路、橋、隧道地段CRTSⅠ型無砟軌道道床板裂縫分析及預控技術措施

龔雙喜

【摘 要】本文通過實例統(tǒng)計對路基、橋梁、隧道地段CRTSⅠ型雙線無砟軌道道床板裂縫進行了比較分析，從理論和實踐分析了各種類型裂縫產(chǎn)生的原因，并針對性地提出了道床板裂縫主要預控技術措施，同時將路基地段道床板貫通裂縫作為預防的重點加以控制，對預防和減少CRTSⅠ型無砟軌道道床板裂縫的產(chǎn)生有著重要的現(xiàn)實意義。

【關鍵詞】客運專線 CRTS Ⅰ型無砟軌道 道床板 裂縫 對比分析 預控措施

無砟軌道由于結構整體穩(wěn)定性、平順性、耐久性好，且具有施工方便靈活，少維修等特點，已成為高速鐵路的首選軌道形式。目前我國客運專線建設普遍采用雙塊式無砟軌道，其中CRTSⅠ型無砟軌道較為常見。但由于設計、施工等各方面原因，道床板表面開裂現(xiàn)象較為普遍，且不同地段（如路基、橋梁、隧道）裂縫發(fā)生的頻次、程度有明顯差異，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)已引起行業(yè)內各方的關注。

滬昆客專云南段全長192.276km，正線全部采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道?，F(xiàn)選取滬昆客專云南段其中一段長12.649km的雙線無砟軌道道床板出現(xiàn)的裂縫進行分析，試圖從設計、施工等方面查找原因，以便采取有效預控技術措施，防止和減少無砟軌道道床板裂縫的發(fā)生。

1 無砟軌道施工、設計基本情況

1.1 施工基本情況

DK1074+255～DK1086+904段全長12.649km，為CRTSⅠ型雙線無砟軌道，其中路基16段長3444m，橋梁11座長4635m，隧道6座長4570m。

此段無砟軌道：（1）在施工無砟軌道之前已完成CPⅢ、沉降評估，并通過建設單位無砟軌道開工條件驗收；（2）為同一施工隊伍施工，工裝設備配置相同；（3）一般在路基支承層、橋梁底座板施工15-20天后開始施工道床板；（4）該段無砟軌道是連續(xù)的，且是連續(xù)施工的。

1.2 設計基本情況

1.2.1路基地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道設計

路基地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構由60kg/m鋼軌、WJ-8B扣件、SK-2型雙塊式軌枕、道床板、支承層及端梁等組成。

道床板采用C40鋼筋混凝土，現(xiàn)場澆筑。路基地段道床板連續(xù)澆筑，整段無伸縮變形縫。道床板的寬度為2800mm，高度260mm。道床板澆筑在支承層上，支承層表面鑿毛處理，支承層下為路基基床表層。支承層為C15低塑性混凝土，底面寬度為3400mm，厚度為300mm，支承層連續(xù)攤鋪并每隔不大于5m設一處深度約105mm的橫向伸縮假縫，伸縮假縫位置設在兩軌枕的正中間設置，誤差不大于30mm，道床澆筑前在假縫位置設置200mm寬的土工布。

1.2.2橋梁地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道設計

橋梁地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構由60kg/m鋼軌、WJ-8B扣件、SK-2型雙塊式軌枕、道床板、隔離層、底座及彈性墊層等組成。

道床采用C40鋼筋混凝土，現(xiàn)場澆筑。橋上道床板采用分塊式，長度一般為5～7m，寬度為2800mm，厚度為260mm，相鄰道床板板縫100mm左右。每塊道床板設兩個凸向底座方向的限位凸臺，限位凸臺在高度方向成四棱臺型，傾角為1：10，上下表面的尺寸（含彈性緩沖墊層和土工布厚度）分別為1022mm×700mm、1000mm×678mm，高度為110mm。

道床板與板下結構連接：道床板分塊澆筑在混凝土底座上，底座板下為預制箱梁頂面，且接觸面鑿毛處理。橋上每分塊底座板上設置兩個凹槽，與道床板的限位凸臺相匹配?；炷恋鬃捎梅謮K式結構，底座長度與寬度跟道床板的長度與寬度相同，高度為210mm。每塊底座板上設置兩個抗剪凹槽，凹槽內側鋪設彈性緩沖墊層。道床板與底座之間設置4mm厚聚丙烯土工布中間層。

1.2.3隧道地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道設計

隧道地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構由60kg/m鋼軌、WJ-8B扣件、SK-2型雙塊式軌枕、道床板等組成。道床板采用C40鋼筋混凝土結構，道床板除在隧道結構縫處斷開外均采用連續(xù)澆筑，道床板寬度為2800mm，厚度為260mm。

道床板與板下結構連接：道床板澆筑在隧道仰拱回填層或結構底板上，道床板寬度范圍內仰拱回填層或結構底板表面進行鑿毛處理。

1.2.4道床板結構與道床板絕緣

路、橋、隧地段道床板內結構均為雙層鋼筋，鋼筋層間距相同；道床板內除接地單元內縱向接地鋼筋間及縱橫向接地鋼筋交叉點按規(guī)定進行焊接外，其余縱橫向鋼筋（包括桁架鋼筋）相交處及縱向鋼筋搭接處設置絕緣卡進行絕緣處理。

2 DK1074+255～DK1086+904段無砟軌道道床板裂縫基本情況

經(jīng)建設單位、提前介入（鐵路工務段）等單位現(xiàn)場檢查共發(fā)現(xiàn)該段無砟軌道道床板裂縫共79處，均屬淺表面裂縫（其中貫通裂縫寬度多為0.2mm左右，離縫寬度在0.3-0.5mm之間，其他裂縫寬度小于0.1mm，），具體情況見無砟軌道道床板裂縫統(tǒng)計表1。

表1 無砟軌道道床板裂縫統(tǒng)計表

裂縫形式

工程類別 貫通裂縫 離 縫 八字縫 其他不規(guī)則裂縫 合計

路基段 （3444m） 34 6 0 2 42

橋梁段（4635m） 0 5 5 8 18

隧道段（4570m） 9 4 5 1 19

合計 43 15 10 11 79

注：1、橋梁地段其他不規(guī)則裂縫中8處中有6處發(fā)生在4根軌枕之間；2、隧道中4處離縫發(fā)生在同一隧道內；3、路基道床板貫通裂縫部分發(fā)生在支承層假縫附近上方或支承層假縫正上方。

3 無砟軌道道床板裂縫原因分析

3.1 混凝土裂縫產(chǎn)生原因主要可分三類：結構型裂縫，收縮裂縫和溫度裂縫

（1）結構型裂縫是由外荷載引起的，包括常規(guī)結構計算中的主要應力以及其它的結構次應力造成的受力裂縫。在混凝土水化、硬化初期階段，混凝土的彈性模量和強度較低，外部約束力的增加或減小都有可能使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

（2）溫度裂縫是混凝土在硬化化過程中，由于產(chǎn)生大量的水化熱使混凝土內部溫度升溫快，而表面散熱快，內外形成較大溫差，產(chǎn)生溫度應力，當混凝土抗拉強度不足以抵抗溫度應力時，混凝土表面就會出現(xiàn)裂縫。

（3）收縮裂縫主要是混凝土在硬化過程中，水分逐漸蒸發(fā)散失，造成混凝土體積變小而發(fā)生縮水收縮，由于混凝土表面水分散失快，相對內部收縮大，導致內外不均勻收縮，致使混凝土表面受到內部混凝土拉應力的作用，當拉應力超過混凝土自身的抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生收縮裂紋。

3.2 DK1074+255～DK1086+904段無砟軌道道床板裂縫原因分析

從上表1可知：

按工程類別分：路、橋、隧段裂縫比例分別為53.16%、22.78%、24.05%；如考慮路、橋、隧長度，路、橋、隧段裂縫比例應分別為60.26%、19.19%、20.55%，說明路基段裂縫出現(xiàn)的比例大，橋、隧相差不大；

按裂縫形式分：貫通裂縫、離縫、八字縫、其他不規(guī)則裂縫的比例分別為54.43%、18.99%、12.66%、13.92%，說明貫通裂縫在所有裂縫中占主要地位，其次是離縫。所以這兩種裂縫是無砟軌道道床板重點控制對象。

下面就各種類型裂縫產(chǎn)生的原因進行具體分析：

（1）貫通裂縫共計43處，其中路基34處，隧道段9處，橋梁0處。說明路基段道床板相比橋、隧道地段更容易產(chǎn)生貫通裂縫，橋梁地段幾乎不發(fā)生。

主要原因：1）路基地段支承層與道床板均為整體澆筑，最長段路基為1010m，道床板混凝土硬化過程中在線路縱向因混凝土間應力累計，當應力累計到一定程度，在混凝土薄弱地段釋放造成道床板橫向開裂；2）路基支承層施工完成后，其自身應力釋放不充分，在支承層假縫處集中的應力反射給道床板而使道床板橫向開裂。3）隧道段無砟道床板雖然是整體澆筑，但在隧道結構縫處作了斷開處理，道床板混凝土應力累計量相對要小，再道床板下為已是穩(wěn)定的填充層，發(fā)生橫向開裂的幾率要??；4）橋梁上道床板為分塊式，長度5-7m，在正常施工條件下橫向貫通裂幾乎不會發(fā)生。

（2）離縫是指軌枕與道床板之間的裂縫。在統(tǒng)計表中路、橋、隧道地段出現(xiàn)的幾率相差不大，其中隧道4處離縫發(fā)生在一個隧道內，說明離縫是施工過程控制不到位造成的。

主要原因：1）軌枕下方混凝土因振搗不充分而造成局部不密實或因振搗時間過長骨料下沉混凝土下部，成型面水泥漿過多發(fā)生沉降裂縫；2）軌枕清洗不干凈或沾有灰塵，導致道床板混凝土與軌枕粘結力差而出現(xiàn)裂縫；3）軌排鋼軌因溫度變化伸長或縮短，扣件未及時松開導致軌枕發(fā)生位移。4）道床板混凝土與軌枕接觸面現(xiàn)實存在新舊混凝土界面，新舊混凝土間粘結力相對新鮮混凝土差。

（3）軌枕端頭八字縫，橋隧地段各5處，路基段無。

主要原因：1）軌枕端頭與軌枕側面混凝土振搗不均勻，在軌枕端頭收縮應力集中而形成八字縫，2）軌枕端頭混凝土壓抹收面、養(yǎng)護不到位。

（4）其他不規(guī)則裂縫，路基2處，橋梁8處，隧道1處。

主要原因：混凝土壓抹、收面，養(yǎng)護不到位。橋上8處相對頻次較高，橋梁多出現(xiàn)在風口位置，水分蒸發(fā)快，易形成不規(guī)則裂縫。

4 預控技術措施

CRTSⅠ型無砟軌道道床板裂縫一旦產(chǎn)生和發(fā)展，其危害極大。一是裂縫受到雨水下滲，可能導致道床板結構鋼筋生銹而降低道床板的耐久性、使用壽命，二是使道床板絕緣卡失效，三是由于動載作用使道床板裂縫擴大，而危及到無砟軌道的使用安全。

針對以上道床板裂縫產(chǎn)生的原因分析以及可能造成的危害，提出以下主要預控技術措施。

（1）在路基地段延長道床板混凝土澆筑與支承層施工間隔時間，使支承層混凝土在假縫處的應力釋放基本完成后再澆筑道床板混凝土。一般是支承層施工28天后再澆筑道床較為合適，因混凝土的力學性能在28天增長幅度較小，其對道床板的影響也將變得很能小，這樣道床板在支承層28天后施工產(chǎn)生貫通裂縫的可能性要小得多。

（2）對軌枕下方混凝土要適當振搗，漏振和過振都可能造成離縫，當振搗混凝土時，混凝土表面不再冒泡及不再陷落時應立即停止振搗，并在混凝土終凝之前對軌枕周邊的混凝土分時段多次壓抹收面。

（3）掌握好軌排螺桿和鋼軌扣件的松開時間，當混凝土初凝時應開始松開鋼軌扣件和軌排螺桿，避免軌排鋼軌因溫度變化伸長或縮短，造成軌枕位移而導致離縫的產(chǎn)生。

（4）做好混凝土表面的壓抹收面工作。在混凝土終凝前至少要進行5-6次的壓抹收面工作，使混凝土即將出現(xiàn)裂縫的部位得以修復，這是防止混凝土表面產(chǎn)生裂縫的有效技術措施之一。

（5）加強混凝土的養(yǎng)生養(yǎng)護。水份蒸發(fā)過快是混凝土發(fā)生收縮裂縫的主要原因，混凝土環(huán)境濕度越大，收縮量就越小，所以必須對混凝土凝結、硬化過程中采取“保水”措施?；炷脸跄蟛扇○B(yǎng)護劑噴霧養(yǎng)護，終凝后采取土工布覆蓋，外包塑料薄膜養(yǎng)生養(yǎng)護，并定期對土工布進行灑水養(yǎng)護，同時要考慮混凝土外界環(huán)境溫度及養(yǎng)護水溫度，不得與道床板溫度差超過15℃，養(yǎng)護期不得少于7天。

通過對CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板裂縫的分析，無砟軌道道床板貫通裂縫是所有裂縫類型中發(fā)生頻次最高的裂縫，也是路基地段的高發(fā)裂縫，是無砟軌道道床板裂縫預防和控制的重點、難點。對于無砟軌道道床板貫通裂縫，應以路基作為重點，從設計、施工方面加以分析研究，設計上應在考慮軌道整體性、平順性的前提下，是否可以對道床板進行分塊式澆筑，分塊長度可通過設計檢算結合現(xiàn)場實踐來確定，在一節(jié)段內以不產(chǎn)生貫通裂縫的最大長度為標準，這樣施工生產(chǎn)的道床板產(chǎn)生貫通裂縫幾率勢必將會大為減小。至于其他類型的裂縫，影響裂縫產(chǎn)生的因素雖然很多，如混凝土的材料性能，施工環(huán)境（溫度、空氣中的濕度等）、施工過程的控制等，但均屬于局部產(chǎn)生的裂縫，只要精心組織施工，加強混凝土的養(yǎng)生養(yǎng)護，防止裂縫的產(chǎn)生是完全可能的。對于已產(chǎn)生的各種裂縫應制定專項施工專項方案，利用現(xiàn)有先進的混凝土裂縫處理技術及時處理 ，避免裂縫的延伸、擴大。

參考文獻：

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