高鐵不同類型無砟軌道路基床板開裂成因及對(duì)策

葛捷

【摘 要】通過對(duì)蘭新線無砟軌道綜合試驗(yàn)段雙塊式現(xiàn)澆混凝土道床板出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象的分析，從設(shè)計(jì)、施工和混凝土配方等方面分析了現(xiàn)澆混凝土道床板的裂縫成因，并提出了防治雙塊式無砟軌道道床板裂縫的具體措施，對(duì)今后客運(yùn)專線現(xiàn)澆混凝土道床板的施工具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】無砟軌道；混凝土裂縫；高速鐵路；道床板

目前國(guó)內(nèi)高速鐵路采用的無砟軌道主要有兩種， 即板式無砟軌道與雙塊式無砟軌道。道床板表面容易出現(xiàn)裂縫，設(shè)計(jì)配筋與施工質(zhì)量等，最終導(dǎo)致上下貫穿裂縫；由于施工搗固不均等，配筋大小不一或錯(cuò)位，使得道床板內(nèi)部不密實(shí)、空隙、空洞、鋼筋異常，發(fā)展成為承載力過低、道床板破裂、道床板承載力不均等等，這不但使得絕緣性能逐步下降，裂縫滲水加速基礎(chǔ)下沉加大基礎(chǔ)沉降值，降低道床耐久性和道床承載力，影響行車安全；增加工務(wù)部門維修工作量。因此分析雙塊式無砟軌道道床板混凝土裂縫病害發(fā)生的機(jī)理，在設(shè)計(jì)和施工中預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，提高雙塊式無砟軌道施工質(zhì)量。

1.無砟軌道板開裂成因及對(duì)策分析

在施工中現(xiàn)澆無砟軌混凝土道床板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，裂縫使道床混凝土板中的鋼筋發(fā)生銹蝕，銹蝕的鋼筋會(huì)擠脹混凝土，進(jìn)而使得裂縫更具擴(kuò)張趨勢(shì)，處于絕緣節(jié)點(diǎn)的卡子也會(huì)逐步失效，在絕緣性能方面大打折扣。同時(shí)，結(jié)構(gòu)裂縫的滲水也會(huì)加速基礎(chǔ)下沉的速度，沉降值迅速攀升降低了無砟軌道道床的耐久性以及承載能力，嚴(yán)重的將影響到軌道的行車安全。因此，本文分析不同無砟軌道混凝土道板的裂縫開裂機(jī)理，旨在設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面做好預(yù)防裂縫產(chǎn)生的預(yù)防工作，從而保證無砟軌道混凝土道床的施工質(zhì)量。

筆者認(rèn)為，無砟軌道路基基床板常見的結(jié)構(gòu)裂縫成因主要有：

（1）混凝土材料的不均勻?qū)е铝芽p的產(chǎn)生?；炷恋牟痪鶆蛐灾饕ㄋ冶鹊姆植疾痪?，不均勻分布的混凝土骨料產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力不均的情況，從而有可能導(dǎo)致軌道板產(chǎn)生裂縫。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素。新老混凝土板的結(jié)合部位，軌枕角容易出現(xiàn)不同方向的收縮，在混凝土硬化后也在角部的應(yīng)力集中引起的混凝土收縮拉伸狀態(tài)，加劇了裂縫的發(fā)展，并隨著時(shí)間的推移和延長(zhǎng)和擴(kuò)大。

（3）混凝土施工溫度。后澆混凝土在硬化過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，其大部分水化熱在3天之內(nèi)會(huì)被釋放。尤其是在夏季施工中，如果不采取有效的降溫措施，大體檢混凝土構(gòu)件的內(nèi)部溫度會(huì)達(dá)到65-70℃，甚至?xí)?，大量的水化熱?dǎo)致內(nèi)部溫度迅速提升，而混凝土表面迅速冷卻，內(nèi)外形成較打的溫差，從而造成內(nèi)、外部熱脹冷縮的程度不同，混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過硬化過程中混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，裂縫通常只在混凝土表面淺裂紋的范圍，或沿長(zhǎng)邊部分出現(xiàn)。

（4）混凝土干縮。水泥漿蒸發(fā)會(huì)使得混凝土構(gòu)件產(chǎn)生干燥收縮，這是一個(gè)不可逆過程。一般地，混凝土干縮裂縫的主要原因是水泥漿液和水的蒸發(fā)量的變化引起的不同程度的不同結(jié)果，混凝土表面水分流失快，內(nèi)部濕度變化小，大面積混凝土收縮變形的內(nèi)部約束產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力裂紋。

（5）塑性收縮裂縫。水泥用量大，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土表面不均勻收縮引起的裂縫，雖然危害不大，但在長(zhǎng)期動(dòng)荷載的作用下會(huì)出現(xiàn)明顯的膨脹。

這些常見裂縫主要的對(duì)策與預(yù)防措施通常我們是這樣考慮的?；炷林С袑舆x擇合適的切削時(shí)間實(shí)施切縫，防止產(chǎn)生不規(guī)則裂縫引起的上板混凝土裂縫。同時(shí)，為了能夠有效防止建設(shè)支持層發(fā)生不規(guī)則的收縮裂縫，普遍支持層混凝土終凝后或抗壓強(qiáng)度達(dá)到2～3兆帕的執(zhí)行切割時(shí)，混凝土板和混凝土支護(hù)層的伸縮接頭伸縮縫在同一組，間隔為5～6是適當(dāng)?shù)?，并?yīng)支持層混凝土在施工完成后，放置2至3個(gè)月，然后道床混凝土施工，效果明顯?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)措施，新混凝土加固維修，采取適當(dāng)?shù)母采w并適時(shí)澆水，混凝土表面是濕的狀態(tài)；新型固化劑為水資源保護(hù)，避免眩光。施工中應(yīng)注意的問題，根據(jù)蘭新鐵路無碴軌道試驗(yàn)段雙塊式軌枕施工經(jīng)驗(yàn)，除了上述防止裂縫的措施，還應(yīng)注意以下問題：泥漿的選擇應(yīng)該是內(nèi)容的效用越小越好，不建議使用標(biāo)簽帶是水泥；滿足泵送要求條件下，混凝土坍落度可以使用盡可能??；Ⅰ級(jí)粉煤灰，減少水泥用量和促進(jìn)減水作用，不應(yīng)摻膨脹劑；商品混凝土攪拌質(zhì)量難以掌握和控制，所以不應(yīng)采用；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（枕軌形設(shè)計(jì)和軌道板加固設(shè)計(jì)），合理設(shè)置伸縮縫間距；夏季施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土溫度，溫度和鋼模板應(yīng)引起人們的關(guān)注，并采取相應(yīng)的措施降低其溫度；混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，兩者表面跟上，比如混凝土的坍落度應(yīng)為三次較大的表面，表面覆蓋材料應(yīng)能長(zhǎng)時(shí)間?，F(xiàn)澆混凝土和水；雙塊式軌枕的表面使用混凝土界面劑，增強(qiáng)界面粘結(jié)強(qiáng)度，減少界面裂紋。

2.無砟軌道基底結(jié)構(gòu)病害的對(duì)策與措施

針對(duì)隧道整體道床裂縫、下沉等病害，采用高強(qiáng)發(fā)泡樹脂進(jìn)行注漿加固處理，對(duì)注漿前后動(dòng)變形進(jìn)行對(duì)比測(cè)試、物探測(cè)試和原位探測(cè)并進(jìn)行分析，檢驗(yàn)實(shí)際效果。結(jié)合我國(guó)無砟軌道結(jié)構(gòu)病害類型及產(chǎn)生機(jī)理，進(jìn)一步研究無砟軌道結(jié)構(gòu)病害檢測(cè)與快速修復(fù)技術(shù)。

隧道內(nèi)無砟軌道結(jié)構(gòu)病害通常有三類：一是混凝土下沉破損，即軌道結(jié)構(gòu)在列車載荷作用下產(chǎn)生下沉變形；二是無砟軌道結(jié)構(gòu)上鼓破損，主要是地下水水位抬起造成破損，或基礎(chǔ)處理不到位；三是無砟軌道結(jié)構(gòu)受地下水侵蝕而破壞。通常的處理方法有：線路幾何尺寸變化應(yīng)在扣件和墊板調(diào)整量范圍，進(jìn)行調(diào)整不擾動(dòng)道床，超出調(diào)整量范圍時(shí)需進(jìn)行整治。整治方案應(yīng)根據(jù)超出管理值的大小分級(jí)治理，盡量少擾動(dòng)軌道與路基結(jié)構(gòu)，確保其功能不受影響。排水溝整治應(yīng)與軌道結(jié)構(gòu)整治同步進(jìn)行，避免重復(fù)作業(yè)。

（1）加強(qiáng)或增設(shè)排水設(shè)施。整治關(guān)鍵是排導(dǎo)和疏干基底結(jié)構(gòu)地下水，不能局限排除地 表水。發(fā)生翻漿冒泥等病害時(shí)，應(yīng)增設(shè)地下排水設(shè)施，增加排水溝數(shù)量和深度。

（2）增加扣件的可調(diào)變形量。提高隧道內(nèi)無砟軌道扣件的可調(diào)變形量，以改善無砟軌道對(duì)列車振動(dòng)和沉降變形的適應(yīng)性。

（3）灌注水泥漿。采用液壓和氣壓裝置，通過注漿管將水泥漿灌注到軌道與路基結(jié)構(gòu)的裂縫和空隙中，水泥漿以充填、滲透和擠密等方式排擠裂縫中的水、空氣和其他雜質(zhì)，并充填其位置，形成高強(qiáng)度、防水性能 好的新結(jié)構(gòu)體。此方法適用于軌道完整、基底空隙較多與翻漿冒泥地段，缺點(diǎn)是難以抬升軌道板結(jié)構(gòu)。梨樹溝隧道無砟軌道病害整治方法針對(duì)京通快速鐵路梨樹溝隧道整體道床裂縫、下沉，以及翻漿冒泥等病害，采用注漿提升軌道板和精確定位方法。常規(guī)注漿方法機(jī)具笨重，現(xiàn)場(chǎng)施工不便，天窗時(shí)間難以完成整治， 常規(guī)的注漿材料短時(shí)間達(dá)不到黏結(jié)強(qiáng)度要求。

（4）基底換填。隧道基底結(jié)構(gòu)受地下水沖刷嚴(yán)重，但軌道板完整無破損，可將基底軟弱層清除，重新灌注基礎(chǔ)混凝土。此方法整治徹底，缺點(diǎn)是施工工藝有待完善。

（5）整體軌道板維修。主要用于軌道結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，為此采用雙液組分、高強(qiáng)發(fā)泡樹脂進(jìn)行注漿加固處理，填充無砟軌道基底結(jié)構(gòu)空洞和進(jìn)行底面密封，精確提升軌道板。混合比例1∶1，并采用特殊輸送泵進(jìn)行加溫灌注。其固化后對(duì)環(huán)境無任何污染。采用注漿加壓裝置漿液注入裂縫并充滿。

3.結(jié)論

由于高速鐵路無砟軌道病害在國(guó)內(nèi)大規(guī)模投入使用時(shí)間尚短，對(duì)于其裂縫等病害的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)尚少， 本工作是嘗試性和驗(yàn)證性的。對(duì)于客運(yùn)專線無砟軌道病害的檢測(cè)， 尚處于初始階段， 需要投入更多的關(guān)注與時(shí)間。為維護(hù)客運(yùn)專線的長(zhǎng)期正常運(yùn)營(yíng)， 積極主動(dòng)的檢測(cè)工作亟待開展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王其昌.高速鐵路土木工程[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1999.

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