CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土層間離縫原因分析及預(yù)防措施

中鐵四局集團(tuán)安徽中鐵工程材料科技公司，安徽 合肥 230000

0 引言

CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道是我國(guó)鐵路自主創(chuàng)新的，按照“雙塊式受力，I 型板制造，Ⅱ型板施工”的理念設(shè)計(jì)和施工，以自密實(shí)混凝土替代水泥乳化瀝青砂漿施工板下填充層為其關(guān)鍵技術(shù)，其軌道板與自密實(shí)混凝土連接主要依靠門(mén)型鋼筋和混凝土界面的黏結(jié)性能形成一個(gè)較為牢固的復(fù)合板結(jié)構(gòu)，承受著鋼軌傳遞的縱、橫向力。

目前CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了軌道板與自密實(shí)混凝土填充層間離縫和邊角裂紋的問(wèn)題，本文主要從自密實(shí)混凝土收縮、軌道板翹曲變形等方面并結(jié)合成綿樂(lè)客專、成灌線、京沈客專和鄭徐客專等高速鐵路施工、養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行分析研究。

1 常見(jiàn)CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土層間離縫原因

1.1 自密實(shí)混凝土收縮產(chǎn)生裂紋離縫隙

與普通混凝土相比，自密實(shí)混凝土具有摻合料用量高、膠凝材料用量高、水膠比低等特點(diǎn)，其水分散失后極易引起干燥收縮［1］，導(dǎo)致自密實(shí)混凝土出現(xiàn)原生裂縫，嚴(yán)重降低了填充層的使用壽命。

1.2 軌道板翹曲變形導(dǎo)致的邊角裂紋

在CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道中自密實(shí)混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)灌注，隨著自密實(shí)混凝土強(qiáng)度逐漸增加，通過(guò)軌道板底預(yù)留錨固鋼筋及層間粘結(jié)與預(yù)制軌道板形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，一起承擔(dān)溫度、列車荷載等影響。CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道板為單元結(jié)構(gòu)，在不同溫度及約束條件相互作用下將產(chǎn)生翹曲應(yīng)力發(fā)生翹曲變形［2］，施工單位為了控制軌道板的上浮量，加大軌道板扣緊力，導(dǎo)致軌道板約束條件而出現(xiàn)變形，如表1。

圖1 混凝土收縮裂紋

表1 扭矩與上浮量、變形量關(guān)系圖

受限位凹槽、軌道板自重、扣件系統(tǒng)縱向阻力等因素都會(huì)影響阻礙自密實(shí)混凝土其自身收縮變形，自密實(shí)混凝土的收縮應(yīng)力就是沒(méi)有恢復(fù)的變形而產(chǎn)生的，這些收縮應(yīng)力極易在應(yīng)力集中的邊角地區(qū)形成裂紋如圖2。

圖2 邊角裂紋

1.3 自密實(shí)混凝土松軟發(fā)泡層

由于自密實(shí)混凝土中粘度改性材料摻量過(guò)低、外加劑引入過(guò)多氣泡、含氣量過(guò)大或外加劑與水泥相容性差等造成混凝土中的氣泡上浮至軌道板底面，氣泡與極高水灰比漿體在表層聚集形成發(fā)泡層如圖3，發(fā)泡層在后期列車運(yùn)行荷載下，很快被破壞形成離縫。

圖3 自密實(shí)混凝土松軟發(fā)泡層

1.4 曲線板超高側(cè)離縫

在自密實(shí)混凝土灌注結(jié)束初凝之前，取掉灌注筒和防溢管，對(duì)觀察孔和灌注孔進(jìn)行抹面處理，導(dǎo)致板腔上側(cè)自密實(shí)混凝土在重力作用下回流，在曲線板超高側(cè)形成離縫如圖4。

圖4 曲線板超高側(cè)離縫

2 預(yù)防措施

2.1 嚴(yán)格控制新拌自密實(shí)混凝土質(zhì)量

攪拌站拌合自密實(shí)混凝土的攪拌工藝及其參數(shù)必須通過(guò)工藝性實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，不得任意改變投料順序、攪拌速度和時(shí)間等工藝參數(shù)，新拌自密實(shí)混凝土必須流動(dòng)性良好，不得出現(xiàn)石頭下沉、表面浮漿。

新拌自密實(shí)混凝土性能檢測(cè)指標(biāo)要求主要包括坍落擴(kuò)展度、T500 時(shí)間、含氣量、抗離析性等，應(yīng)在滿足相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)，根據(jù)具體施工條件，選擇合適的范圍，出機(jī)時(shí)的坍落擴(kuò)展度，宜以滿足灌注施工要求確定并應(yīng)綜合考慮施工環(huán)境、運(yùn)輸條件和工作性損失情況。

結(jié)合多條線路的施工經(jīng)驗(yàn)，建議灌注施工時(shí)的坍落擴(kuò)展度宜630±30mm；擴(kuò)展時(shí)間T500 宜為3～6s；可工作時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)新拌自密實(shí)混凝土運(yùn)輸距離和時(shí)間確定，但2h 內(nèi)坍落擴(kuò)展度損失≯30mm，且中間不允許出現(xiàn)后滯現(xiàn)象；含氣量宜為6%～8%；控制新拌自密實(shí)混凝土溫度在5～30℃，混凝土溫度過(guò)低時(shí)可采取加熱骨料、使用熱水等措施，溫度過(guò)高時(shí)可采用井水并加入冰塊、控制水泥拌合溫度等措施。

2.2 完善自密實(shí)混凝土的施工工藝

2.2.1 灌注施工前封邊及板腔潤(rùn)濕

（1）封邊：檢查封邊是否穩(wěn)固，軌道板壓緊裝置是否牢靠，壓緊裝置不得過(guò)緊，可采用扭矩扳手控制扭矩，扭矩大小以工藝性試驗(yàn)得出的結(jié)果為準(zhǔn)，一般以60kN 為宜。

（2）板腔潤(rùn)濕：板腔內(nèi)表面濕潤(rùn)但無(wú)積水。如遇施工下雨的情況，應(yīng)用塑料布或薄膜蓋住軌道板和軌道板底座，防止雨水流入軌道板底座表面、觀察孔和灌注孔；當(dāng)雨水已大量進(jìn)入板腔中，需用吊車吊起軌道板，清理限位凹槽的積水，重新鋪設(shè)隔離層、鋼筋網(wǎng)和軌道板。

2.2.2 灌注施工

（1）料位高度：灌注漏斗內(nèi)自密實(shí)混凝土應(yīng)保持一定的料位高度，漏斗底部距軌道板表面至少70 mm（直線70 mm，曲線100 mm），以此控制新拌自密實(shí)混凝土從漏斗出口的流量和流速。

（2）灌注速度：自密實(shí)混凝土灌注中，應(yīng)調(diào)節(jié)中轉(zhuǎn)斗閥門(mén)大小盡可能保持灌注漏斗中混凝土液面高度的穩(wěn)定；每塊軌道板下填充層的灌注時(shí)間不宜太快控制在8～12min，避免氣體排出不及時(shí)；也不應(yīng)過(guò)慢，導(dǎo)致自密實(shí)混凝土充填有空隙；灌注速度應(yīng)按照“慢快慢”［3］的方法，即從開(kāi)始灌注到在灌注孔下方混凝土液面升高至軌道板底，在板腔內(nèi)開(kāi)始以一定坡度的斷面流動(dòng)后加快灌注速度，待觀察孔的混凝土接觸到軌道板頂面，立即放慢灌注速度。通過(guò)調(diào)整灌注漏斗的閥門(mén)大小實(shí)現(xiàn)灌注速度的調(diào)控，在灌注就要結(jié)束的時(shí)候，要特別注意灌注速度，以防止灌注過(guò)多自密實(shí)混凝土而造成軌道板上??；待排氣漿均勻穩(wěn)定流出、含大石子較多的自密實(shí)混凝土再封堵排漿孔，如圖5、圖6。自密實(shí)混凝土應(yīng)一次連續(xù)灌入，不得二次灌注。

圖5 恰當(dāng)時(shí)機(jī)封堵排漿孔

圖6 錯(cuò)誤時(shí)機(jī)封堵排漿孔

（3）灌注完成后，需在自密實(shí)混凝土失去流動(dòng)性時(shí)（灌注后2～3h），取掉灌注管和防溢管，插入一根連接鋼筋后抹平，混凝土終凝前再進(jìn)行一次抹平收面，涂刷養(yǎng)護(hù)劑或進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。

2.3 自密實(shí)混凝土填充層的養(yǎng)護(hù)

填充層灌注1d 后，把封邊移開(kāi)，先用目測(cè)法觀察填充層與軌道板之間是否有離縫或松軟發(fā)泡層，如無(wú)界面病害，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)帶模養(yǎng)護(hù)不少于3d，如出現(xiàn)如前述發(fā)泡層離縫，應(yīng)立即揭板重新灌注并查找原因，避免后期出現(xiàn)。

拆模后應(yīng)及時(shí)對(duì)自密實(shí)混凝土進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)處理，主要使用噴涂養(yǎng)護(hù)劑，土工布包裹或養(yǎng)護(hù)模覆蓋等方法，保濕養(yǎng)護(hù)周期累計(jì)不少于14d。在特殊季節(jié)（冬季和夏季）拆模時(shí)，要對(duì)自密實(shí)混凝土使用合適的保溫（冬季）隔熱（夏季）方法［4］。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)京沈客專、昌贛客專自密實(shí)混凝土工藝性試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工的改進(jìn)及應(yīng)用，分析了自密實(shí)混凝土層間離縫產(chǎn)生的原因，總結(jié)了控制和減少離縫產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)：

⑴控制扣壓裝置的扭矩力，以不超過(guò)60kN 為宜，具體以工藝性試驗(yàn)得出的結(jié)果為準(zhǔn)，避免外力造成軌道板的變形，產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)邊角裂紋；

⑵完善施工工藝，以每塊板灌注速度8～12min 為宜；

⑶按要求養(yǎng)護(hù)14d，避免養(yǎng)護(hù)不到位造成裂紋。

雖然可以采取相應(yīng)的措施，減少裂紋產(chǎn)生的概率，但由于現(xiàn)場(chǎng)施工控制不到位以及列車高速運(yùn)行后，仍在部分薄弱地方出現(xiàn)離縫，如何有效地修補(bǔ)已經(jīng)出現(xiàn)的離縫是當(dāng)前一大難題。