极旱荒漠区无砟轨道结构施工质量控制技术

杨惠民

(中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西西安 710043)

1 工程概况

兰新铁路第二双线是我国首条在高海拔、大温差、大风沙和强日照地区修建的客运专线铁路，设计时速超过200 km/h，项目建成后将形成兰新通道内新的大能力铁路干线，实现新疆等西部地区与内地的快速客运连接，使既有兰新铁路货运得到释放。兰新铁路甘青LXS-17标位于甘肃省安西极旱荒漠自然保护区，路线全长104.6 km，其中路基占线路全长的95%，采用无砟轨道结构。

2 极旱荒漠区无砟轨道工程的特点和难点

1)路基段无砟轨道比例大。LXS-17标段线路总长104.6 km，其中路基长99.8 km，所占比例高达95.3%。2)自然环境恶劣。温差大:平均日较差16.1℃，年较差35.3℃，极端最高气温42.8℃，极端最低气温－29.1℃。日照强:全年日照总时数约为3 360 h，不小于10℃的积温3 661.5℃。风沙大:年平均风速达到5.7 m/s，年累计刮风时间为6 300 h以上。干旱缺水:年均降水量45.7mm，年蒸发量3 140.6 mm，长年干燥少雨。3)道床板混凝土施工质量控制难度大。由于气候干燥、蒸发量大、温差大、大风天气频繁，恶劣的自然环境使混凝土很容易产生开裂，这成为施工过程质量控制的关键。

3 线外先导试验段无砟轨道结构施工发现的问题

先导试验段我们是在线外无砟轨道试验基地按照内地混凝土泵送、道床板收面露天施作、湿法洒水养护等常规的工艺进行施工的，试验结束后发现了如下几个问题:

1)道床板裂纹较多，有的非常明显，宽度个别超过0.2 mm以上。裂纹主要有三种情况:a.轨枕四角的八字形裂纹，每个轨枕四角均有，长度有的延伸至道床板侧面(见图1，图2);b.在道床板两侧的“7”字形裂纹，侧面部分垂直贯通，平面向里延伸长度不一，每个枕木头对应均存在一道或两道;c.混凝土表面出现小范围的龟裂，深度较浅，宽度小于0.2mm。从裂纹发现时间看，轨枕八字角个别裂纹是在混凝土浇筑完成后两天内出现的，其他裂纹大部分是在一个月后出现和发展的。2)假缝和伸缩缝存在垂直度偏差较大，缝两侧混凝土标高不一致，缝内漏浆将缝堵塞，缝两侧拆模掉块等问题，外观质量控制有待提高。3)有的支承层存在横向贯通裂纹。

图1 八字角和横向裂纹

我们分析出现上述问题的原因有:1)兰新线所处地理位置与内地的自然环境存在天壤之别，此种恶劣的环境施工对混凝土的影响较大，正式施工应该提高混凝土的匀质性，减少材料收缩变形，改进施工工艺方法;2)设计上要降低道床板的累计约束，同时减少支承层对道床板的约束(在前期科研中就针对支承层假缝切割距离进行了专项研究，分别针对3.25 m，3.9 m，4.55 m 进行了现场试铺，最终结合19.5 m单元式道床板结构(3.9 m小单元)确定采用3.9 m设置一处假缝)，此方面的问题在前期课题研究中基本解决，此文不再赘述。

4 极旱荒漠区无砟轨道质量控制关键

从上述发现的问题和原因分析说明，针对兰新二线大温差、大风沙和极干旱环境，用内地常规的方法控制无砟轨道质量是行不通的。结合实际加强改进了以下几个方面的质量控制:

4.1 混凝土配合比的控制

道床板混凝土配合比除应满足TB/T 3275-2011铁路混凝土的相关要求外，还要根据环境条件、施工条件、施工工艺以及原材料情况进行针对性设计，加强混凝土抗裂性和收缩变形性能的对比试验。经过试验总结，道床板混凝土采用减水剂和引气剂双掺的方式配制，单方最大浆体体积不应大于0.3 m3，胶凝材料用量不宜超过380 kg/m3，水胶比不宜大于0.4，用水量不宜大于150 kg/m3，混凝土入模含气量不宜小于4%，入模坍落度不应大于140 mm，1 h坍落度损失不大于20 mm。针对气候特点，混凝土内掺入了能够降低混凝土塑性阶段水分散失、提高混凝土硬化阶段内部持续补水能力的内养护材料。

图2 轨枕四周和侧面裂纹

支承层采用干硬性混合料滑模摊铺机摊铺，放弃传统的模筑法施工，干硬性混合料胶凝材料用量不宜超过220 kg/m3，用水量不宜超过140 kg/m3。

4.2 施工过程的控制

1)道床板混凝土必须采用吊车斗送法施工，且混凝土的初始坍落度不得大于160 mm，混凝土浇筑按“之”字形三点浇筑，浇筑后立即用干毛刷将散落在轨枕上的混凝土清除，不得用水清理。振捣时为减少八字角位置裂纹及轨枕周边裂缝，要采用二次振捣工艺:第一次采用φ50振捣棒在轨枕之间振捣，第二次采用φ30振捣棒在轨枕四周进行振捣。

2)混凝土抹面至少进行四次:第一次为提浆粗平，第二次1 h后再用钢抹抹平，第三次压平收光，第四次为轨枕周边、横梁下部、轨底局部处理。抹面时一定要原浆收平，不能追求“镜面”效果，人为造成表层浮浆过厚，而引起道床板后期的表面龟裂现象。后3次的抹面必须在防风棚内完成，防止混凝土表面水分的蒸发(见图3)。

图3 防风棚和混凝土抹面

3)为减少道床板混凝土旱期失水，混凝土抹面和养护实施必须在防风棚内完成，养护时采用养护剂喷涂养护。养护时机尽可能提前，即最后一次抹面后立即喷涂养护剂，并覆盖土工膜保湿。TKC-Ⅰ养护剂喷涂量控制在0.3 kg/m2～0.4 kg/m2，成膜厚度不得小于0.2 mm，养护剂成膜前严禁洒水。拆模后，立即对侧面涂抹养护剂，涂抹养护剂时先涂抹迎风面，然后涂另一面，迎风面的成膜厚度适当加厚，并换用土工布密贴覆盖防风，养护时间延长(见图4)。

图4 喷涂养护剂

4)鱼尾板和扣件松开时间的掌握，一般混凝土浇筑后1 h内将调节器高程松动1/4圈以使轨枕与混凝土密贴，混凝土终凝后4 h将扣件及轨道夹板全部松开，降低温度裂纹的产生。

5)支承层锯缝要在支承层硬化前进行，时机根据温度情况确定，最晚不得超过浇筑后12 h，保证支承层沿假缝位置收缩开裂，因为支承层作为连续摊铺的无钢筋水硬性混合料(低胶凝材料)，在温度力及收缩作用下必定产生裂缝，进而能对道床板产生反射裂纹(见图5)。

图5 支承层和道床板

6)加强道床板结构伤损情况观测，一经发现，即建立台账，当损伤情况稳定后方可进行修补。一般情况下观测时间不宜少于3个月，根据伤损情况确定修复方法、工艺、材料，时间选在初夏和秋末，施工温度控制在5℃ ～20℃。

5 结语

极旱荒漠区无砟轨道结构施工质量的控制关键点是道床板混凝土防开裂的控制，本文从混凝土品质控制到施工过程控制等一系列技术措施的改进，其最终目的均是为了控制道床板裂纹，保证工程的后期质量。

［1］ 兰新铁路二线17标设计图纸及相关文件.

［2］ 铁建设［2010］241号，高速铁路路基工程施工技术指南［S］.

［3］ TB 10754-2010，高速铁路轨道工程施工质量验收标准［S］.

［4］ TB 10424-2010，铁路混凝土工程施工质量验收标准［S］.

［5］ 雷前明.TKC-Ⅰ型混凝土养护剂在高速铁路中的应用［Z］.

［6］ 铁科院.自养护混凝土的性能特点［Z］.

［7］ 铁科院.干旱风沙地区混凝土及无砟轨道施工质量控制措施研究［Z］.