CRTSⅢ型無砟軌道板混凝土裂縫分析及控制

李慧卿

（中鐵四局集團有限公司 安徽合肥 230009）

1 前言

高速鐵路軌道板混凝土出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致混凝土軌道板的承載能力、耐久性下降，影響高速鐵路軌道板的使用壽命，嚴重的地方將會影響到高速鐵路的正常運營，甚至導(dǎo)致安全事故。隨著中國的高速鐵路系統(tǒng)不斷增大，帶縫工作的軌道板數(shù)量的不斷加大，維修投入將不斷增大。高速鐵路時速快，維修天窗時間短，運營中的線路很難維修，所以在施工期間必須采取有效措施，控制無砟軌道板混凝土出現(xiàn)裂縫。

2 工程概況

京沈客專河北段JSJJSG4標正線長31.89km，標段內(nèi)含軌道板預(yù)制47618塊，鋪設(shè)CRTSⅢ型無砟軌道板11228塊。鄭徐鐵路客運專線ZXZQ01標管段全長16.1km，標段內(nèi)含鋪設(shè)CRTSⅢ型無砟軌道板5932塊（其中P5600軌道板3742塊，P5600A軌道板2塊，P4925軌道板1796塊，P4856軌道板392塊）。

3 CRTSⅢ型板式無砟軌道板混凝土裂縫調(diào)查及分類

根據(jù)2015年8月現(xiàn)場調(diào)查情況，CRTSⅢ型板式無砟軌道軌道板混凝土開裂主要有以下三種情況：

（1）預(yù)制生產(chǎn)、澆筑或養(yǎng)護不當導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生寬度≤0.2mm橫向裂紋，占當月生產(chǎn)總量的0.83%；

（2）存放及運輸不當產(chǎn)生寬度≤0.2mm或≥0.2mm橫向裂紋或裂縫，占當月存板數(shù)量的0.30%；

（3）后續(xù)施工過程中吊裝或精調(diào)不當導(dǎo)致軌道板吊裝/精調(diào)孔處混凝土產(chǎn)生寬度≥0.2mm裂縫，占當月鋪裝板數(shù)量的1.25%。

4 無砟軌道板混凝土裂縫成因分析

對鄭徐客專ZXZQ01標和京沈客專河北段JSJJSG4標無砟軌道板混凝土裂縫現(xiàn)象，從預(yù)制過程中、施工過程中及運營過程中三個方面進行統(tǒng)計、分析研究。

4.1 預(yù)制過程中產(chǎn)生的裂縫

（1）現(xiàn)場混凝土配合比與理論配合比存在差異的影響

現(xiàn)場實際澆筑的混凝土質(zhì)量往往會存在較大的差異；膠凝材料及骨料質(zhì)量不合格、計量存在較大誤差、混凝土攪拌不均勻、水膠比過大等都能導(dǎo)致現(xiàn)場澆筑的軌道板混凝土強度不均勻，加上后期施工荷載、施工的不合規(guī)、運營后動荷載等因素的影響，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

（2）軌道板混凝土澆筑不規(guī)范的影響

①混凝土運輸時間、澆筑時間較長，導(dǎo)致混凝土水分蒸發(fā)、坍落度降低影響混凝土的和易性，產(chǎn)生冷縫等缺陷；混凝土振搗時漏振、過振，混凝土的密實性和均勻性受到影響易導(dǎo)致軌道板產(chǎn)生裂紋。

②軌道板混凝土澆筑采用布料機分層進行，混凝土分層澆筑層數(shù)、分層厚度設(shè)置不合理易導(dǎo)致軌道板產(chǎn)生裂紋。

③軌道板混凝土振搗通過信息化系統(tǒng)設(shè)控，制定高頻振動器振動頻率及振動時間，不同頻率設(shè)置不同的振搗時間，若高頻振動器的參數(shù)設(shè)置不規(guī)范，振動時間過長、振動頻率過大過小均能導(dǎo)致軌道板產(chǎn)生裂紋。

④混凝土初凝前，需對板底混凝土面進行拉毛，拉毛深度為2～4mm，拉毛深度不滿足要求會導(dǎo)致軌道板底面、側(cè)面產(chǎn)生裂紋。

⑤軌道板混凝土蒸汽養(yǎng)護期間混凝土水化熱反應(yīng)劇烈，易導(dǎo)致軌道板表面產(chǎn)生裂紋。

（3）拆模、養(yǎng)護不當?shù)挠绊?/p>

軌道板拆模過早，因混凝土自重軌道板四周會坍塌，造成混凝土裂縫產(chǎn)生。

混凝土在硬化過程中產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度快速上升。局部蒸汽養(yǎng)護溫度不均勻形成較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，若混凝土養(yǎng)護不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

4.2 存放、鋪設(shè)過程中產(chǎn)生的裂縫

CRTSⅢ型無砟軌道板在運輸、存放、吊裝、精調(diào)、灌注自密實混凝土過程中都會對軌道板產(chǎn)生影響，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生：

（1）軌道板運輸、存放、吊裝產(chǎn)生的裂縫

軌道板運輸一般采用平板車運輸至存放地點，軌道板在車內(nèi)橫放，在兩端軌道板之間采用20cm×20cm方木隔開。裝運時堆碼較高，施工便道凹凸不平，行駛過程中突然剎車、突然啟動易造成裂縫產(chǎn)生。

運輸?shù)街付ǖ攸c存放于存板臺座上，存板臺座排水不暢，基底承載力不符合要求，臺座會產(chǎn)生不均勻沉降，軌道板受力不均勻，易導(dǎo)致軌道板裂縫產(chǎn)生。

吊裝過程，吊點位置選擇不合理，吊點處未進行防護，吊機存在危險操作等極易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

（2）軌道板精調(diào)、自密實混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的裂縫

軌道板安裝三維精調(diào)器時，三維精調(diào)器連接面與軌道板側(cè)面若不能貼實，此處軌道板容易因自重壓裂。

防側(cè)滑壓緊裝置作用是防止軌道板在進行自密實混凝土澆筑時產(chǎn)生上浮、防止軌道板側(cè)移，一般采用螺栓與型鋼組合，一塊軌道板采用5套壓緊裝置，實際應(yīng)用中壓緊力控制不好，壓緊力過大軌道板出現(xiàn)壓裂的概率就越高。

自密實混凝土澆筑過程中由于人員、設(shè)備等荷載作用于軌道板上，外部荷載作用超過了混凝土的抗彎、抗剪能力，導(dǎo)致軌道板出現(xiàn)裂紋。

4.3 運營過程中產(chǎn)生的裂縫

CRTSⅢ型無砟軌道長期暴露在大氣中，長期的風吹日曬，日積月累，混凝土表面出現(xiàn)疲勞損傷。CRTSⅢ型無砟軌道采用的是無縫鋼軌，一年四季溫差作用，鋼軌伸縮變化，產(chǎn)生的作用力也不盡相同，加上高鐵列車荷載作用，周而復(fù)始，導(dǎo)致混凝土軌枕處出現(xiàn)裂紋。同時軌道板板底局部自密實混凝土灌注不密實，長期的自然力和荷載作用，板底薄弱區(qū)域?qū)霈F(xiàn)裂紋。

5 防治措施

高速鐵路由于時速較快，班次多，已經(jīng)運營的線路維修困難。裂縫的出現(xiàn)主要集中在預(yù)制、運輸、鋪設(shè)及精調(diào)過程中，針對以上問題，提出一些關(guān)鍵的防治措施：

5.1 軌道板預(yù)制過程中的防治

（1）混凝土質(zhì)量控制

在現(xiàn)場混凝土配合比控制方面盡量采用早期水化熱低的水泥和活性較高的復(fù)合摻和料、控制細骨料、粗骨料的含泥量、含水量，嚴格控制水膠比、配合比中各種原材料的計量精度和攪拌時間，確?；炷劣休^好的勻質(zhì)性。

（2）軌道板混凝土澆筑不規(guī)范防治措施

①軌道板應(yīng)工廠化集中生產(chǎn)、澆筑混凝土，嚴格控制軌道板混凝土的攪拌工藝、縮短混凝土的運輸和澆筑時間；軌道板混凝土澆筑應(yīng)設(shè)置在有調(diào)節(jié)溫度的工廠內(nèi)進行，每天設(shè)有專人進行溫度檢測。

②混凝土澆筑采用分層澆筑、分段分頻振搗方式進行，澆筑時模板溫度控制在10～30℃，混凝土入模溫度控制在5～30℃；通過試驗總結(jié)，最佳的分層和振搗頻率為第一層混凝土澆筑厚度10cm，澆筑后，振動20s（頻率 100Hz）+40s（頻率 110Hz）+20s（頻率 90Hz）；第二層混凝土澆筑厚度 8cm，澆筑后，振動 20s（頻率 100Hz）+40s（頻率 110Hz）+20s（頻率90Hz）；第三層混凝土澆筑厚度2cm，澆筑后，振動30s（頻率100Hz）。

③通過試驗調(diào)整不同季節(jié)、不同溫度下最佳的拉毛時間，嚴格控制拉毛深度并及時確認拉毛后的質(zhì)量。

④養(yǎng)護采用蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)實時監(jiān)控軌道板各部位的養(yǎng)護溫度。養(yǎng)護溫度根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，直至軌道板出廠。在軌道板蒸養(yǎng)期間軌道板面采用自動補水，水溫與軌道板混凝土溫差不大于10℃。每個臺座布設(shè)四排φ16的鋁塑軟管，鋁塑軟管每50～60cm設(shè)置兩處約φ1mm噴水孔。在混凝土初凝后至軌道板起板前，電磁閥及開關(guān)閥打開后每半個小時自動進行一次補水，每次補水7s，使每塊軌道板表面始終保持濕潤狀態(tài)，有效減少了蒸養(yǎng)期間混凝土水分損失較快，局部蒸汽溫度不均勻?qū)е碌能壍腊灞砻媪鸭y。

⑤軌道板拆模時間不宜過早，過早混凝土因自重，導(dǎo)致軌道板混凝土邊緣出現(xiàn)裂縫。拆模時應(yīng)注意軌道板不得受到劇烈沖擊、碰撞。

5.2 軌道板運輸、存放和吊裝過程防治

（1）軌道板運輸

軌道板采用平板車運輸，軌道板在車內(nèi)橫放，在車底面和軌道板之間用20cm×20cm方木在兩端隔開，最多堆放4層。運輸過程中，應(yīng)平穩(wěn)行駛，時速控制在30km/h內(nèi)，避免急剎車，設(shè)專人跟蹤運輸，若存在因運輸導(dǎo)致的軌道板混凝土裂縫問題及時廢棄。

（2）軌道板存放

軌道板存放在一個平穩(wěn)的場地，所有存板場地進行地基承載力檢測，地基承載力達不到400kPa，應(yīng)全部進行地基處理，在開挖后的基坑內(nèi)先換填20～40cm砂礫石墊層，并在上面鋪設(shè)5cm厚的M7.5砂漿墊層，然后在墊層上現(xiàn)澆C30混凝土臺座。臺座間回填土方并夯實，并在表層澆筑10cm混凝土，并根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)流水坡便于排水，防止積水浸泡臺座基礎(chǔ)。同一塊板的臺座頂面高度一致，誤差不大于5mm。

（3）軌道板吊裝

軌道板在吊裝時，應(yīng)由設(shè)置專人負責指揮。采用吊帶配以橡膠墊板在軌道板合適的吊點位置進行吊裝作業(yè)，吊裝過程中要采用人工輔助牽引，防止軌道板與橋面設(shè)施發(fā)生磕碰，造成損傷。

5.3 軌道板鋪設(shè)過程中的防治

（1）精調(diào)時裂縫防治措施

安裝三維精調(diào)器時應(yīng)選用同一批次，損壞程度一致的設(shè)備，三維精調(diào)器連接面與軌道板側(cè)面貼實，同時在調(diào)整左右及前后位置時，應(yīng)兩側(cè)同時調(diào)整，一側(cè)推進、一側(cè)后拉。不允許單側(cè)調(diào)整或只調(diào)整單個精調(diào)器，防止精調(diào)器部分受力，混凝土板塊壓裂現(xiàn)象出現(xiàn)。

在安裝防側(cè)滑壓緊裝置時，每塊軌道板使用5道壓緊裝置，每個拉力桿均采用扭矩扳手進行擰緊，力矩控制在50N/m左右，防止軌道板受到拉桿壓力過大，混凝土被壓裂。

（2）自密實混凝土澆筑時裂縫防治措施

自密實混凝土灌注溫度控制在15～28℃，灌注前檢測溫度、坍落度、含氣量、泌水率等性能滿足設(shè)計規(guī)范要求。灌注前1h用噴霧器在三個板孔內(nèi)預(yù)濕噴霧，不得出現(xiàn)積水現(xiàn)象。灌注前各個機械設(shè)備到位齊全，灌注孔處設(shè)置與灌注孔尺寸一致的PVC套管，套管一般高于板面150mm，保證灌注自密實混凝土時有足夠的壓力。灌注一氣呵成，一般控制在10min左右，待四周圓角排氣孔溢出粗骨料，并且不出現(xiàn)氣泡時為止，防止板塊底部存在局部鏤空現(xiàn)象，避免荷載作用軌道板壓裂。

自密實混凝土澆筑過程中人員、設(shè)備等荷載盡量避免直接作用于軌道板上，施工人員站立在施工臺車上，混凝土采用門吊或轉(zhuǎn)運中心灌注。

6 試驗結(jié)果與處理措施

（1）為進一步驗證防治措施的可行性，2015年10月分別對中鐵四局京沈客專軌道板廠和鄭徐客專采取措施后軌道板的開裂情況進行了調(diào)查，具體情況詳見表1。

表1 軌道板混凝土裂紋具體調(diào)查情況

（2）裂紋（縫）等缺陷處理措施

根據(jù)《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》（鐵運[2012]83號）要求對產(chǎn)生的裂紋（縫）采用表面封閉法或高壓注漿法進行修補。修補前應(yīng)編制《無砟軌道專項修補方案》明確修補操作要點和質(zhì)量標準，確保CRTSⅢ型板式無砟軌道修復(fù)作業(yè)快速、有序，使修復(fù)后工程質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)語

隨著中國高速鐵路（客運專線、城際鐵路）建設(shè)的快速發(fā)展，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的板式無砟軌道成套技術(shù)已成為體現(xiàn)我國高鐵技術(shù)水平、彰顯國家實力的當務(wù)之急，也是我國高鐵技術(shù)走出國門所必須的。CRTSⅢ型無砟軌道作為我國自主研發(fā)的產(chǎn)品，應(yīng)從源頭入手，控制軌道板預(yù)制、存放、鋪設(shè)施工中各個質(zhì)量環(huán)節(jié)，改進工藝，避免或減少無砟軌道混凝土裂縫出現(xiàn)。

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵路線路維修規(guī)則[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[2]中華人民共和國鐵道部.高速鐵路無砟軌道養(yǎng)護維修管理辦法[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3]黃士元.混凝土早期裂縫的成因與防治[J].混凝土，2000.

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[5]劉學毅.鐵路公務(wù)檢測技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2011.