无砟轨道施工裂缝产生原因及控制措施

无砟轨道施工裂缝产生原因及控制措施

刘晓宇，孙国军

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

摘 要：结合无砟轨道施工情况, 首先对无砟轨道裂缝的类型及产生原因进行了浅要分析, 指出温度变化和混凝土的收缩变形、施工工艺控制是产生裂缝的主要原因。最后提出通过优选原材料、优化混凝土配合比、优化施工工艺以及强化养护环节来防止裂缝的产生和发展。

关键词：无砟轨道；双块式；混凝土裂缝；施工工艺；控制措施

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）12-0163-03

一、引言

新建兰新铁路第二双线均采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道，我部管段内共计长25.4km，在施工过程中无砟轨道支撑层、道床板出现部分裂缝。裂缝形成后会降低无砟轨道的耐久性，给线路运营带来安全隐患，本文对无砟轨道结构层裂缝产生的原因进行浅要分析，提出一些控制混凝土裂缝的方法。

二、无砟轨道裂缝形式 1．无砟轨道结构设计状况

（1）桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构

桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道分为底座板和道床板，底座板厚度为17.5cm，采用现浇C40混凝土。道床板标准长度6.5m，板间设置10cm宽伸缩缝，道床板厚度为26cm，混凝土强度等级为C40。

（2）路基CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构

路基CRTSⅠ型双块式无砟轨道分为支撑层和道床板，支承层采用C15低塑性连续浇筑，宽3.4m，厚26.5cm，每隔3.9m 切一横向假缝。道床板采用19.5m单元式道床板结构。板内每隔3.9m 设置一道宽10mm 假缝，两端设置30mm 伸缩缝，道床板宽2.8m，厚26cm，采用C40 混凝土现场浇筑。

（3）隧道CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构

隧道地段道床板厚度为260mm，采用现浇C40 混凝土，隧道内道床板根据隧道长度分为6.5m单元板及连续板。

2．无砟轨道裂缝形式

我项目部无砟轨道裂缝主要存在于支撑层及道床板，出现裂缝的部位有如下特点：

（1）路基支撑层裂缝主要为假缝中间的横向贯通缝（见图1、图2），出现时间为支撑层施工完毕后3～5d，后续不再发展。

3．施工工艺简介

（1）路基无砟轨道支撑层采用滑模摊铺机连续施工，浇筑完成后12h左右切缝，采用土工布+塑料布覆盖养护7d。施工工艺为：测量放线→摊铺机引导线安装→混凝土生产、运输、布料→摊铺作业人工修边→切缝→养护。

（2）道床板施工采用斗送和泵送施工，浇筑时间一般在夜间、凌晨、傍晚进行，施工气温在10～30℃。施工工艺为：测量放线→钢筋绑扎→轨枕布设→轨排安装→粗调→精调→混凝土浇筑、抹面、养护→拆除调节器、放松扣件→拆除模板及轨排框架。

收稿日期：2016-09-18

作者简介：刘晓宇（1983-），男，汉族，中交一航局第二工程有限公司，工程师，从事铁路、公路施工工作。

孙国军（1983-），男，汉族，中交一航局第二工程有限公司，工程师，从事铁路、公路施工工作。

图3 轨枕斜向八字裂缝 图4 轨枕四周离缝

图1 路基支撑层裂缝（1） 图2 路基支撑层裂缝（2） （2）CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板裂缝主要有如下特征：1）双块式轨枕四个角端有斜向45°左右的裂缝（如图3）；2）道床板与轨枕接触面四周的裂缝（如图4）；3）裂缝在初凝结束后3～5h出现；4）裂缝宽度无法测量, 肉眼可见，道床板上未发现贯通裂缝。

164 中 国 水 运 第16卷 三、裂缝产生原因

裂缝产生的原因可分为两类: 一是结构裂缝, 由外部荷载变化引起的, 外部荷载所产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度造成的; 二是材料裂缝, 是由非受力变形变化引起的, 主要是由温度变化产生的应力和混凝土的收缩引起的[1]。目前无砟轨道荷载没有产生变化，故裂缝主要由第二类原因引起的。

1．温度裂缝

温度裂纹主要由温度差引起。 混凝土在浇注硬化过程中会有较大的水化热，且气温低，混凝土的导热性不均匀，导致混凝土外冷内热，温差较大，使内部和外部的热膨胀和收缩程度不同，使得混凝土表面会有一定的拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时就产生了裂纹。

2．混凝土收缩裂缝

混凝土的收缩类型有很多种, 其中引起混凝土开裂的主要有如下两种：

（1）干燥收缩。干燥收缩是指混凝土的硬化，在干燥或高温环境下，混凝土内部的水份散失，使混凝土从外向内发生收缩变形裂缝。

（2）塑性收缩。塑性收缩是指混凝土浇筑后仍处于塑性状态时，由于喷养护剂或者覆盖不及时导致新浇筑的道床板混凝土表面水分散失过快而产生的裂缝, 这类裂缝多表现为龟裂。

3．钢轨的伸长引起裂缝

双块式无砟轨道施工一般是先将轨排、双块式轨枕精确定位并紧固，然后浇注混凝土。而精调时间一般在夜间，温度较低不受阳光直晒时进行，而混凝土浇筑基本都在白天进行, 且青海地区昼夜温差较大，钢轨温度变化也较大，热胀冷缩变形较大，造成新浇筑的混凝土开裂。

4．新旧混凝土不良粘结裂缝

双块式无砟轨道, 由于轨枕是预先制作的, 所以容易出现轨枕与新浇筑道床板混凝土粘结不良而出现裂缝。

四、裂缝控制措施 1．优选原材料

（1）水泥选用早期水化热较低硅酸盐水泥，掺合料为粉煤灰。

（2）细骨料选用级配合理、吸水率低孔隙率小的洁净天然中粗砂。粗骨料选用粒型良好，质地坚固的洁净碎石。选用的粗骨料的粒径为5-10mm，10-20mm二级级配组成。

（3）外加剂应使用相同制造商的产品，以确保质量和稳定性，外加剂和水泥及矿物掺合料之间应具有良好的相容性

2．优化混凝土配合比

优化混凝土配合比是有效防止裂缝的措施之一。 （1）降低胶凝材料用量。降低胶凝材料用量，减少水化热。

（2）掺合料选用一级粉煤灰并且适当增加粉煤灰的用量,但不应高于胶凝材料的30%。

（3）严格控制水胶比及砂率，水胶比不大于0.4，砂率

不大于38%。

（4）混凝土配合比应采取“三低一高”的原则进行设计，将塌落度控制在12～14cm，含气量≧4%。同时应根据现场采用吊斗和泵送两种施工条件分别设计。

3．改进施工工艺 （1）路基支撑层

1）路基支撑层施工前要对基床表层提前喷水足够湿润（见图5），保证新浇筑混凝土的底部水分不过多的被吸收。

图5 路基支撑层洒水湿润 图6 路基支撑层切缝 2）切缝时间要根据施工期间的温度适当调整不能完全按照规范的要求混凝土摊铺完成后的6～12h切割[2]（见图6），根据试验段及现场施工经验总结如下：温度在10～20℃之间时切缝时间在摊铺完成后18h左右，温度在21～30℃之间时切缝时间在摊铺完成后14h左右，温度在31℃以上时，切缝时间在摊铺完成后10h左右切割。切缝时间太早则不成缝（见图7），切缝时间太晚则产生横向贯通缝。

3）及时洒水覆盖养护。摊铺修边完成后用土工布覆盖洒水湿润后塑料布覆盖并用砂袋压住（见图8），在切缝时随揭随切，切缝完毕后立即回复覆盖。

图7 支撑层切缝时间过早成缝图 图8 路基支撑层养护

（2）道床板施工

1）浇筑前对支撑层或混凝土底座以及轨枕表面要采用喷雾器喷洒3遍以上确保充分润湿（见图9）。

图9 路基支撑层及轨枕洒水湿润

2）应尽量避开在太阳辐射较高的时间浇筑, 浇筑尽量安排在夜间进行，如果在白天浇筑必须设置遮阳棚。

第12期 刘晓宇等：无砟轨道施工裂缝产生原因及控制措施 165

3）浇筑方法

采用0.8方的料斗法进行混凝土浇筑时，每斗料必须投放4点以上，并严格按“之”字形浇筑顺序进行均匀布料，混凝土浇筑如图10所示。

图10 道床板混凝土浇筑工艺（“之”字形浇筑） 4）振捣方法

①浇筑现场采用50和30插入式高频率振捣棒，每种型号各2根，同时配备振捣工人不少于6人。振捣时避免捣固棒触碰轨排与支撑架，振点横纵向间距在35～40cm，振捣工人顺着轨道方向前进确保不漏振。

②振捣过程中要着重对轨枕下方及其四周混凝土进行振捣，确保混凝土密实。为减少八字裂纹及轨枕周边离缝，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。

5）混凝土收面

①混凝土边浇筑边用木抹完成粗平，随后再用钢抹抹平（至少2 遍）。在混凝土接近初凝时(约入模3～4h)进行二次抹面压光，压光次数不宜少于3 遍，在进行抹面压光时严禁洒水。

②在抹面压光完成后对钢轨、轨枕和扣件进行清理时，严禁用水清洗。

③每1 h 检查一次混凝土凝结状态和道床板表面及轨枕周边是否有裂缝产生, 发现细小裂缝立即采用钢抹子收面, 避免在混凝土初凝前产生裂缝。

④在初凝即将结束前用抹子拍打双块式轨枕与新混凝土的结合部位。

⑤为了避免混凝土表面水份蒸发造成混凝土表面开裂，无砟轨道道床板收面要在施工棚内进行（见图11）。混凝土浇筑完成后，将施工棚推至浇筑段落进行收面、养护。

图11 道床板养护棚 图12 TKC-1型养护液 6）混凝土养护

①由于线路长、养护时间长采用洒水保湿养护的方法很

难保证效果，故选用能够快速成膜、抑制混凝土中水分散失和不影响结构物外观的外养护剂（见图12）作为养护材料。

②在混凝土最后一次收面完成后，即可喷洒养护剂，养护剂用量为0.3-0.4kg/m2 [2]。（见图13、图14）。

图13 养护液喷洒 图14 养护液涂刷

③在养护剂成膜前不得洒水。养护剂喷涂后应及时覆盖，进行防风和保温养护（见图15、图16）。

图15 道床板养护（1） 图16 道床板养护（2）

7）轨排部件的松动

对于CRTSⅠ型双块式无砟轨道, 当浇筑的混凝土初凝后～终凝前, 混凝土终凝前，拧松扣件、鱼尾夹板，释放轨排温度变化产生的应力。鱼尾板及扣件松动时采用跳解方式进行。

五、结语

避免和消除无砟轨道中裂缝的产生和发展是无砟轨道系统施工过程控制中的重要内容之一。在本文中通过无砟轨道道床板裂缝产生原因的分析, 提出了如下避免和消除混凝土裂缝的措施:

（1）裂缝产生的原因主要是混凝土浇筑初期混凝土内外温差较大和混凝土的收缩。

（2）对于道床板混凝土防止开裂应，提高粉煤灰等级及掺量、降低砂率、优化配合比设计、增加粗骨料的含量以减少混凝土的干燥收缩开裂。

（3）改进混凝土的浇筑及收面工艺是防止开裂的重要措施, 尤其是在混凝土施工过程中的时间控制要严格。

参考文献

[1] 王森荣．无砟轨道裂缝产生原因与整治措施[Z]．武汉：

铁道第四勘察设计院线路处，2007．

[2] 《兰新铁路第二双线无砟轨道施工作业指南》--工管线

路函﹝2013﹞号．