CRTSⅢ型板式无砟轨道底座裂纹施工控制及预防

摘 要：本文依据CRTSⅢ型板式底座混凝土结构，结合济青高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座裂纹产生的特征，分析混凝土56d收缩率和早期水化热对底座混凝土的影响，总结出影响混凝土底座裂纹产生的因素，从混凝土配比、材料选用、浇筑时间段、养护方式比选等方面，进行优化工艺措施來控制CRTSⅢ型板式无砟轨道底座裂纹的产生和发展。

关键词：CRTSⅢ型板式无砟轨道;裂纹;控制;预防

中图分类号：TV331                                文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2022）01-0052-03

1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构型式及常见问题

CRTSⅢ型板式无砟轨道具有维修养护工作量少，使用寿命长，结构耐久性强等特点，长期以来，无砟轨道底座会出现表面裂纹是高速铁路和地铁建设中带有普遍性的现象，虽然表面裂纹宽度均<0.2 mm，深度<2 mm，能满足《铁路混凝土结构耐久性设计规范》的要求，符合验标条件，不影响正常使用。探索钢筋混凝土底座裂纹发展原理、优化现有施工工艺，及时对钢筋混凝土底座裂纹进行针对性的预防和控制，使得钢筋混凝土底座施工质量品质与无砟轨道高平顺性、高耐久性、低维修量的巨大优点相匹配，具有重大现实意义[1]。

2底座裂纹发展原理

通过对正在施工和已投入运营项目的无砟轨道底座裂纹现象进行考察和分析，通过对施工工艺和控制措施集中会诊，收集统计底座相关裂纹信息，系统地总结出CRTSⅢ型板式无砟轨道底座裂纹发展原理，大致可分为两类：一类为混凝土自身特性原因造成，可细分为塑性收缩裂纹、混凝土水化热产生的收缩裂纹、温度梯度裂纹三种。另一类为施工工艺原因造成，可细分为损伤性裂纹、限位凹槽四角八字裂纹两种。现针对各类型裂纹发展原理和成因进行系统分析。

2.1 塑性收缩裂纹

塑性收缩裂纹是指混凝土浇筑完后、在终凝前处于可塑性状态时，因混凝土表面水份蒸发失水引起毛细管压力而产生的表面干缩现象。一般在高风速、低湿度、高气温和高混凝土温度等情况下，水份蒸发很快，表面容易产生塑性收缩形成裂纹，当混凝土用砂或碎石含泥量偏大时也容易产生塑性收缩裂纹。

塑性收缩裂缝发生在混凝土初凝期间持续时间短，形状不规则、长短宽窄不一、呈龟裂状，深度较浅。环境因素是影响塑性收缩裂缝的最主要因素。混凝土中水分蒸发和空气吸收水分的速度越快，塑性收缩裂缝越易产生。

2.2 温度梯度裂纹

温度梯度裂纹在薄板状结构的底座上较常出现，特别是北方地区的昼夜温差大，多发生在混凝土养护期过后龄期20 d以后。由于混凝土表面与空气接触面大，混凝土结构在太阳照射下，其上表面升温较快，芯部升温相对较慢，在热传导性能差的底座混凝土内部形成沿高度方向上的温度梯度应力。反之，夜间降温时，底座混凝土表面散热降温较快，芯部降温相对较慢，也将在热传导性能差的底座混凝土内部形成沿高度方向上的温度梯度应力。

2.3 损伤性裂纹

混凝土凝固初期被扰动，形成损伤性裂纹，此种裂纹多出现在凹槽壁四周顶面或底座顶面转角处，受模板拆除时间过早，未完全初凝时被扰动或桥梁另半幅重车碾压振动作用损伤形成裂纹，这种裂纹缝隙一般较宽，缝宽0.2 mm以上，伴随混凝土凹陷、变形、掉块等情况共同出现。

2.4 限位凹槽四角八字裂纹

限位凹槽四角位置，因其混凝土出现临空面，从力学上分析为引力集中区，在混凝土结构变形量大到一定程度时，易产生八字裂纹。限位凹槽四角八字裂纹往往由于限位凹槽四角处钢筋保护层偏大，凹槽处混凝土捣固不足、未及时灌水养护、抹面遍数不足、抹面时机把握不到位等因素引起四角处混凝土结构抵抗集中应力破坏的能力不足，造成裂纹发展。

3底座裂纹防治对策

根据裂纹成因的调查和发生原理研究，经充分分析，在施工过程中可以通过材料质量控制、配比优化、工艺优化创新等方式，可以消除塑性收缩裂纹和混凝土水化热产生的收缩裂纹;可以强化过程管控和施组的优化来防止损伤性裂纹;也可以通过模板工装的改正和施工工艺及拆模时间的控制来大幅减少凹槽八字形裂纹;也可通过浇筑时间、配比、工艺控制、养护方式、施工组织的调整优化等措施来减少并延迟温度梯度裂纹的发生[2]。

3.1 塑性收缩裂纹

塑性收缩裂纹可以采取加强混凝土原材料控制，适当提高进场原材标准，降低砂石料的含泥量;在保证施工性能前提下采用低坍落度混凝土;选择当天气温较低时的夜间进行混凝土施工;增加抹面次数，混凝土抹面后及时用塑料膜覆盖，降低混凝土表面水分挥发速度， 初凝后再洒水保湿养护。

3.2 混凝土水化热产生的收缩裂纹

水化热产生的收缩裂纹防治应当优化混凝土配合比，在保证混凝土强度前提下，适当降低水泥用量，提高掺合料用量，采用合适外加剂，降低用水量，使用合适的砂率，严格控制混凝土坍落度在160 mm以下，即坚持低胶材用量、低用水量、低坍落度、高含气量;提高粉煤灰等级，采用合适的减水剂和引气剂，尽量降低用水量提高混凝土性能;严格控制施工过程及工艺，严禁对出站后的混凝土随意加水，底座混凝土浇筑时坚持抹面不少于四次，且要把握好抹面时机，不宜太早，抹面不得采用洒水的方式提浆;严格按要求进行覆盖保湿养生，养生时间≥14 d等方式加以防治。

3.3 温度梯度裂纹

温度梯度裂纹防治应该通过优化施工组织，按照无砟轨道作业区段划分的要求进行施工，尽量将无砟轨道板铺设的时间安排在底座浇筑完成后15～30 d内进行;如果不能及时进行轨道板铺设时，在养护期后应继续采取覆盖底座表面，减少太阳光直射，隔断混凝土与环境直接发生热量传递，降低温度递度裂纹产生的可能。

3.4 损伤性裂纹

损伤性裂纹防治一是加强模板安装前的检查，安装前必须打磨干净，脱模剂涂刷均匀，控制好凹槽模拆模时机，尽量待混凝土表干，基本初凝成型，拆模不粘模，拆模后混凝土不变形不塌陷时方可拆除模板，在保证施工便利性情况下尽可能推迟模板拆除时间，摸索最佳拆模时间;二是优化施组，加快桥面系施工，底座施工时尽量在桥面系施工完成后进行施工，减少施工运输重型车辆运输影响;三是优化物流组织，当天底座混凝土浇筑（混凝土罐车上桥时）应根据混凝土供应线路先里后外原则，以避免底座混凝土初凝前，重型罐车来回碾压桥面形成振动，扰动混凝土形成表面裂纹。

3.5 限位凹槽四角八字裂纹

限位凹槽四角八字裂纹防治时首先在上、下层网片间设置两层防裂筋，与钢筋网片采取合理方式进行绑扎固定;然后在限位凹槽四周均匀增设8根U型架立钢筋，在底座混凝土浇筑时人工埋入直筋为2 mm，网格间距为1.5 cm×1.5 cm，大小15 cm×15 cm的高强度钢丝网，埋置在距离凹槽四角模板1.0 cm，距离混凝土表面1.0 cm～1.5 cm的位置。通过改善转角处配筋以增加抗剪能力;布料时通过泵管优先布料或人工铲料等方式在凹槽四角处尽量多布骨料，并加强凹槽转角处捣固，严格抹面次数;凹槽模板需在混凝土基本初凝时才能拆除处理，拆模后还需对凹槽底面、侧面、及顶面转角进行1～2次抹面压光，在终凝后及时进行灌水养护。

4 底座混凝土配合比及性能参数的优化

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座采用C40钢筋混凝土，根据无砟轨道底座具有板薄、面宽、配筋率低等结构特性，混凝土配合比设计直接影响到轨道板底座钢筋混凝土的收缩率和早期水化热数量，进而影响底座力学性能和耐久性，现主要从影响混凝土56 d收缩率和早期水化热方面进行对比分析[3]。

4.1 混凝土收缩率影响因素的分析

根据无砟轨道底座混凝土的特性进行分析，总结出影响混凝土收缩率的因素主要受用水量，水泥，集料，外加剂和掺和料，配筋率及养护环境的影响。

根据混凝土的特性，混凝土在水中时呈微膨胀变形，在空气中干燥时呈收缩变形;因此混凝土的水灰比越大，收缩量将越大;水泥活性越高，颗粒越细，即比表面积越大，收缩越大，故应根据构件厚度选定合适水泥品种，宜选择比表面积在300～350 m2/kg，出厂质量稳定的水泥品种;混凝土内含泥量对混凝土收缩率影响较大，粗细骨料中含泥量越高收缩越大，骨料粒径越小，砂率越高，收缩越大;外加剂添加种类及性能对混凝土的收缩率有较大影响，特别是减水剂和引气剂添加量和性能;掺合料掺加比例不当或掺合料质量不稳定，也会增加收缩率;配筋率越大，收缩率越小，但配筋率过大时混凝土的拉应力也会增加;养护环境湿度越大，收缩越小;越干燥收缩越大;风速越大，收缩越大;早期养护时间越长，收缩越小;早期养护不到位，混凝土收缩越大;养护环境及混凝土温度越高，收缩越大;混凝土暴露面越大，暴露时间越长收缩越大。

4.2 混凝土早期水化热对裂纹产生的影响分析

混凝土水化热与水泥的生产和水化凝结过程有关，由于水泥是石灰石经过高温锻造，吸收大量热能后形成的材料。水泥的水化过程是锻造水泥的逆反应过程，锻造时吸收的热量在水化热过程中要释放出来，致使混凝土温度升高，温度的升高程度和水化反应的剧烈程度有关。

由于物体受热胀冷缩特性，混凝土将会在温度上升时而发生膨胀，即温度越高的芯部膨胀大，温度低的混凝土表面膨胀少，使得混凝土内部和外部分别受到压应力和拉引力影响。当拉应力大于混凝土的抗拉强度时就产生了温度裂纹。

4.3 几种配比混凝土表现效果的對比分析

济青高铁无砟轨道施工期间，通过对相邻几个段落，同一时期采用同一工艺施工的底座进行统计分析，对各段C40混凝土的配合比各参数和现场实际应用效果进行了对比调查，在混凝土56 d龄期后对底座裂纹进行统计分析，形成对比如表1：

通过对比分析发现，在相同工艺条件下，底座混凝土配比水灰比越小，砂率较高，单位用水量越小，塌落度控制越小的底座混凝土出现裂纹的时间越晚，出现裂纹的数量越少，这就是底座混凝土配比优化的方向。

4.4 不同时段浇筑的底座混凝土裂纹分析

为确定混凝土浇筑时间段对底座混凝土裂纹的产生，是否存在联系，课题组组织对3～4月份施工的同一工点，相同配合比施工的底座裂纹情况进行了调查，经过调查统计发现底座混凝土浇筑时间在白天7：00～18：00施工的，28 d龄期时发生裂纹的轨道板占比在13.9%～30.6%之间，在夜间18：00～次日6：00浇筑混凝土的底座，28d龄期时发生裂纹的轨道板占比在0%～11.1%之间。总结分析得出：选择在夜间浇筑底座混凝土，可大幅降低裂纹发生的概率，特别在混凝土初凝时气温为当天较低气温时效果最佳。

4.5 钢筋保护层厚度对底座混凝土裂纹影响程度的调查分析

为了调查钢筋保护层厚度对底座混凝土裂纹影响情况进行调查分析，随机抽取80块产生裂纹底座进行钢筋保护层检测，并按照1.5倍抽取与产生裂纹同一批施工而无裂纹的底座共120块进行钢筋保护层对比分析总结发现：80块有裂纹底座：裂纹附近钢筋保护层厚度范围为40～49.6 mm，平均保护层厚度为44.6 mm;120块同期施工的无裂纹底座：相同部位钢筋保护层厚度范围为39～51.2 mm，平均保护层厚度为45.5 mm。

对比分析发现二者实测数据较分散且相互交错，无明显分界界线，即从对比数据来看底座钢筋保护层厚度，对底座表面裂纹影响程度不明显，可分析认为钢筋保护层厚度不是底座裂纹产生的主要原因。

5结语

通过对CRTSⅢ型板式无砟轨道底座裂纹发展原理及控制措施的研究，掌握了底座裂纹发展原理，制定了切实可行的措施，通过现场工艺的调整，避免了底座裂纹的产生，提高了无砟轨道的实体质量，达到了提升无砟轨道工程耐久性的目的，减少了无砟轨道后期维修保养工作量，创造了良好的经济价值和社会效益。

参考文献

[1] 李昌宁，戴宇.郑徐铁路客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道施工关键技术[J].铁道标准设计，2015（9）：25-28.

[2] 铁建设【2010】241号.高速铁路轨道工程施工技术指南[S].

[3] TB10424-2010.铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].

Construction Control and  Prevention of Cracks in the Base of CRTSⅢ Slab Ballastless Track

SONG Zuodong

（The Second Company of China Railway Fifth Bureau， Hengyang  Hunan  421000）

Abstract： Based on the CRTSⅢ slab base concrete structure， combined with the characteristics of the cracks in the CRTSⅢ slab ballastless track base of the Jinan-Qingdao high-speed railway， this paper analyzes the 56d shrinkage rate of concrete and the influence of early hydration heat on the base concrete， and summarizes the influence of the cracks on the concrete base. From the aspects of concrete ratio， material selection， pouring time period， maintenance method comparison and selection， etc.， optimized technological measures are taken to control the occurrence and development of cracks in the base of CRTSⅢ slab ballastless track.

Keywords： CRTSⅢ slab ballastless track; cracks; control; prevention

收稿日期：2021-12-16

作者簡介：宋作栋（1978—），男，湖南衡阳人，本科，正高级工程师，研究方向：铁道工程。