客专线路堤段CRTSI双块式无砟轨道道床板裂缝分析与控制

李清油

(中铁二局股份有限公司,四川成都610031)

近年来，高速铁路已成为我国铁路建设的主流,成为交通运输的大动脉。路堤段无砟轨道为连续结构，其产生裂缝是必然的。如何解决路堤段无砟轨道道床板裂缝是铁路建设中的一个难题。裂缝既是混凝土的质量通病，也是道床板最主要的病害，它破坏了道床板结构的完整性，危害着铁路使用的安全。只有弄清它产生的原因，并采取相应的措施，对之进行有效的预防和控制，减少并降低发生的机率，才能提高结构实体质量，有效的延长其使用寿命。本文结合大西客专站前9标施工管理实际，从设计因素、混凝土原材料和内部成因、施工工艺、外部因素和施工管理六个主要方面对路堤段裂缝产生的成因进行了简要分析，同时介绍了相应的预防控制措施。

1 路堤段无砟轨道组成

无砟轨道自上而下依次由钢轨、扣件、轨枕、道床板和支承层、基床表层、基床底层、基床以下填料组成。

2 道床板裂缝发生特点

裂缝特点：①裂缝沿着轨枕边缘贯通；②两枕角裂缝相互连通；③枕角裂缝；④边缘裂缝(图1)。

图1 裂缝图(注：为了把裂缝显示得更加清楚，作者选择了已修补的裂缝图片)

3 影响裂缝的六个因素及控制措施

3.1 设计影响因素及控制措施

3.1.1 设计影响因素

(1)轨枕四角未设置钢筋加强带。道床板顶层钢筋在轨枕的四个角处未设加强带(图2)。转角处是应力相对集中的地方，在应力的作用下四角易发生裂缝。

图2 轨枕的四个角处未设加强带

(2)道床板与轨枕四周接合部位无连接措施。道床板与轨枕四周接合部位无连接措施，导致新旧混凝土不能有效的粘接在一起，从而在接合部位出现裂缝(图2)。

(3)结构材料变形异步。轨枕、道床板、支承层三者之间，轨枕设计标号C60，道床板设计标号C40，支承层设计标号C30。三种混凝土的强度等级及浇筑时间差异，在相同环境中，不同的材料热胀冷缩系数也不一样,外界温度的变化，使变形不同步，导致裂缝的产生。

3.1.2 设计因素造成裂缝主要控制措施

(1)施工前安排具有较强专业知识和丰富施工经验专业人员对图分专业进行详细、全面会审。

(2)施工中采用先进、科学的措施避免设计因素带来的影响。如上述因素中对轨枕四角道床板顶层钢筋未设计加强带的问题，我们可以借助桥梁底座板凹槽四角钢筋配置经验，在道床板顶层钢筋上轨枕角处斜向配置与道床板主筋等同规格的钢筋，一处两根，长度控制在50～60 cm。

3.2 混凝土原材料因素影响及控制措施

3.2.1 材料影响因素

(1)水泥。水泥品种：选用水化热低的普通水泥、火山灰水泥等品种，它们的混凝土收缩性小；矿渣硅酸盐水泥、快硬水泥混凝土收缩值大。

水泥等级：水泥等级越高、细度越细，对混凝土开裂影响越大。

水泥用量：在原材料一定的情况下, 高标号混凝土与低标号混凝土相比, 水泥用量较多,用水量少, 水胶比低。高标号混凝土中毛细管压力引起表面颗粒之间的压力比低标号混凝土的大,易出现塑性收缩缝。

(2)粗骨料。粗骨料粒径越细、针片含量大，单方用灰量、用水量越多，收缩量增大。

(3)细骨料。细骨料含泥量过大，造成混凝土收缩增大；颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，造成混凝土收缩的增大，导致裂缝产生。

(4)掺合料。粉煤灰、磨细矿渣的使用使混凝土内部固体颗粒堆聚更加密实，表面部分细小颗粒的存在使混凝土毛细管压力增大，颗粒之间引力随之增大,出现塑性收缩裂缝的可能性变大。另一方面，掺合料使混凝土凝结时间延长, 增加了混凝土表面的失水量, 同时使混凝土表面在塑性阶段抗拉强度下降，增加了塑性收缩裂缝的出现。

(5)外加剂。在混凝土施工中, 外加剂已成为混凝土组成组分之一。混凝土外加剂、掺和料选择不当或掺量不当，会增加混凝土收缩。不同种类外加剂对塑性收缩裂缝的影响不相同：缓凝剂在延缓水泥水化的同时降低了终凝前混凝土表面的抗拉强度, 延长表面失水的时间, 所以增加出现塑性收缩裂缝的可能性；高效减水剂增加了混凝土终凝之前表面毛细管压力和收缩应力，同时使混凝土在保持流动性时水胶比降低。

3.2.2 原材料影响控制措施

(1)水泥。选择合适的水泥品种、等级，尽量优先选用水化热低的硅酸盐水泥，避免采用早强高的水泥。道床板为C40混凝土，应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥的比表面积、游离CaO含量、碱含量、熟料中CaO含量等指标应符合《铁路混凝土》(TB/T 3275-2011)规范要求。

(2)粗骨料。选用粒形良好、质地坚硬、线胀率小的洁净碎石，粗骨料性能、累积筛余百分数、压碎指标、碱活性等指标符合《铁路混凝土》(TB/T 3275-2011)规范要求。

(3)细骨料。选用级配合理、质地坚硬、吸水率低、孔隙率小的洁净天然中粗砂、人工砂。不能选用海砂，因海砂含盐。细骨料性能、累积筛余百分数、碱活性等指标符合《铁路混凝土》(TB/T 3275-2011)规范要求。

(4)掺合料和混凝土外加剂。掺合料和外加剂选择可提高混凝土耐久性能且品质稳的产品。外加剂与水泥及矿物掺合料之间应具有良好的相容性，起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能的作用。

3.3 混凝土内部因素影响及控制措施

3.3.1 内部影响因素

(1)配合比影响。在施工前未对现场砂、石的含水率测试，拌合计量系统未进行校正，计量误差超标，改变了施工配合比参数而导致裂缝发生。混凝土配合比参数对其热膨胀系数有不同的影响，主要为水泥用量的影响，在水泥用量一定时，热膨胀系数随水灰比增大而降低，当用水量一定时，热膨胀系数随水灰比增大而增大。

(2)水灰比影响。水泥和粗、细骨料用量一定的的条件下，在0.35～0.65范围内，混凝土拌合物的水分蒸发速率随水灰比的增加而增大，混凝土塑性收缩面积最大值对应的水灰比约为0.5。当水灰比小于0.5时；混凝土塑性收缩面积随水灰比的提高而增大；当水灰比大于0.5时，混凝土塑性收缩面积随水灰比的提高而减小。

(3)水化热影响。混凝土凝结时会放出热量，这个热量是多种物质和水反应产生的，故称为混凝土水化热。水泥水化热使混凝土温度升高。混凝土浇筑初期弹性模量和强度都很低，对水化热产生的应变约束不大，温度应力也比较小; 随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生极大的温度、应力，当此时混凝土抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，造成混凝土的裂缝。

(4)碱骨料约束。混凝土中的骨料约束水泥的膨胀和收缩，产生拉应力，产生裂缝；水泥中过烧的CaO和 MgO的水化速度很慢，在水泥硬化后再水化，引起混凝土膨胀，出现裂缝。

3.3.2 内部因素影响控制措施

(1)加强材料控制管理，施工前对各种原材料进行检测。在各项指标都满足规范的前提下，计量最大允许偏差控制在水泥、矿物掺和料、外加剂、拌合用水±1 %;粗、细骨料±2 %的范围内。

(2)配合比设计人员应做好理论配合比,深入施工现场，针对现场的砂、石的含水率、施工工艺、浇筑情况, 对施工配合比进行调整。尽量避免或减少使用掺合料及缓凝型外加剂, 以提高终凝前混凝土表面的抗拉强度。尽量降低水灰比，可有效降低水化热，还可提高强度，减少收缩裂缝。

(3)配混凝土配合比时,尽量做到 “一高三低” :高含气量(混凝土含气量不小于4%)低胶材料、低用水量、低坍落度。

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3.4 工艺因素影响及控制措施

(1)振捣控制。振捣混凝土时，振捣或插入不当、漏振。过振或振捣棒抽拔过快，捣固造成骨料重新进行分布，影响混凝土的密实性和均匀性，骨料沉积于下部，上部水泥浆集中，导致裂缝的产生。

(2)抹面影响。为使道床板表面光滑、平整，进行提浆收面或是撒布干水泥进行收面，造成上部水泥浆集中，产生表面收缩裂缝。

(3)过早拆模。混凝土拆模时间越早，拆摸后内外温差越大，混凝土开裂的可能性就越大。故晚拆模对减小内外温差、防止混凝土开裂有一定的作用。

(4)养护滞后。在混凝土施工后，没有按规定的时间及时进行养护，夏季没有及时进行洒水，冬季没有及时进行保温，或是在养护过程中工作做得不细，导致混凝土失掉水份而开裂。

3.5 外部影响因素及控制措施

3.5.1 外部影响因素

(1)外部环境条件的影响。作业环境的温度、相对湿度和风速均影响混凝土表面水蒸发。环境温度越高、风速越大, 水蒸发速度也越大，裂缝发生机率越高。冬季气温过低，夏季气温过高，保温保湿不及时或是措施不当，导致混凝土过早失去水分，形成裂缝。

(2)支承层对道床板约束。混凝土结构在温度变化时受到下部支承层的约束，产生外部的约束应力，当温度从最高值开始下降，混凝土产生较大的拉应力，若拉应力超过抗拉强度，混凝土就产生裂缝。

(3)路基本体不均匀沉降。施工中填料层厚超标、压实度未做到层层检测。沉降观测期，预压荷载没有达到设计值，赶工期提前卸载，观测频率不足，未进行的沉降位移分析，现场不能根据观测资料指导施工等出现不均匀沉降而产生裂缝。

施工期间路基排水系统不畅通，雨季雨水沉积在路基的两侧；边坡未及时防护，雨水从边坡渗入。这两种情况都会因雨水而软化路基本体，产生不均匀沉降使道床板开裂。

3.5.2 外部因素影响控制措施

(1)选择恰当的混凝土浇筑时间，避免浇筑后出现气温急剧变化的情况。夏季多安排在晚上作业，冬季多安排在白天作业。做好养护工作，降低少混凝土表面水份蒸发速度。夏季高温、多风季节,减少或避免阳光直射混凝土表面，及时洒水覆盖。冬季及时采取保温措施，如棉被覆盖、搭棚升温等，确保混凝土在正常环境中硬化。

(2)加强路基施工过程监控，做好沉降观测及数理分析,以用指导施工。在路基沉降稳定后，施工作支承层，道床板施工时间与支承层的施工时间在不影响工期的前提下，间隔时间可适当延长，待支承层充分开裂后再施作，可以少反射裂缝数量及宽度。

(3)对支承层材料控制，要求收缩性很小，低弹性模量。胶凝材料用量不大于200 kg，适当加大碎石用量，掺加引气剂，无坍落度，支承层混凝土不能超强，弹性模量约7 000～10 000 MPa。

3.6 管理方面影响及控制措施

3.6.1 四个主要影响因素

(1)培训交底不全面。在施工作业前，没有组织对施工规范、质量评定验收标准以及施工图的学习;对于新技术、新工序，没有进行专项培训及逐级交底。导致现场管理人员、作业人员对工序质量控制要点不清、标准不明。

(2)作业过程控制不严。在作业过程中，为了使混凝土从混凝土灌车或输送泵中放出，在捣固时为了捣固器容易插入，混凝土收面时为了收面方便容易，而随意向混凝土加水，改变原有混凝土的水灰比，裂缝发生机率增大。

(3)监管员业务能力差。现场管理人员不能胜任本职工作，不能对作业工序进行正确的指导与监督，不清楚工序质量控制重点，发现不了工作中的问题或是发现问题不能及时正确处理。

(4)监管资源配置不足。现场监管人员配置不能满足 “一点三员” (即一个工点、一名技术员、一名领工员、一名安质员)的要求，工地在昼夜作业的情况下，管理人员无法实行连续跟班指导与监督，导致现场监管失控。

3.6.2 管理方面影响控制措施

强化作业前培训与交底，加强作业过程控制，做到的规章制度与工地需求相适应；结合工地所需专业进行人力资源调配，调配懂技术、有能力、责任心强的人员负责现场监督管理。

4 常用的两种裂缝修补方法

4.1 压力注胶法

压力注胶法(壁可法)适用于宽度≥0.2 mm裂缝，通过橡胶管自动完成注胶。因注胶橡胶管具有较强的收缩性，借助收缩产生的压力及向内注胶时形成的内外压力差，把流动性较强的结构胶(A、B组份)压向裂缝末端而自动完成注胶。

4.2 直接封闭法

直接封闭法适用于裂缝宽度在0.2 mm以下的裂缝，这是最简单和最普通的裂缝修补方法。就是用封缝材料直接涂于清理干净的缝口表面，通过密封裂缝来防止水汽、化学物质和二氧化碳侵入的方法。

5 结束语

道床板裂缝产生原因是多方面的，管理控制要从每一个细小环节抓起，做到粗活细作，细活精作。只有采用科学的技术方案对裂缝进行有效预防和控制，减少及降低裂缝发生的机率，才能提高工程质量，保证其结构的完整性、使用的安全性。

[1] TB/T 3275-2011铁路混凝土[S]

[2] 铁道部经济规划研究院 CRTSI型双块式无砟轨道轨枕结构设计[S]

[3] 朱长华.CRTSI型无砟轨道道床板裂缝成因分析及应对措施[J].施工技术,2012,(3)

[4] 王涛.混凝土塑性收缩裂缝的影响因素及预防措施[J].混凝土,2003,(1)

[5] 姚武,郑欣.配合比对混凝土热膨胀系数的影响[J].同济大学学报,2007,(1)

[6] 催国庆.双块式无砟轨道道床板裂缝控制研究[J].铁道标准设计,2010,(1)

[7] 张亮亮.影响混凝土结构水化热温度多因素分析[J].高速铁路技术,2010,(3)

[8] 张志宏.无砟轨道道床板混凝土裂缝成因及处理[J].江西建材,2012,(1)

[9] 叶鸿涛.戈壁地区双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝控制[J].山西建筑,2013,(11)