极旱荒漠地区无砟轨道道床板防裂措施

雷前明，于广志

(中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西 西安 710043)

极旱荒漠地区无砟轨道道床板防裂措施

雷前明，于广志

(中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西 西安 710043)

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板现浇混凝土容易开裂的现状，结合新建兰新铁路极旱荒漠地区无砟轨道道床板的施工，总结出4种常见的道床板混凝土裂缝形式。分析了产生裂缝的主要原因，通过线外试验段选取了适宜于新建兰新铁路极旱荒漠地区无砟轨道道床板施工的最优混凝土配合比。在养护棚中制作道床板，浇筑混凝土时进行二次振捣并多次抹面，采取内掺养护材料、外喷养护剂的“内部抗裂、外部防裂”以及覆盖土工布等防裂措施，从而有效避免了道床板混凝土开裂，提高了无砟轨道道床板施工质量。

极旱荒漠 CRTSⅠ型双块式无砟轨道 道床板 防裂措施

1 工程概述

CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板为现浇钢筋混凝土整体结构。混凝土内部受到钢筋和轨枕单元的约束，外部受到支承层或底座板的约束，而且混凝土的暴露面积大，同时受到恶劣自然环境的影响，很容易导致道床板开裂。道床板的开裂尤其是形成严重的贯通裂纹后，雨雪渗入会使道床板中的钢筋锈蚀，锈蚀钢筋挤胀混凝土，又使裂缝扩展，降低无砟轨道道床板的承载力、耐久性，进而危及到运营过程中的行车安全。由此可见，在无砟轨道道床板施工中混凝土的防裂措施，对满足铁路轨道工程的设计功能和使用性能极其重要［1］。

兰新铁路第二双线LXS-17标，地处甘肃省酒泉市瓜州县柳园镇极旱荒漠地区。线路途经地区为戈壁、荒滩，气候干燥，昼夜温差大，冰冻期长，降雨量少，蒸发量大，地下水资源匮乏。春秋多风，夏季短促而炎热，冬季严寒且漫长。本标段设计正线无砟轨道(含站场正线)施工里程范围:DK1015+000—DK1119+679，全长209.358 km。其中路基段198.458 km，桥梁段10.9 km，柳园南站站线无砟轨道施工里程范围内1.551 km，均采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道。

2 道床板裂缝形式及形成原因

2.1 道床板裂缝形式

通过对CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板线外试验段裂缝的观测，根据裂缝的开裂部位和特征，可将道床板裂缝分为4种形式:①轨枕八字角裂缝;②两轨枕间或顺轨枕的横向裂缝;③道床板面上的不规则裂缝(即龟裂);④道床板侧面裂缝。以上这些裂缝的出现会在雨雪渗入、冻融等自然环境因素或者运营后列车动载的作用下逐渐发展，使裂缝延伸和加宽。将会严重影响无砟道床的承载力，从而降低耐久性及使用性能，进而危及到运营行车安全［2］。

2.2 道床板裂缝成因分析［3］

2.2.1 混凝土原材料的选择以及配合比

混凝土中各种原材料选用的不当，如砂子不干净含泥量大，使用水含碱量超标，水泥长时间放置导致失效等都会导致混凝土裂缝的产生。在混凝土制作中配合比未根据粗细骨料含水率及时调整，以及混凝土的搅拌时间不足等会导致混凝土产生裂缝。

2.2.2 施工温度的影响

极旱荒漠地区昼夜温差大，混凝土在凝结硬化过程中释放出大量的水化热，使得混凝土内部温度快速上升。混凝土表面散热较快，而周围环境温度较低，形成较大的内外温差，内外部热胀冷缩程度不同，使混凝土表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土硬化过程中抗拉强度极限时，就会导致混凝土表面产生裂缝，且多为与道床板轨枕方向平行的贯穿裂缝。

2.2.3 轨枕角处产生的收缩裂缝

轨枕周围新旧混凝土粘结结合性能不好，尤其是在轨枕角处容易出现混凝土不同方向的收缩，使得混凝土在轨枕角处产生应力集中，进而导致轨枕角处八字裂缝的产生。

2.2.4 混凝土的干缩裂缝

气候干燥、风沙大，混凝土浇筑完成后，表面水分散失极快，在抹面未完成前表面就出现结壳的现象，在后期的养护中也会产生不规则干缩裂缝。

3 道床板的防裂措施

3.1 混凝土配合比选取

在严重干旱、大风沙区域，昼夜温差大，实体结构物容易开裂。在进行道床板混凝土配合比设计时，应以“低胶材、低用水量、低坍落度、高含气量”为原则，并控制单方混凝土中浆体体积不大于0.32。在此基础上根据原材料特性，对混凝土按不同的配合比进行了大量试拌，选取了4种在线外试验段施工，配合比见表1。

对不同配合比的试验段混凝土道床板裂缝进行观测和统计，发现4#配合比大大减少了混凝土裂缝的产生。并对28 d混凝土的强度进行了测试，结果都达到了50 MPa以上并且相差不大。所以在无砟轨道道床板施工中优先选用4#配合比，可以减少混凝土裂缝的产生，提高道床板施工质量。

kg/m3表1 试验段配合比选择

同时，混凝土生产应严格控制配合比中粗、细骨料及水的计量，控制好水灰比，混凝土的搅拌时间应达到要求，防止混凝土发生离析现象。混凝土坍落度、含气量检测合格后方可出厂，从源头控制混凝土质量，预防混凝土裂缝的产生［4］。

3.2 混凝土浇筑过程中的控制

混凝土浇筑前，为确保轨枕与新浇混凝土的良好结合，对轨枕进行喷水湿润，但不得有积水。特别是保证桥梁地段凹槽内不得有积水，可减少轨枕八字裂缝和沿轨枕周边裂缝的产生。

道床板混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土运输车送至施工现场，采用斗送法根据道床板厚度进行适量放料。严格按“之”字形浇筑顺序进行均匀布料，严禁在浇筑过程中使用振捣棒拖、赶混凝土，配备专人进行均匀振捣。振捣时避免振捣棒触碰轨排及钢轨，插点布置应均匀，不漏振。振捣过程中要加强对轨枕底部及其周围混凝土的振捣，确保混凝土密实。为减少八字角位置裂纹及轨枕块周边裂缝，宜采用二次振捣工艺，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。混凝土布料如图1所示，振捣工艺如图2所示。

混凝土入模后半小时内用木抹完成粗平，1～2 h内再用钢抹抹平(至少2遍)。为防止混凝土表面失水产生细小裂纹，在混凝土接近初凝时(约入模3～4 h)再次进行压实抹面，在进行收面时严禁洒水。抹面压光过程中要注意加强对轨枕四周、排架横梁下方、钢轨下方等部位的操作。为了有效解决太阳照射温度高、风沙大等环境因素造成的混凝土表面水分散失快，以及由此导致的裂缝，在养护棚中进行抹面及养护，每个工作面至少配备150 m养护棚。混凝土抹面如图3所示，施工使用养护棚如图4所示。

图1 混凝土布料示意

图2 道床板混凝土振捣工艺

图3 混凝土抹面

图4 土工布覆盖及养护棚

经大量试验验证混凝土的入模含气量宜控制在4%～6%，入模温度宜控制在10℃～20℃。夏季夜间气温变化不大，蒸发量小，宜选择在夜间浇筑混凝土，可减少因混凝土表面水分散失快而导致的干缩裂缝。

混凝土浇筑后2～4 h将调节器高程松动1 mm(角度依据螺杆螺距而定)以使轨枕与混凝土密贴。在混凝土最后一次抹面前提松假缝及伸缩缝模板，混凝土终凝前，手指无压痕，拧松扣件、鱼尾夹板，释放轨排应力，避免钢轨因温差应力使道床板产生裂缝。

图5 三种不同养护方式示意

在混凝土浇筑过程中严格控制，按标准要求施工，就会在很大程度上增强无砟轨道道床板混凝土质量，减少道床板混凝土裂缝的产生。

3.3 混凝土中掺内养护材料［2］

混凝土内养护材料是一种新型的混凝土添加组分。其原理是利用引入的轻骨料或高吸水树脂等均匀地分散在混凝土中，起到内部吸收、预蓄存水分。当混凝土凝结硬化过程中出现水分不足时，以持续补偿水分，支持混凝土水化反应继续进行，延缓混凝土内部湿度降低速率，可显著减少混凝土的收缩。内养护剂可有效地改善混凝土的自收缩和干燥收缩，使混凝土的抗开裂性能得到提高，同时在一定程度上改善混凝土强度及抗冻性能。

采用优化配合比以及掺内养护材料的混凝土，在线外试验段分别进行浇筑。观察浇筑完成的混凝土可以发现，4#配合比道床板混凝土因掺加了内养护材料，其外观颜色均匀，表面密实，拆模前后无缺棱掉角，没有产生太多的裂缝。而未掺内养护材料的道床板混凝土则颜色发白，表面分布较多气孔，感观较为粗糙，产生了比较多的裂缝。这是由于内养护材料改善了混凝土工作性能，减少了混凝土表面泌水，提高了水化程度，优化了混凝土微观结构，大大增强了混凝土的密实度，改善了混凝土质量。

3.4 喷涂养护剂养护

在线外试验段采用一布一膜滴灌养护、节水养护膜养护和喷涂养护剂养护3种不同的养护方式进行对比，验证最佳的养护方式，如图5所示。

1)一布一膜滴灌养护

首先准备好土工布、塑料膜、带双阀门水桶、支架、塑料水管等养护材料和工具，然后进行养护布置。将塑料水管扎孔，扎孔原则离水桶近端疏、远端密，近端水管针孔小，远端粗些。将塑料水管两头套上阀门，放置于混凝土上，放置时尽量有倾斜度，近端高，远端低。支架放置尽量高些，满足水压需要，以保证水能够顺利流出。土工布及塑料布铺设好后，边部加固压实，加盖养护棚。

2)节水养护膜养护

混凝土终凝后铺设节水保湿养护膜，铺设时保证养护膜平整，无凸出褶皱。铺设后上面不得放置尖锐或其他破坏养护膜的物品，人员不得在上面行走，以避免造成养护膜损伤。

3)喷涂养护剂养护

养护剂是一种高分子涂膜材料，喷洒在混凝土表面后固化，形成一层致密的薄膜，使混凝土表面与空气隔绝，防止水分过快蒸发，保证混凝土早期具有较好的保湿养生条件。养护剂在道床板混凝土初凝，即待混凝土收浆后，表面无泌水，并用手指轻轻压无印痕时，采用喷雾器进行喷涂。之后再用滚刷涂刷死角部位，喷刷养护剂时应涂刷到位，不留死角，确保养护质量。养护剂用量为0.4 kg/m2。喷刷养护剂后，覆盖一层土工布并加固防风。在规定养护期间严禁踩踏，有破坏处及时喷补，确保养护效果［2］。

通过现场试验总结及裂缝观测，结合本地区干燥、大风、缺水等环境下对混凝土养护提出的要求，以及混凝土终凝前无法洒水养护，现有覆盖措施无法保证养护质量。综合考虑为避免混凝土早期失水过多，降低道床板混凝土早期开裂的风险，优先采用喷涂养护剂的养护方式，能够确保养护质量，且较为经济合理。三种不同养护方式的优缺点对比如表2所示。

表2 养护方式优缺点对比

4 结语

CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板现浇混凝土容易开裂，已成为高速铁路建设和运营过程中经常遇到的问题。针对这一现象，结合新建兰新铁路第二双线LXS-17标在极旱荒漠地区无砟轨道道床板的施工经验，总结了4种常见的道床板混凝土裂缝形式，分析了产生裂缝的主要原因。通过线外试验段选取了适宜于本标段无砟轨道道床板施工的最优混凝土配合比。应加强施工过程控制，如进行二次振捣、混凝土多次抹面并且在养护棚中进行。采取内掺养护材料、外喷养护剂的“内部抗裂、外部防裂”以及土工布覆盖等防裂措施，从而有效避免了道床板混凝土的开裂，提高了无砟轨道道床板施工质量，综合效果良好，可为类似工程施工提供参考。

［1］朱长华，王保江，裘智辉，等．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(5):77-79，81．

［2］楼梁伟，程岩，仲新华，等．无砟轨道混凝土道床板多重防裂措施应用研究［J］．铁道建筑，2013(5):137-140．

［3］刘振民，钱振地，张雷．双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝的分析与防治［J］．铁道建筑，2007(6):99-101．

［4］中华人民共和国铁道部．TZ 211—2005 客运专线铁路轨道工程施工技术指南［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

Measures of crack-prevention of ballastless track bed plate in extremely arid and desert region

LEI Qianming，YU Guangzhi

(The 2nd Engineering Co．，Ltd． of China Railway 17th Bureau Group Corporation，Xi'an Shaanxi 710043，China)

According to the current cast-in-place concrete track bed plate crack situation of CRTSⅠtype double block ballastless track，this paper concluded the four kinds of common concrete track bed plate cracks form combing with the ballastless track bed plate construction of new Lanzhou-Xinjiang railway in the extreme arid desert region．This paper also analyzed the main causes of cracks，determined the optimal concrete mixing ratio of ballast track bed plate construction in the extreme arid desert region through the section test beyond the line．Making the track bed plate in the maintenance shed，doing two time vibration and repeatedly plaster for pouring concrete，adopting crack control measures such as mixing maintenance material inside and spraying curing agent outside named“internal and external anti-crack”，and covering geotextile etc．，could avoid the concrete track bed plate crack and improve the construction quality of the ballastless track bed plate．

Extreme arid desert;CRTSⅠdouble block ballastless track;Track bed plate;Crack control measures

U213.2+44

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．10．26

1003-1995(2014)10-0103-04

2014-06-10;

2014-08-20

雷前明(1987— )，男，甘肃静宁人，助理工程师。

(责任审编 赵其文)