戈壁滩地区CRTSI型双块式无砟轨道道床板裂纹控制研究

2014-09-22中铁四局集团有限公司安徽合肥230023

安徽建筑 2014年1期

（中铁四局集团有限公司，安徽合肥 230023）

0 前言

兰新铁路第二双线是我国首次在戈壁滩恶劣气候地区采用双块式无砟轨道整体道床结构型式的客运专线，沿线多处于严寒、温差大、风沙大、日照强、干旱缺水等恶劣自然气候条件下，道床板混凝土施工受环境因素影响较大，极易在早期产生裂纹，其中典型常见的裂纹形式有横向贯穿裂纹、轨枕拐角处八字裂纹、轨枕周边离缝、道床板表面收缩裂纹。裂纹可以导致道床板混凝土劣化，降低道床板的使用寿命。

1 道床板混凝土裂纹成因分析

道床板混凝土出现裂纹的成因复杂而繁多，但每条裂纹的产生均有一种或几种主要原因，道床板混凝土裂纹成因大致可划分如下几种。

1.1 混凝土收缩引起的裂纹

道床板混凝土因收缩而引起的裂纹是最常见的，也是造成道床板体积变形或开裂的主要原因，包括塑性收缩和干燥（失水）收缩。

1.1.1 塑性收缩引起的裂纹

塑性收缩是指混凝土未凝结硬化前，还处于塑性状态时发生的收缩。塑性收缩产生的原因主要是失水，即由于水分从混凝土表面蒸发损失，导致的混凝土体积收缩。这类裂纹多在表面出现，形状不规则，一般呈龟裂状，深度一般不超过50mm。

道床板混凝土浇注完3h～4h后，在酷热或大风天气下道床板若没有覆盖，混凝土表面水分就会蒸发过快，或者是被底座板（支承层）、模板吸水过快，加上道床板混凝土内部水化热过高，就会造成混凝土产生急剧收缩，但此时混凝土还没凝结，强度趋近于零，不能抵抗收缩变形应力而导致裂纹出现。

图1 道床板混凝土养护图

图2 遮阳防风棚

1.1.2 干燥收缩引起的裂纹

干燥收缩是混凝土养护不及时或在养护停止后，混凝土在不饱和空气中失去内部毛细孔水、凝胶水和吸附水而发生的体积缩小，是一种不可逆收缩，在采用泵送工艺施工的大坍落度道床板混凝土中尤其明显。

1.2 温度变化引起的裂纹

温度变化也是造成道床板混凝土裂纹的主要原因。道床板混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境温度或道床板内部温度变化过快时，混凝土就会产生变形，变形受到限制时就会在道床板内产生应力，当产生的应力超过混凝土表面（温度收缩裂缝）的抗拉强度时，就会产生温度裂纹。规范规定：混凝土入模温度不能大于30℃，混凝土表面温度与养生水温度相差不得大于15℃，精调温度与混凝土浇筑温度相差不大于15℃，混凝土内部与表面温度相差不大于20℃，否则会造成混凝土表面产生裂纹。

在兰新铁路第二双线沿线戈壁滩地区，炎热的夏季在一个日照的循环下，道床板混凝土昼夜温差可以达到25℃，一年气温温差达82℃，因环境温度差异引起的道床板裂纹在兰新二线铁路中尤其突出。

1.3 混凝土骨料塑性沉落引起的裂纹

道床板混凝土在浇注时，在振动棒和重力的作用，骨料下沉，水泥浆上升，骨料沉落直到混凝土硬化时方停止。当这种塑性沉落受到模板、钢筋限制时道床板就会出现裂纹。这种裂纹大多出现在混凝土浇注后0.5h～3h之间，混凝土尚处在塑性状态，尤其是当混凝土坍落度过大时就会较明显，因此要控制好混凝土坍落度。

1.4 冻胀引起的裂纹

当大气温度低于0℃时，吸水饱和的道床板混凝土就会冰冻，产生膨胀应力，若混凝土中骨料空隙多、混凝土水灰比偏大、振捣不密实、养护不及时，道床板就可能会因冻胀出现裂纹。

1.5 工具轨热胀伸长引起的裂纹

戈壁滩白天太阳直射，工具轨的温度急剧升高，工具轨就会伸长，如果此时不及时解除工具轨约束，松开扣件，工具轨的变形就会在混凝土内部产生很大的应力，当道床板混凝土处于初凝状态，道床板不能抵抗这种变形就会开裂，因此道床混凝土浇筑通常选择在温度相对比较低的夜间来施工。

1.6 混凝土材料、强度不均匀引起的裂纹

当混凝土拌合质量控制不严格、泵送混凝土坍落度过大、混凝土过振、抹面洒水，就会造成道床板混凝土内部骨料分布不均匀、强度分布不均匀，从而导致道床板变形差异，引发混凝土裂纹出现。

2 道床板裂纹防治技术措施与施工工艺

2.1 改善道床板混凝土性能

应根据道床板的结构特点、现场施工条件以及环境条件所要求的性能和“三低一高”（即低胶材、低用水量、低坍落度、高含气量）的原则配制道床板混凝土，配制要点包括胶凝材料用量不宜大于380 kg/m3，用水量不宜大于150 kg/m3，泵送时混凝土坍落度不应大于140mm（斗送时不应大于120mm），单位体积浆体的量不宜大于0.30m3。在戈壁百里风区或非常干旱地区还应掺入内养护材料，提高混凝土内部湿度，促进胶凝材料后期水化，以便提高道床板混凝土抗裂性能。

在施工过程中还应对道床板混凝土施工配合比及时进行调整，在保证水灰比不变的条件下，采取尽可能低的坍落度，避免道床板混凝土凝固过程中出现较大的干缩；采用加大砂率、加大引气量等方式来增加混凝土的和易性，并进一步降低道床板混凝土弹性模量；适当加大混凝土的粘聚性，控制混凝土表面的泛浆厚度，从而达到抑制道床板混凝土沉降收缩的发生。

2.2 注重底座板（支撑层）及轨枕润湿

在道床板混凝土浇筑前，要用喷雾器对混凝土底座板（支承层）和轨枕进行湿润，使其处于吸水饱和状态。在浇筑前10min左右，再次洒水充分湿润，确保道床板混凝土浇筑时处于湿润状态。在水资源特别匮乏地段，可在喷雾水中掺加羟丙基甲基纤维素（抗失水剂），以保证道床板混凝土基面湿润状态的保持时间，可有效避免道床板混凝土早期失水收缩。

2.3 加强道床板混凝土浇筑及振捣质量控制

混凝土振捣工艺应通过试验验证效果，振捣要均匀、适量，不得过振，避免混凝土表面的泛浆厚度过大。要加强对轨枕底部及其周围混凝土的振捣，确保此处混凝土振捣密实。为减少轨枕拐角八字裂纹及轨枕块周边离缝，宜采用二次振捣工艺，第一次采用2个φ50插入式振捣棒，在轨枕之间振捣，将混凝土捣固密实，第二次采用2个φ30振捣棒振捣轨枕四周和道床板两侧混凝土，确保轨枕下及周边混凝土密实，同时排除气泡、水泡。混凝土浇筑过程中严禁用振捣棒在混凝土表面进行平行拖拉，导致表面出现大面积浮浆。

道床板混凝土与支承层施工尽量间隔较长的时间，在支承层充分开裂变形后再施工道床板混凝土，可减少反射裂缝的发生。道床板混凝土应尽量选择在气温相对较低的夜间浇筑,白天若浇筑混凝土，阳光直射后工具轨温度上升很快，极易拉裂混凝土，如在白天施工，要对工具轨采取遮阳措施。

2.4 混凝土抹面、收光要细致

道床板混凝土浇筑完毕后，至少要进行5遍抹面收光，可减少裂纹的出现。混凝土入模30min后，第一次用木抹子完成粗平抹面，用喷雾器均匀喷雾状抑制剂，然后静置约40min；第二次用木抹子用力挤压轨枕档肩四周及模板边缘混凝土，并适当补充抑制剂，然后静置约30min；当混凝土逐渐开始硬化时，进行第三次抹面，用铁抹子逐段压光成型；在混凝土初凝前（浇筑完约2h后）用铁抹子进行第四次抹面收光；在混凝土初凝后进行第五次抹面，用铁抹子最后收光，抹平早期出现的微小裂纹。

抹面时要特别注意轨枕档肩四周、支撑螺杆四周、伸缩缝等位置，做到面面俱到，不留死角，抹面过程中要反复揉搓、压平、拍打、收光。

2.5 要准确掌握松开工具轨约束扣件、支撑螺杆的时机

松开工具轨约束扣件的时间不宜太早也不宜太迟，扣件用扳手全部松开后，人工用手再拧紧。混凝土基本失去流动性后要及时放松支撑螺杆1/4圈，初次松开约束具体时间以手指压按混凝土面不粘手、无压痕（喷抑制剂后手感可能会不准）时为准，或用3kg铅球轻置混凝土表面1min，压痕直径≤3cm为准。在混凝土初凝后、终凝前期间松开工具轨连接件，拆除支撑螺杆。工具轨扣件全部松开后可释放轨道在施工过程中因温度和徐变引起的变形，让新浇混凝土处于自由状态，减少轨枕拐角处混凝土八字裂纹,避免钢轨伸缩造成道床板开裂。

2.6 精心养护道床板混凝土

应将道床板混凝土养护作为关键工序进行质量控制，若不及时养护或养护不到位，就会造成道床板混凝土表面失水而干裂。针对戈壁滩地区大风、干旱、昼夜温差大、水资源匮乏的环境特点，可采用养护膜（剂）+棉被+塑料薄膜（土工布）+蓬布的养护方式，见图1。

道床板混凝土第一次抹面完成后，应立即用棉被遮盖，待混凝土经过1d～2d的洒水养护，混凝土强度达到80%以上，表面无积水后，再喷洒养护液成膜进行封闭养护。养护剂采用滚涂方式，要喷两遍，每遍互相搭接，厚薄一致，不得出现漏喷、透底等现象，在成膜前严禁与水接触，避免影响成膜质量。喷涂养护剂时要逐段揭开棉被，养护剂结膜后应及时覆盖防晒篷布，要完整覆盖整个道床板混凝土。要适当洒水保湿养生，并随时补水，使养护棉充分湿透，以保证在养护期内混凝土表面始终处于湿润状态。在夏季要不少于28d保湿养护，冬季当气温低于5℃时不应洒水养生。

在夏季高温施工期间，混凝土浇筑完毕至终凝期间，在道床板混凝土上方架设遮阳防风棚，避免阳光直射道床板混凝土，保证混凝土灌注前后环境温度变化不大。道床板混凝土抹面、涂刷养护剂、覆盖均在遮阳防风棚内完成。遮阳防风棚见图2。

在非常干旱缺水或6级以上大风的戈壁滩地区，可采用节水保温养护膜方式进行养护。节水保温养护膜能够让道床板混凝土在塑性阶段保水，在硬化阶段内部持续自然补水，具有保温隔热效果，增加混凝土表层的密实度，从而提高道床板混凝土的耐久性。道床板混凝土摊铺完成30～40min后，若表面没有明水时顺线路方向盖上节水保温养护膜，上面再用帆布全封闭覆盖。

3 道床板裂纹修复及整治

针对道床板不同部位出现的不同类型的道床板裂纹，要认真研究、区别对待，选择合理、有效的方法进行修补处理。道床板裂纹修补应严格按照《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》规定的双块式无砟轨道道床伤损等级进行修复，在修补处理前应进行工艺性试验，验证修补效果。

0.2 mm～0.3 mm宽的道床板裂纹采用表面封闭处理，宜选用聚合物水泥基涂层材料进行封闭；0.3mm～0.5 mm宽的道床板裂纹采用弹性或柔性材料进行注浆处理，处理材料应具有较强的抗紫外线、抗老化性能；宽度大于0.5mm裂缝,可采用树脂浇注法或柔性材料注浆法，要确保粘结效果好、耐久性好，修补后的表观颜色应与原混凝土基面基本一致。对于在轨枕界面处出现的大于0.2mm裂纹，应采用“低压注浆法”用树脂材料进行修复。宽度小于0.2mm道床板裂纹一般不做处理，但在降雨量较大的地区，小于0.2mm的裂纹也要表面封闭处理。

道床板出现裂缝后,应对裂缝的发展情况进行观测，原则上在裂缝发展基本稳定后再进行修补，修补作业环境温度控制在5℃～25℃内为宜，雨雪天不得施工，要根据不同气温情况，分区段选择修补时机。