双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝的原因分析与防治措施

在已建成的遂渝线无砟轨道试验段中共铺设国产化双块式轨枕13641块,其中TB1型双块式10236块,TB2型双块式3085块,TB3型双块式320块,累计铺设里程为8.525km(含襄渝线部分),为我国首次铺设的长区段双块式无砟轨道,积累了设计和施工经验。

施工中现浇混凝土道床板出现了裂缝,无砟轨道轨枕产生的裂缝使道床板中的钢筋锈蚀,锈蚀钢筋挤胀混凝土,又使裂缝更具扩展趋势,绝缘节点的绝缘卡子将逐渐失效,绝缘性能逐步下降,裂缝渗水加速基础下沉加大基础沉降值,降低道床耐久性和道床承载力,影响行车安全;增加工务部门维修工作量。因此分析双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝病害发生的机理,在设计和施工中预防裂缝的产生,提高双块式无砟轨道施工质量。

1.常见裂缝的形式及分类

无砟轨道现浇混凝土道床板在施工后产生的裂缝形式见图1。

图1 双块式轨道道床板裂缝示意图

双块式轨道道床板混凝土裂缝在德国高速铁路和台湾高速铁路的轨道中都有出现,而且运营后在长期荷载和自然因素的双重作用下会逐渐发展,使裂缝延伸和加宽。根据裂缝状态分析,双块式轨道道床板混凝土裂缝主要可以分为:①塑性收缩裂缝和干缩裂缝,②温度裂缝,③结构应力集中裂缝。

2.常见裂缝危害及成因

双块式无砟轨道基本断面形式见图2。断面的基本结构为基床表层(级配碎石)+混凝土支撑层(C20混凝土)+道床板混凝土(C40混凝土)+双块式轨枕、钢筋桁架+扣件和钢轨。

图2 双块式无砟轨道基本断面形式

2.1.双块式无砟轨道板裂缝成因分析

1)混凝土材料的不均匀导致裂缝产生。混凝土不均匀性主要包括水灰比的分布不均匀,骨料分布不均匀,混凝土凝结强度不均匀,使轨道板产生裂缝。

2)结构设计因素。双块式预制枕的周边是新旧混凝土的结合部位,施工时未进行凿毛处理,使得其粘结结合的效果较差,在轨枕折角处容易出现混凝土不同方向的收缩,在混凝土硬化后还会在其折角处产生应力集中,在混凝土收缩受拉的状态下加剧裂缝发展,并随着时间的推移而延长和加宽。

3)混凝土施工温度。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,其大部分水化热是在3d内释放,夏季施工如没有有效的降温措施可使混凝土内部温升达到65℃~70℃左右,甚至更高,大量的水化热会导致内部温度快速上升,混凝土表面散热较快,这样就形成较大的内外温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过硬化过程中混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生,裂缝多平行于短边,沿着长边分段出现。

4)混凝土干缩。干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右,甚至更长时间,水泥浆中水分的蒸发会产生干缩,且这种收缩是一个不可逆的过程。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土中水泥浆内外水分蒸发程度不同而导致体积变化不同的结果,混凝土表面水分损失快,变形较大,内部湿度变化较小,变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力而产生裂缝。

相对湿度越低,水泥浆体干缩越大,干缩裂缝越易产生。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量等有关。

5)塑性收缩裂缝。这种裂缝一般为水泥用量大,养护不及时或未进行二次混凝土收浆抹面,混凝土表层水泥砂浆不均匀收缩所导致裂缝产生,短期裂缝较浅,危害不大,但长期在动载的作用下会扩展。

2.2.对策与预防措施

由于道床板混凝土裂缝的产生同时受到多种因素的影响,其质量的控制也应根据气候、施工条件等实行综合控制,严格选择混凝土骨料的含泥量,对水泥的细度要求不易过高。搞好基层质量控制,防止路基不均匀沉降,主要是控制好基层的平整度和密实度。

混凝土施工质量的控制非常重要,生产中应严格控制配比中粗、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,施工中不得发生离析现象,防止现场混凝土坍落度与配合比不匹配。遂渝线使用的配合比经过调整(见表1~表3),其裂缝的数量也不断减少,中后期施工的每5m设有伸缩缝的双块式无砟轨道区段中基本上消除了道床板的裂缝现象。

表1  施工初期采用的商品混凝土配合比

注: 混凝土强度等级C40; 重庆富皇水泥42.5; 混合砂和粗骨料5~20 mm; 坍落度180~ 220 mm。

表2  施工中期采用的改进配合比

注: 混凝土强度等级C40; 重庆富皇水泥42.5; 混合砂和粗骨料5~20 mm; 坍落度180~ 220 mm。

表3 施工后期采用的专家建议配合比

注: 混凝土强度等级C40; 重庆富皇水泥42.5; 混合砂和粗骨料5~20 mm; 坍落度180~ 220 mm。

混凝土支撑层选择适宜的切缝时间实施切缝,防止产生的无规则裂缝引起上部道床板混凝土开裂。同时为了防止支撑层施工中的无规则收缩裂缝,一般以支撑层混凝土终凝后或抗压强度达到2~3MPa为实施的切缝时间,道床板混凝土的伸缩缝应与混凝土支撑层的伸缩缝设置在同一断面处,其间距以5~6m为宜,且应将支撑层混凝土在施工完成后放置2~3个月的时间再进行道床板混凝土的施工,效果较明显。

混凝土的养护是通过采取措施对新浇筑的混凝土加强养护,采取适当的覆盖,及时洒水,使混凝土表面呈湿润状态;采用新型的养护剂进行保水养护,并避免夏日强光直射。

2.3.施工中的注意事项

根据遂渝线无砟轨道试验段双块式轨道的施工经验,除了上述的防止裂缝的措施外,还应该注意以下几个问题:

①水泥的选择应使C₃A含量越小越好,建议不采用标号带R的水泥。

②在满足泵送要求的情况下,混凝土坍落度越小越好。

③可采用Ⅰ级粉煤灰,减少水泥用量和促进减水作用,不宜掺加膨胀剂。

④商品混凝土搅拌质量难以掌握和控制,因此不宜采用。

⑤优化结构设计(轨枕外形设计和道床板钢筋配置设计),合理设置伸缩缝间距。

⑥夏季施工应严格控制混凝土入模温度,钢筋和模板的温度也应引起关注,并采取相应措施降低其温度。

⑦混凝土浇筑后的养护要及时,二次抹面要跟上,如混凝土坍落度较大应进行三次抹面,表面的覆盖材料应能长时间饱水。

⑧现浇混凝土与双块式轨枕结合部表面使用混凝土界面剂,加强界面粘结强度,减少界面裂缝。图3为遂渝线中后期施工的双块式无砟轨道。

图3 遂渝线中后期施工的双块式无砟轨道

3.结语

无砟轨道施工中要把好进料关,改进混凝土搅拌质量,根据现场环境调整施工工艺和养护措施,加强现场施工的质量管理,尽量减少裂缝的产生,另外,对于产生的裂缝应根据成因采取措施及时处理。

文章来源：

原文名称:双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝的分析与防治

作者信息：刘振民, 钱振地, 张雷( 中铁二十三局, 成都 610081)

文章出处：铁道建筑（2007 年第6 期）文章编号: 1003-1995( 2007) 06-0099-03