振搗工藝應通過試驗驗證效果，振搗要均勻、適量，不得過振，避免混凝土表面的泛漿厚度過大。要加強對軌枕底部及其周圍混凝土的振搗，確保此處混凝土振搗密實。為減少軌枕拐角八字裂紋及軌枕塊周邊離縫，宜采用二次振搗工藝，第一次采用2個φ50插入式振搗棒，在軌枕之間振搗，將混凝土搗固密實，第二次采用2個φ30振搗棒振搗軌枕四周和道床板兩側混凝土，確保軌枕下及周邊混凝土密實，同時排除氣泡、水泡。混凝土澆筑過程中嚴禁用振搗棒在混凝土表面進行平行拖拉，導致表面出現大面積浮漿。

道床板混凝土與支承層施工盡量間隔較長的時間，在支承層充分開裂變形后再施工道床板混凝土，可減少反射裂縫的發生。道床板混凝土應盡量選擇在氣溫相對較低的夜間澆筑,白天若澆筑混凝土，陽光直射后工具軌溫度上升很快，極易拉裂混凝土，如在白天施工，要對工具軌采取遮陽措施。

2.4 混凝土抹面、收光要細致

道床板混凝土澆筑完畢后，至少要進行5遍抹面收光，可減少裂紋的出現。混凝土入模30min后，第一次用木抹子完成粗平抹面，用噴霧器均勻噴霧狀抑制劑，然后靜置約40min；第二次用木抹子用力擠壓軌枕檔肩四周及模板邊緣混凝土，并適當補充抑制劑，然后靜置約30min；當混凝土逐漸開始硬化時，進行第三次抹面，用鐵抹子逐段壓光成型；在混凝土初凝前（澆筑完約2h后）用鐵抹子進行第四次抹面收光；在混凝土初凝后進行第五次抹面，用鐵抹子最后收光，抹平早期出現的微小裂紋。

抹面時要特別注意軌枕檔肩四周、支撐螺桿四周、伸縮縫等位置，做到面面俱到，不留死角，抹面過程中要反復揉搓、壓平、拍打、收光。

2.5 要準確掌握松開工具軌約束扣件、支撐螺桿的時機

松開工具軌約束扣件的時間不宜太早也不宜太遲，扣件用扳手全部松開后，人工用手再擰緊。混凝土基本失去流動性后要及時放松支撐螺桿1/4圈，初次松開約束具體時間以手指壓按混凝土面不粘手、無壓痕（噴抑制劑后手感可能會不準）時為準，或用3kg鉛球輕置混凝土表面1min，壓痕直徑≤3cm為準。在混凝土初凝后、終凝前期間松開工具軌連接件，拆除支撐螺桿。工具軌扣件全部松開后可釋放軌道在施工過程中因溫度和徐變引起的變形，讓新澆混凝土處于自由狀態，減少軌枕拐角處混凝土八字裂紋,避免鋼軌伸縮造成道床板開裂。

2.6 精心養護道床板混凝土

應將道床板混凝土養護作為關鍵工序進行質量控制，若不及時養護或養護不到位，就會造成道床板混凝土表面失水而干裂。針對戈壁灘地區大風、干旱、晝夜溫差大、水資源匱乏的環境特點，可采用養護膜（劑）+棉被+塑料薄膜（土工布）+蓬布的養護方式，見圖1。

道床板混凝土第一次抹面完成后，應立即用棉被遮蓋，待混凝土經過1d～2d的灑水養護，混凝土強度達到80%以上，表面無積水后，再噴灑養護液成膜進行封閉養護。養護劑采用滾涂方式，要噴兩遍，每遍互相搭接，厚薄一致，不得出現漏噴、透底等現象，在成膜前嚴禁與水接觸，避免影響成膜質量。噴涂養護劑時要逐段揭開棉被，養護劑結膜后應及時覆蓋防曬篷布，要完整覆蓋整個道床板混凝土。要適當灑水保濕養生，并隨時補水，使養護棉充分濕透，以保證在養護期內混凝土表面始終處于濕潤狀態。在夏季要不少于28d保濕養護，冬季當氣溫低于5℃時不應灑水養生。

在夏季高溫施工期間，混凝土澆筑完畢至終凝期間，在道床板混凝土上方架設遮陽防風棚，避免陽光直射道床板混凝土，保證混凝土灌注前后環境溫度變化不大。道床板混凝土抹面、涂刷養護劑、覆蓋均在遮陽防風棚內完成。遮陽防風棚見圖2。

在非常干旱缺水或6級以上大風的戈壁灘地區，可采用節水保溫養護膜方式進行養護。節水保溫養護膜能夠讓道床板混凝土在塑性階段保水，在硬化階段內部持續自然補水，具有保溫隔熱效果，增加混凝土表層的密實度，從而提高道床板混凝土的耐久性。道床板混凝土攤鋪完成30～40min后，若表面沒有明水時順線路方向蓋上節水保溫養護膜，上面再用帆布全封閉覆蓋。

3 道床板裂紋修復及整治

針對道床板不同部位出現的不同類型的道床板裂紋，要認真研究、區別對待，選擇合理、有效的方法進行修補處理。道床板裂紋修補應嚴格按照《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》規定的雙塊式無砟軌道道床傷損等級進行修復，在修補處理前應進行工藝性試驗，驗證修補效果。

0.2 mm～0.3 mm寬的道床板裂紋采用表面封閉處理，宜選用聚合物水泥基涂層材料進行封閉；0.3mm～0.5 mm寬的道床板裂紋采用彈性或柔性材料進行注漿處理，處理材料應具有較強的抗紫外線、抗老化性能；寬度大于0.5mm裂縫,可采用樹脂澆注法或柔性材料注漿法，要確保粘結效果好、耐久性好，修補后的表觀顏色應與原混凝土基面基本一致。對于在軌枕界面處出現的大于0.2mm裂紋，應采用“低壓注漿法”用樹脂材料進行修復。寬度小于0.2mm道床板裂紋一般不做處理，但在降雨量較大的地區，小于0.2mm的裂紋也要表面封閉處理。

道床板出現裂縫后,應對裂縫的發展情況進行觀測，原則上在裂縫發展基本穩定后再進行修補，修補作業環境溫度控制在5℃～25℃內為宜，雨雪天不得施工，要根據不同氣溫情況，分區段選擇修補時機。

4 結 語

蘭新鐵路第二雙線施工實踐證明，在戈壁灘惡劣氣候地區修建雙塊式無砟軌道鐵路，通過優化道床板混凝土澆筑、振搗、抹面、養生等方面施工工藝，采取有效的技術措施，并加強對無砟軌道施工全過程的質量管理，可控制或減少道床板混凝土早期裂紋的出現，有效地防止了道床板的開裂風險，保證了無砟軌道施工質量和使用壽命。

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