浅谈CRTSⅡ型轨道板砂浆离缝的成因及预防措施

2012-06-19宫海鹏上海铁路局沪杭铁路客运专线股份有限公司

上海铁道增刊 2012年3期

宫海鹏上海铁路局沪杭铁路客运专线股份有限公司

1 引言

新建上海至杭州铁路客运专线位于长江三角洲西南缘及杭嘉湖平原地区，东连我国经济中心城市上海，西接国际知名旅游城市杭州，途经松江、金山、嘉兴、桐乡、海宁、余杭等市(区)，全线运营长度约158.82 km，设计时速为350 km。项目于2009年4月1日开工建设，2010年10月26日建成通车。开通运营以来，沪杭高铁对进一步拉近沪杭两地时空距离，促进沿线社会经济的发展发挥了十分重要的作用。

虽然无砟轨道有"免维修"的说法和优点，但实际上，在长期通车运行和各种复杂外界自然环境的作用下，一些轨道结构会不可避免地发生损坏或老化，结构病害也随之出现，水泥乳化沥青砂浆离缝就是其中病害之一（见图1），若任其发展，将会影响高速铁路运行的舒适度甚至行车安全。因此，我们有必要对砂浆离缝产生的原因进行分析，并在今后的施工及运营维护中采取相应的措施，以最大限度地避免砂浆离缝的产生。

图1 水泥乳化沥青砂浆产生离缝

2 产生水泥乳化沥青砂浆离缝的主要原因

水泥乳化沥青砂浆是连接轨道板和底座板的充填层，是无砟轨道结构的重要组成部分。它由乳化沥青、水泥（硅酸盐水泥）、水、细骨料（河砂、机制砂）以及添加剂（膨胀剂、发泡剂、消泡剂、引气剂、减水剂等）按照一定的配比组成。水泥乳化沥青砂浆充填层是轨道结构承上启下的关键部位，主要起到填充、支撑、承力和传力的作用，并可为轨道提供一定的刚度和弹韧性。其性能和质量直接影响到列车运行品质、轨道结构耐久性和运营维护成本,是铁路客运专线建设的关键材料之一。造成水泥乳化沥青砂浆离缝产生的原因主要有：

2.1 水泥乳化沥青砂浆的体积膨胀与收缩

由于水泥乳化沥青砂浆是由上述材料经机械搅拌混合而成的一种新型有机--无机复合材料，与水泥、混凝土相比，由于无机胶凝材料的存在，具有高流态特性的水泥乳化沥青砂浆容易产生较大的体积收缩。此外，由于要求水泥乳化沥青砂浆要有0-2%的膨胀率，因此一些膨胀剂的掺入，会使水泥乳化沥青砂浆先膨胀后收缩，从而产生较大离缝。

2.2 轨道板的翘曲作用

CRTSⅡ型轨道板是在轨道板场预制，在板场内和吊装现场采用三点支撑存放。在存放过程中，由于支撑点的不均匀沉降或板的上下表面温差，易造成板的变形，这种变形不断累加，就会产生板的翘曲。另外，在长期列车荷载和自然温差的作用下，也容易形成板的翘曲，从而产生离缝。

2.3 不同介质的变形差异

轨道板与水泥乳化沥青砂浆是两种不同材料构成的轨道结构，其线膨胀系数必然存在差异。在相同温度变化过程中，发生的收缩或伸长值不同。当轨道板的伸长量过大时，限于两端固定端刺的约束，会发生向上的微微隆起，从而与砂浆层脱离，形成离缝。

2.4 不恰当的施工工艺影响

水泥乳化沥青砂浆是一种极敏感的有机--无机复合材料，其配比、拌制方法、灌注过程以及外界环境都对其性能有重要的影响。因此，水泥乳化沥青砂浆施工的各个环节都必须非常规范。

一般情况下，灌注水泥乳化沥青砂浆封边采用水泥砂浆（传统的水泥、沙子和水的混合物），按照轨道板精调后尽快灌浆的原则，所用的封边砂浆具备早强快硬的特性，由于所采用的封边砂浆较干，水泥乳化沥青砂浆与其接触后，失水较多，造成砂浆硬化收缩。

2.5 路桥过渡段支撑层变化引起

路桥过渡段作为刚性桥台与柔性路堤的结合部位，在结构上是塑性变形和刚度的突变体。虽然在路基和桥梁之间设置一定长度的过渡段，使轨道的刚度逐渐变化，并最大限度地减少路桥间的沉降差。但由于两种结构物刚度不同，在长期垂直荷载的作用下，还是会或多或少地产生不均匀沉降，反映在砂浆层上即是离缝的产生。

3 避免砂浆离缝产生所采取的措施

3.1 优化调整水泥乳化沥青砂浆的配合比

相关试验表明，W/B(总用水量与无机胶凝材料用量之比)、A/B(乳化沥青用量与无机胶凝材料用量之比)和单方无机胶材用量对水泥乳化沥青砂浆收缩性能有较大影响。随着养护龄期的增长，CRTS-Ⅱ型水泥乳化沥青砂浆的收缩率随着W/B和单方无机胶材用量的增高而增大，随着A/B的增高而减小，并且与W/B和A/B相比，无机胶凝材料用量对水泥乳化沥青砂浆硬化体收缩率的影响更大。因此，为控制CRTS-Ⅱ型水泥乳化沥青砂浆硬化收缩率，W/B不宜超过0.51，A/B不宜低于0.29，无机胶凝材料用量不宜超过540 kg/m3。

3.2 加强轨道板的存放管理

无论是在轨道板预制场还是在现场轨道板吊装存放区，都要对存板台座地基进行加固处理。另外，要控制好存板台座的标高，对存板台座高差过大的台座要进行打磨处理，使其处于同一平面。沪杭高铁松江板场对传统的轨道板三点支撑进行了改进，采用整体板梁式存板台座的设计，较好地解决了存板台座的变形问题，有效地控制了轨道板的变形。

3.3 优化水泥乳化沥青砂浆施工工艺

水泥乳化沥青砂浆对外界环境敏感性极强、施工难度较大，砂浆的最终性能不仅取决于原材料的质量，而且受施工环境、搅拌设备及工艺、灌注工艺以及施工人员的专业素质等因素的影响很大。为确保工程质量，必须提前进行水泥乳化沥青砂浆的施工工艺试验，以确定具体的投料顺序、搅拌速度、灌注时间等工艺参数，且在正式拌制时必须严格按照工艺试验参数进行控制。

3.4 加强封边水泥砂浆润湿

在采用传统的水泥砂浆封边的情况下，为减少封边砂浆对水泥乳化沥青砂浆的吸水作用，在灌浆完成后，要对封边水泥砂浆进行润湿，对其补充水分。待水泥乳化沥青砂浆达到规定强度后，及时凿除水泥封边砂浆。

或者在封边砂浆与板腔间内衬一刚度较大的薄钢片或不吸水的薄竹片，将封边砂浆与新灌注水泥乳化沥青砂浆进行隔离，也可有效解决这一问题。在沪杭高铁的一些施工标段，我们采用了专用的密封带进行封边，也取得了良好的灌注效果。

3.5 适时去除精调爪

水泥乳化沥青砂浆灌注后，会在一定时间内达到体积最大值，进而开始收缩直至体积稳定。施工单位要在工艺试验过程中，不断观测总结不同配比的水泥乳化沥青砂浆其膨胀率与时间的关系，在其体积达到最大值时，及时去除精调爪，避免砂浆收缩而轨道板被精调爪支撑在二者之间产生的离缝。

3.6 及时覆盖轨道板，减小温差效应

轨道板在存放过程中，要进行覆盖，避免轨道板上下表面温差过大而产生的翘曲。同理，在施工过程中，也要加强轨道板的覆盖。这是因为，在白天，轨道板上表面温度高于下表面温度，轨道板会产生向上的拱起，于是在轨道板中部产生离缝。而在夜间，轨道板上表面温度低于下表面温度，轨道板会产生向下的挠曲，于是在轨道板四角产生离缝。

3.7 及时纵连、锚固轨道板

CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道是由大量的轨道板通过轨道板中央预埋的6根张拉筋纵连而形成的很长的带状结构。当砂浆强度达到要求时，就需要对轨道板实施张拉连接，使其形成整体，避免其与水泥乳化沥青砂浆之间的纵向位移而产生的离缝。同理，轨道板的锚固，也即剪切连接是将轨道板与底座板连接成为一个整体，避免其与水泥乳化沥青砂浆之间的上下位移而产生的离缝。