西北地區鐵路整體道床混凝土裂縫施工控制關鍵技術研究

王曉云 董朝陽

西北地區鐵路整體道床混凝土裂縫施工控制關鍵技術研究

王曉云 董朝陽

摘 要：結合西北地區具體情況，對混凝土整體道床在施工階段裂縫控制的研究方案、研究內容和方法進行論述，闡明裂縫產生的主要原因，提出裂縫控制研究的重點，對西北地區整體道床混凝土裂縫控制的進一步研究具有一定的指導作用。

關鍵詞：鐵道工程；整體道床；裂縫控制；西北地區

0 引言

高速鐵路是當今世界鐵路建設的主要發展方向。近年來，我國高速鐵路建設取得飛速發展，運營里程已居世界第1位。在我國新建的高速鐵路中，主要采用無砟的整體式道床。

在我國的西北地區，客運專線廣泛采用無砟軌道方式，而在一些普通鐵路的隧道內，考慮到整體道床的優點，同樣采用整體道床的結構形式。整體道床在施工過程中，混凝土開裂是非常難于控制的問題，因為整體道床本身就相當于體表比較小的鋼筋混凝土板，加上西北地區干旱、大風及晝夜溫差大的特點，都會對混凝土在凝結硬化初期的收縮及由此導致的混凝土開裂產生較大的影響。如在蘭新客運專線建設過程中，有的路段因為混凝土開裂現象較嚴重（見圖1），甚至出現將整體道床拆除重建的現象。因此，解決這一問題是非常關鍵和必要的。調研西北地區部分施工現場整體道床裂縫開展的情況，結合西北地區干旱、大風、晝夜溫差大的特點進行相關的理論分析，總結出導致整體道床出現裂縫的幾方面的原因，并對相應的研究方法進行論證。

1 道床結構設計

圖1 整體道床開裂

1.1 問題分析

從無砟軌道的結構設計方法可知，設計考慮的因素主要是列車運營過程中各因素對整體道床的影響，而未考慮施工階段整體道床混凝土裂縫的控制。混凝土整體道床產生裂縫最嚴重的時間往往是在混凝土的凝結硬化階段，特別是混凝土施工完成的1～2d。該階段混凝土由于凝結硬化會產生體積收縮，強度逐漸增大，當混凝土體積收縮受到限制時，會產生收縮應力，若收縮應力大于混凝土當時的強度，混凝土就會產生開裂。這種開裂在整體道床的施工中非常普遍，嚴重時可能會因為裂縫過多而造成返工現象。

從道床產生的裂縫形式來看，主要包括整體道床表面的龜裂裂紋和道床內軌枕端部的“八”字形裂縫。對于道床表面的龜裂裂縫而言，大部分僅在混凝土表面產生，裂縫寬度較細且縱橫交錯，呈龜裂狀，外形沒有任何規律（見圖2—圖3）。若這種龜裂裂縫寬度較大、數量較多且深度較深時，應采取相應的處理措施，開裂嚴重時就可能將道床拆除重建。道床內軌枕端部的八字形裂縫，從軌枕端部的2個角向外延伸，有的一直延伸到整體道床邊緣，從側面可以看出裂縫較深（見圖4—圖7），這種裂縫如不及時處理，在運營過程中可能會由于列車荷載等的作用不斷加大，影響整體道床的受力，且雨水容易順著裂縫深入道床，使道床內的鋼筋銹蝕，影響其耐久性。

從道床內的鋼筋布置（見圖8）及軌枕結構形式可知，導致混凝土開裂主要有以下因素：（1）鋼筋的布置較少，沒有專門防止混凝土表面開裂的構造鋼筋；（2）在軌枕端部等容易出現混凝土應力集中的區域，沒有配置適宜的防裂鋼筋。

圖2 對整體道床頂面龜裂裂縫進行標識

1.2 研究方法

針對整體道床內部構造鋼筋布置較少的情況，結合道床表面的裂縫開展特征，在道床內適當位置布置構造鋼筋和防裂鋼筋。結合新配置的鋼筋，利用ANSYS軟件建立數值分析模型，模擬混凝土凝結硬化自收縮過程中裂縫產生的可能性，并通過模擬結果對鋼筋進行調整。對于調整好防護鋼筋布置的整體道床板，通過試驗對混凝土凝結硬化初期的抗裂性能進行驗證。

圖3 整體道床表面龜裂裂縫分布

圖4 軌枕端部整體道床八字形裂縫

圖5 整體道床八字形裂縫側面深度

圖6 軌枕端八字形裂縫頂面

圖7 軌枕端八字形裂縫側面　

圖8 整體道床的鋼筋布置

2 混凝土配合比

2.1 問題分析

混凝土凝結硬化的自收縮，在很大程度上取決于混凝土內的水泥用量及水灰比，水泥用量越多，水灰比較大，收縮就越大。

混凝土按照拌合物的和易性，可分為干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流動性混凝土等。不同的混凝土，其水泥用量和水灰比也不同。在西北地區整體道床施工過程中，較多的路段采用塑性混凝土，塑性混凝土由于加入減水劑等添加劑，混凝土和易性增加，用水量減少。但由于各施工單位在配置混凝土時，配合比不盡相同，且混凝土添加劑等加入量也不一致，導致有的路段整體道床施工后混凝土開裂較輕，有的路段開裂較嚴重。

2.2 研究方法

研究首先收集各施工路段混凝土的配合比，包括不同路段采用的砂石料的粒徑、級配等，然后結合整體道床的混凝土開裂情況，對配合比進行調整，對于調整好的配合比，則進行相關的試驗研究，以驗證混凝土在凝結硬化過程中的收縮性能。

3 混凝土施工工藝

3.1 問題分析

混凝土的施工工藝主要包括混凝土的攪拌、運輸、振搗及混凝土振搗后的抹平等處理工藝?；炷恋臄嚢韬瓦\輸主要采用商品混凝土，混凝土的攪拌、運輸等工藝相對規范和成熟，因此對混凝土開裂的影響不大?；炷潦┕すに噷α芽p影響主要是混凝土的振搗及后期處理，特別是對于整體道床而言，由于其結構形狀呈板式，體表比較小，振搗往往采用插入式振動器，振搗完后采用表面抹平的方式，如果在這一階段施工工藝不合適，則很容易就出現裂縫，而這一點又往往不被重視。另外，應適當增加混凝土表面的收面次數，發現細小裂縫立即收面，避免在混凝土初凝前產生裂縫。在混凝土初凝結束前用抹子拍打容易出現裂縫的區域，特別是雙塊式軌枕或長軌枕與新混凝土的結合部位，也可在一定程度上避免裂縫的出現。

3.2 研究方法

采用試驗研究的方法，對采用不同施工工藝的混凝土表面的開裂情況進行研究。不同的施工工藝包括不同的混凝土振搗方式和次序、振搗完以后的抹平及后續的表面收面等步驟，以研究適宜的混凝土表面裂縫控制措施。

4 混凝土養護

4.1 問題分析混凝土的養護對控制混凝土早期的開裂具有至關重要的作用。混凝土的養護方法相對較多，主要包括自然養護法和蒸汽養護法。蒸汽養護法養護效果相對較好，但對于我國西北地區的整體道床混凝土而言，采用蒸汽養護法是不現實的。在自然養護法中，可采取草袋覆蓋、噴淋灑水等措施進行保濕養護。但這種方法要消耗掉大量的水，對于我國干旱的西北地區，這種方法也不太現實。采用較多的方法是在混凝土表面噴涂養生液或覆蓋養生膜等。

4.2 研究方法

首先調研各施工單位在整體道床施工時采用的混凝土養護方法，然后經過對比分析，選擇幾種較適宜的混凝土養護方法進行試驗，驗證各種混凝土養護方法的效果，以確定適宜的整體道床養護方法。

5 結束語

整體道床在施工階段產生的裂縫數量在其總裂縫數量中占有相當大的比例。因此，對其在此階段裂縫的產生及控制措施的研究具有重要意義。結合我國西北地區氣候特點，對整體道床施工階段混凝土裂縫產生的原因及控制措施進行研究，得出相應結論，研究成果對整體道床混凝土裂縫的控制具有重要意義，但還需試驗研究進一步驗證，并在實際應用中不斷改進和完善。

6 參考文獻

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[8]王森榮，楊榮山，劉學毅，等．無砟軌道裂縫產生原因與整治措施[J]．鐵道建筑，2007(9)：76-79．

王曉云：中川鐵路有限公司，高級經濟師，甘肅 蘭州，730000

董朝陽：中川鐵路有限公司，高級工程師，甘肅 蘭州，730000

責任編輯 苑曉蒙

中圖分類號：U215

文獻標識碼：A

文章編號：1672-061X（2015）05-0031-03