CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫預(yù)防與控制

梅俊

（中國(guó)中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽合肥230023）

CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫預(yù)防與控制

梅俊

（中國(guó)中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽合肥230023）

就CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)而言，水泥乳化瀝青砂漿充填層與軌道板或底座板產(chǎn)生的離縫對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性具有較大危害。本文結(jié)合工程實(shí)踐，系統(tǒng)總結(jié)了水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫的表現(xiàn)形式，從材料、施工工藝、環(huán)境條件等方面分析了水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫產(chǎn)生的原因，并提出了一系列預(yù)防與控制措施。工程實(shí)踐表明，該系列措施能有效控制和減少水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫的產(chǎn)生，有利于提升無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)耐久性。

無(wú)砟軌道；水泥乳化瀝青砂漿；離縫；預(yù)防；控制

水泥乳化瀝青砂漿充填層是CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位，其主要功能為填充、支撐、承力、傳力以及提供適當(dāng)?shù)膹楉g性，其性能對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的耐久性、列車(chē)運(yùn)行的安全性和舒適性以及線路運(yùn)營(yíng)維護(hù)的難易性有直接影響［1-4］。但是，工程實(shí)踐表明，無(wú)論是已建成線路還是在建線路，水泥乳化瀝青砂漿充填層與軌道板或底座板間產(chǎn)生離縫已成為一個(gè)普遍存在的問(wèn)題。

當(dāng)水泥乳化瀝青砂漿充填層與軌道板或底座板間產(chǎn)生離縫時(shí)，雨水進(jìn)入到離縫間形成積水層，列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載會(huì)導(dǎo)致積水層同時(shí)產(chǎn)生豎向和橫向水壓力。在該壓力的反復(fù)作用下，水泥乳化瀝青砂漿充填層容易出現(xiàn)碎裂、擠出和沖蝕破壞，從而對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性產(chǎn)生較大危害。

為控制和減少水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫的產(chǎn)生，本文總結(jié)了水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫形式，并從材料、施工工藝和環(huán)境條件等方面系統(tǒng)分析了水泥乳化瀝青砂漿離縫產(chǎn)生的原因，并提出了一系列的預(yù)防控制措施。同時(shí)，進(jìn)行了工程實(shí)踐驗(yàn)證，以期為我國(guó)高速鐵路的建設(shè)提供借鑒與參考。

1　離縫表現(xiàn)形式

通過(guò)對(duì)已建線路及在建線路的調(diào)研分析，水泥乳化瀝青砂漿離縫主要表現(xiàn)為以下幾種形式。

1.1按離縫出現(xiàn)的位置分類(lèi)

1）兩端離縫。軌道板兩端一定范圍（特別是1#和10#承軌臺(tái)）出現(xiàn)離縫，中間無(wú)明顯離縫。這種離縫形式最常見(jiàn)，也是砂漿灌注后出現(xiàn)最早的離縫形式。

2）中間離縫。軌道板中間出現(xiàn)明顯離縫，兩端離縫輕微或無(wú)明顯離縫。這種離縫形式多出現(xiàn)在軌道板板面溫度最高時(shí)段，而且是在軌道板窄接縫澆筑后未及時(shí)張拉之前。

3）局部離縫。此種離縫形式主要為施工不當(dāng)產(chǎn)生的離縫，如局部漏漿、排漿量不足等產(chǎn)生的離縫。

4）整板離縫。軌道板整板范圍出現(xiàn)明顯離縫。整板離縫多出現(xiàn)在軌道板張拉之后。

1.2按離縫出現(xiàn)的時(shí)間分類(lèi)

1）早期離縫。水泥乳化瀝青砂漿灌注1d后，在拆除封邊材料的時(shí)候，即發(fā)現(xiàn)水泥乳化瀝青砂漿離縫。

2）中期離縫。在砂漿灌注1周左右出現(xiàn)離縫，此種形式的離縫寬度較小，深度較淺，一般在2cm左右。

3）后期離縫。在砂漿灌注1個(gè)月左右出現(xiàn)離縫，此種離縫形式較常見(jiàn)，一般寬度在0.5～2cm之間。

2　離縫產(chǎn)生的原因

導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿充填層產(chǎn)生離縫的原因比較復(fù)雜，主要與砂漿原材料、施工工藝以及所處環(huán)境等有關(guān)。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1材料方面

水泥乳化瀝青砂漿主要由干料、乳化瀝青、水、減水劑、消泡劑等原材料攪拌而成。水泥乳化瀝青砂漿性能取決于其原材料的性能，尤其取決于干料和乳化瀝青的性能。如果原材料性能不符合要求，砂漿就會(huì)出現(xiàn)泌水、收縮等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿與軌道板及底座板產(chǎn)生離縫。

1）干料的膨脹率不足

水泥乳化瀝青砂漿充填層應(yīng)具有一定的膨脹性，而砂漿膨脹性主要是由干料提供的［5］。如果干料膨脹組分添加量不足或是由于干料受潮造成膨脹組分失效，都會(huì)造成砂漿膨脹率不足或不膨脹，從而出現(xiàn)收縮、泌水等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致砂漿出現(xiàn)早期離縫。

2）乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量偏低

《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》（科技基［2008］74號(hào)）［6］中要求乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量≥60%。當(dāng)乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量偏低，即表示生產(chǎn)乳化瀝青時(shí)所用基質(zhì)瀝青偏低而水偏多，從而造成了水泥乳化瀝青砂漿的實(shí)際水灰比偏高，導(dǎo)致所灌注砂漿在硬化過(guò)程中體積收縮增大而引發(fā)早期離縫的產(chǎn)生。

2.2施工方面

水泥乳化瀝青砂漿對(duì)環(huán)境敏感性較強(qiáng)，對(duì)施工工藝要求較高，施工中任一環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿與軌道板及底座板產(chǎn)生離縫。

1）封邊拆除過(guò)早，沒(méi)有進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)

封邊拆除過(guò)早（如灌注后不到24h）及封邊拆除后沒(méi)有及時(shí)對(duì)砂漿進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，邊緣的水泥乳化瀝青砂漿受外部環(huán)境的影響失水較快，導(dǎo)致收縮較大而產(chǎn)生中期離縫。

2）灌注孔、觀察孔砂漿舀出過(guò)早

過(guò)早將灌注孔、觀察孔中的水泥乳化瀝青砂漿舀出，由于水泥乳化瀝青砂漿還沒(méi)稠化，仍具有一定的流動(dòng)性，在壓力作用下砂漿容易倒流，導(dǎo)致邊緣水泥乳化瀝青砂漿與軌道板與底座板間產(chǎn)生早期離縫，如圖1所示。這種情況一般在曲線板超高側(cè)表現(xiàn)得更加明顯。

3）慢性且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的漏漿

由于施工控制不到位，出現(xiàn)精調(diào)爪內(nèi)側(cè)漏漿、窄接縫處串漿、切縫處滲漿現(xiàn)象，這種慢性且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的漏漿將導(dǎo)致已灌注飽滿的水泥乳化瀝青砂漿變得不飽滿，從而容易引發(fā)離縫的產(chǎn)生。

4）精調(diào)爪擰反或拆除時(shí)用力過(guò)猛以及精調(diào)爪拆除時(shí)間較晚

當(dāng)拆除精調(diào)爪時(shí)，擰反或用力過(guò)猛都會(huì)導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿的傷損而產(chǎn)生離縫。另外，水泥乳化瀝青砂漿硬化后會(huì)有極微小的收縮，當(dāng)砂漿微縮而精調(diào)爪仍硬性支撐著軌道板，將加重離縫的產(chǎn)生。

圖1　砂漿舀出過(guò)早導(dǎo)致產(chǎn)生離縫

5）水泥乳化瀝青砂漿從開(kāi)始攪拌至灌注完成的時(shí)間間隔較長(zhǎng)

水泥乳化瀝青砂漿塑性膨脹的發(fā)氣劑在干料投入堿性乳化瀝青液料時(shí)即刻產(chǎn)生發(fā)氣反應(yīng)，砂漿膨脹率與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。可見(jiàn)，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，砂漿膨脹率變小，60min后（砂漿硬化后）體積收縮0.1%。因此，當(dāng)施工過(guò)程中各工序銜接不密切或出現(xiàn)設(shè)備故障，都會(huì)使砂漿從攪拌至實(shí)際灌注完成的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿膨脹不夠或略有收縮，從而導(dǎo)致離縫的產(chǎn)生。

圖2　砂漿膨脹率與時(shí)間的關(guān)系

6）軌道板張拉不及時(shí)

由于軌道板張拉不及時(shí)，軌道板始終處于相對(duì)自由變形的狀態(tài)（僅有充填層砂漿的黏結(jié)約束），軌道板隨環(huán)境溫度變化而出現(xiàn)上翹或起拱，將導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿與軌道板或底座板產(chǎn)生離縫。

2.3環(huán)境方面

對(duì)橋梁段、路基段和隧道段的水泥乳化瀝青砂漿離縫情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。24h內(nèi)軌道板的豎向、縱向變形及最高、最低溫度如表1所示。

由表1可知，路基段、橋梁段的溫差越大，軌道板變形就越大，且板端位置的變形較中間部位的變形大許多，表明路基段、橋梁段的軌道板最先出現(xiàn)離縫的位置在板端（如圖3所示）；隧道內(nèi)的溫差小，軌道板變形就很小，砂漿與軌道板之間無(wú)明顯離縫現(xiàn)象（如圖4所示）。這說(shuō)明環(huán)境溫度變化可導(dǎo)致水泥乳化瀝青砂漿產(chǎn)生離縫。

表1　24h內(nèi)軌道板的豎向、縱向變形以及最高、最低溫度

圖3　橋梁上軌道板端部離縫

圖4　隧道內(nèi)軌道板無(wú)離縫

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，對(duì)軌道板隨溫度變化的變形進(jìn)行模擬分析［7］，如圖5所示。由模擬分析可知，軌道板端角的翹曲變形最大，此部分對(duì)應(yīng)的砂漿最容易出現(xiàn)離縫。

圖5　軌道板隨溫度變化的變形模擬云圖

3　預(yù)防與控制措施

根據(jù)對(duì)水泥乳化瀝青砂漿離縫原因的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，通過(guò)室內(nèi)與室外試驗(yàn)，提出了以下針對(duì)性的預(yù)防與控制措施，可有效地控制和減少水泥乳化瀝青砂漿離縫的產(chǎn)生。

3.1加強(qiáng)原材料檢測(cè)及儲(chǔ)存管理

原材料進(jìn)場(chǎng)后，除按要求的檢驗(yàn)頻率［6］進(jìn)行日常檢驗(yàn)項(xiàng)目的檢驗(yàn)外，還要進(jìn)行水泥乳化瀝青砂漿拌合試驗(yàn)，確保拌合后的砂漿膨脹適宜、無(wú)泌水后，方可用于正線施工。

原材料進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)按不同品種、不同頻次儲(chǔ)存在防雨防潮、干燥通風(fēng)的原材料儲(chǔ)存站中，避免干料受潮而造成膨脹組分失效。對(duì)于受潮結(jié)塊的干料應(yīng)清除出場(chǎng)，禁止用于正線施工。

3.2精細(xì)封邊施工，避免慢性漏漿

軌道板封邊時(shí)，縱向封邊宜采用封邊帶加角鋼的封邊工藝，橫向封邊（端部封邊）應(yīng)采用硬質(zhì)泡沫進(jìn)行；封邊時(shí)應(yīng)確保封邊材料與軌道板接觸密貼，防止砂漿灌注過(guò)程中及灌注后出現(xiàn)慢性持續(xù)漏漿現(xiàn)象。

3.3合理控制舀漿時(shí)間

合理控制灌注孔、觀察孔多余砂漿的舀出時(shí)間。待灌注孔、觀察孔多余的水泥乳化瀝青砂漿稠化，手按后變形不能恢復(fù)時(shí)，才能進(jìn)行水泥乳化瀝青砂漿的舀出工作。一般情況下，夏季施工宜在灌注后2～4h舀漿，冬季施工宜在灌注后4～6h舀漿。

3.4加強(qiáng)灌注后砂漿的養(yǎng)護(hù)

為避免邊緣水泥乳化瀝青砂漿失水收縮而產(chǎn)生離縫，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)灌漿后封邊材料的拆除時(shí)間（≥24h）。同時(shí)，通過(guò)對(duì)封邊材料灑水保濕或砂漿表面涂刷養(yǎng)護(hù)液的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。灑水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間不宜低于7d；涂刷養(yǎng)護(hù)液可在拆除封邊材料后立即進(jìn)行，涂刷次數(shù)≥2遍。

3.5及時(shí)拆卸精調(diào)爪

當(dāng)同條件養(yǎng)護(hù)的水泥乳化瀝青砂漿抗壓強(qiáng)度達(dá)到1MPa后，應(yīng)及時(shí)拆除精調(diào)爪，使軌道板與砂漿密貼接觸，防止水泥乳化瀝青砂漿在微縮過(guò)程中受精調(diào)爪硬性支撐而出現(xiàn)離縫現(xiàn)象。

3.6控制砂漿攪拌及砂漿灌注時(shí)間

合理安排各工序的銜接，控制水泥乳化瀝青砂漿攪拌至灌入板腔的時(shí)間間隔不宜超過(guò)30min。當(dāng)水泥乳化瀝青砂漿攪拌出機(jī)后40min還未灌入板腔時(shí)，應(yīng)當(dāng)廢料處理。

3.7及時(shí)進(jìn)行軌道板縱連及剪切連接

基于軌道板的溫變特性對(duì)板間離縫的影響，待水泥乳化瀝青砂漿充填層強(qiáng)度＞9MPa且窄接縫混凝土強(qiáng)度＞20MPa，應(yīng)及時(shí)對(duì)軌道板進(jìn)行縱連及剪切連接，限制環(huán)境溫度變化時(shí)軌道板的翹曲變形。

4　工程應(yīng)用

將上述預(yù)防與控制綜合措施進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與跟蹤觀測(cè)。結(jié)果表明：采用上述綜合措施后，水泥乳化瀝青砂漿充填層離縫率降低了70%以上，離縫寬度明顯降低（平均降低0.3mm），砂漿與軌道板及底座板黏結(jié)較好。說(shuō)明上述預(yù)防與控制綜合措施對(duì)于減少砂漿充填層離縫產(chǎn)生了顯著效果。

［1］鄭新國(guó)，劉競(jìng)，翁智財(cái)，等.CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿的配制技術(shù)［J］.鐵道建筑，2009（8）：121-124.

［2］曾志，鄭新國(guó)，翁智財(cái)，等.CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2009（9）：97-100.

［3］李書(shū)明，謝永江，鄭新國(guó)，等.CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的主要影響因素研究［J］.鐵道建筑，2011（3）：126-128.

［4］劉競(jìng)，鄭新國(guó)，謝永江，等.CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿灌注工藝試驗(yàn)研究［J］.施工技術(shù)，2011（5）：49-52.

［5］劉世安，劉東紅.水泥乳化瀝青砂漿疑難問(wèn)題解析［Z］.太原：中鐵十七局集團(tuán)有限公司，2007.

［6］中華人民共和國(guó)鐵道部.科技基［2008］74號(hào)客運(yùn)專(zhuān)線鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

［7］客運(yùn)專(zhuān)線無(wú)砟軌道技術(shù)再創(chuàng)新攻關(guān)組.CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法［R］.北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2008.

AbstractFor CRT SⅡslab-type ballastless track structure，the debonding gap which is produced between cement emulsified asphalt mortar filling layer and track slab or base slab has a greater harm to the durability and safety of ballastless track structure.By combining with engineering practice，the expression forms for debonding gap of cement emulsified asphalt mortar filling layer were concluded，the causes of debonding gap were analyzed from the aspects of material，construction technology and environment conditions，and a series of effective prevention and control measures were presented.T he engineering practice showed that the series of measures could effectively control and reduce the debonding gap of cement emulsified asphalt mortar filling layer and could improve the ballastless track structure durability.

Prevention and Control of Debonding Gap at Cement Emulsified Asphalt Mortar Filling Layer in CRTSⅡSlab-type Ballastless Track

MEI Jun
（China Railway 4th Bureau Group Co.，Ltd.，Hefei Anhui 230023，China）

Ballastless track；Cement emulsified asphalt mortar；Debonding gap；Prevention；Control

U214.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.31

1003-1995（2016）04-0123-04

（責(zé)任審編周彥彥）

2015-12-05；

2016-01-30

梅?。?975—），男，高級(jí)工程師。