徐娟娟

寒冷地區(qū)高速鐵路路基上無(wú)砟軌道伸縮縫防滲水優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐娟娟

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)路基段板式無(wú)砟軌道伸縮縫封閉不嚴(yán)及裂縫過(guò)大引起的滲水問(wèn)題,通過(guò)對(duì)不同密封材料的對(duì)比,提出了采用新型聚氨酯密封膠的封堵方案,并介紹伸縮縫整修的施工工藝。實(shí)踐證明,使用聚氨酯密封膠對(duì)無(wú)砟軌道伸縮縫進(jìn)行整修,施工操作簡(jiǎn)便,防水效果較好。

無(wú)砟軌道;伸縮縫;防滲水設(shè)計(jì);聚氨酯密封膠

高速鐵路運(yùn)行速度高,無(wú)砟軌道對(duì)路基工后沉降要求非常嚴(yán)格,允許的工后沉降不大于15mm,差異沉降不大于5mm。特別是高寒地區(qū),路基凍脹可能會(huì)使路基產(chǎn)生不均勻變形,從而破壞軌道的平順性,影響乘車(chē)舒適性,嚴(yán)重的甚至?xí)＜靶熊?chē)安全。因此,必須重視路基的防凍脹設(shè)計(jì)。除了加強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),嚴(yán)格控制路基填料細(xì)顆粒的含量和壓實(shí)質(zhì)量,加強(qiáng)路基防、排水工程設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量監(jiān)控外,做好無(wú)砟軌道伸縮縫處防滲水設(shè)計(jì)及施工也是十分必要的。本文以板式無(wú)砟軌道為例,介紹無(wú)砟軌道伸縮縫優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 無(wú)砟軌道伸縮縫處原設(shè)計(jì)方案及存在的問(wèn)題

1.1 底座伸縮縫設(shè)計(jì)

路基地段CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道由60 kg/m鋼軌、WJ- 7B型扣件、預(yù)制軌道板、水泥乳化瀝青砂漿、混凝土凸形擋臺(tái)及混凝土底座等部分組成。通常每2～3塊軌道板長(zhǎng)度底座設(shè)置1道寬20mm伸縮縫,伸縮縫對(duì)應(yīng)凸形擋臺(tái)中心并繞過(guò)凸形擋臺(tái),伸縮縫下部采用聚乙烯發(fā)泡板填充,上部50 mm范圍采用改性瀝青軟膏封閉,伸縮縫平、立面布置見(jiàn)圖1。

1.2 線(xiàn)間及兩側(cè)混凝土封閉層伸縮縫設(shè)計(jì)

為防止線(xiàn)間兩側(cè)及混凝土封閉層開(kāi)裂,混凝土封閉層沿線(xiàn)路縱向每3m設(shè)一道寬12 mm的橫向縫,上部50mm采用熱融改性瀝青灌注;混凝土封閉層與無(wú)砟軌道底座間設(shè)置寬12 mm的縱向伸縮縫,縱縫上部50mm采用熱融改性瀝青軟膏灌注,下部采用聚乙烯泡沫板填充。封閉層縱向及橫向伸縮縫結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 伸縮縫平、立面(單位:mm)

圖2 混凝土封閉層縱向及橫向伸縮縫示意(單位:mm)

1.3 存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)路基地段無(wú)砟軌道排水系統(tǒng)、路基面混凝土封閉層及無(wú)砟軌道伸縮縫等相關(guān)部位無(wú)砟軌道路基面防排水情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)路基地段個(gè)別伸縮縫存在以下問(wèn)題:

(1)線(xiàn)路兩側(cè)封閉層有橫向裂縫產(chǎn)生,裂縫寬度0.5～1mm;

(2)底座和兩側(cè)封閉層之間縱向有離縫產(chǎn)生,離縫寬度在1～2 mm;

(3)底座由于冬天溫度低會(huì)產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象,底座之間的伸縮縫變寬,填充的瀝青軟膏封閉層產(chǎn)生裂縫,裂縫寬度0.5～2mm。

裂縫過(guò)大,當(dāng)?shù)乇矸e水時(shí),將會(huì)通過(guò)縫隙滲入路基基床。

2 原因分析及解決方案

2.1 原因分析

嚴(yán)寒地區(qū)極端最低氣溫低,路基對(duì)地表水較敏感,伸縮縫封面材料的防水要求較高,根據(jù)《建筑防水瀝青嵌縫油膏》相關(guān)技術(shù)指標(biāo),目前國(guó)內(nèi)采用的瀝青封面材料性能指標(biāo),低溫柔性的試驗(yàn)溫度通常為-20℃,對(duì)粘結(jié)拉伸強(qiáng)度無(wú)要求,由于粘結(jié)拉伸強(qiáng)度較小,低溫季節(jié)伸縮縫混凝土基面伸縮量較大,伸縮縫上部嵌縫材料首先與混凝土界面脫離并產(chǎn)生縫隙,地表水容易進(jìn)入伸縮縫。

2.2 解決方案

采用能夠適應(yīng)極端最低氣溫低、斷裂伸長(zhǎng)率較高的伸縮縫密封材料對(duì)伸縮縫表面進(jìn)行密封。

3 伸縮縫防滲水優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 伸縮縫材料選擇

伸縮縫常用的密封材料有聚氨酯密封膠、MS密封膠、聚硫密封膠、改性瀝青密封膠4種[6],其性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 幾種常見(jiàn)的伸縮縫用密封膠性能對(duì)比

如表1所示,與聚硫密封膠、MS密封膠、改性瀝青密封膠相比,聚氨酯密封膠具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)新舊膠相容性好,易維修;(2)施工方便;(3)對(duì)基材無(wú)污染; (4)價(jià)格適中。因此,選擇聚氨酯密封膠作為伸縮縫嵌縫材料。

為了滿(mǎn)足路基面較高的防水要求,適應(yīng)極端最低氣溫低、溫差大等特殊條件,設(shè)計(jì)采用新型聚氨酯密封膠,根據(jù)研究試驗(yàn),該嵌縫膠的斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)到800%。

3.2 設(shè)計(jì)原則

(1)伸縮縫寬度變化值與密封膠位移量

影響伸縮縫寬度變化值的主要因素包括:熱位移、潮濕膨脹位移、荷載作用位移等。其中熱位移是最主要影響因素,所以計(jì)算伸縮縫寬度變化值時(shí)可以只考慮熱位移,可使用下列公式計(jì)算

式中,L是伸縮縫間距;αX是混凝土的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù);ΔTX表示預(yù)期溫差。

伸縮縫密封所選密封膠的位移量必須大于等于對(duì)應(yīng)接縫寬度變化值與寬度的比值。經(jīng)計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,底座伸縮縫變化約為3～5 mm。

(2)形狀系數(shù)

接縫設(shè)計(jì)除了接縫尺寸大小外,密封材料灌注于接縫內(nèi)的形狀、大小也影響到密封效果。厚度小的密封膠比厚度大的密封膠更有彈性,作用于膠體上之應(yīng)力也較低。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn),密封層的寬深比宜為1∶0.5～1∶0.7,厚度最少不應(yīng)小于6 mm,最多不宜大過(guò)15 mm。本次封堵整修設(shè)計(jì)嵌縫材料寬深比取1∶0.7。

(3)密封方式

接縫密封設(shè)計(jì)方式推薦采用嵌縫密封,過(guò)橋密封應(yīng)慎重采用。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

(1)混凝土封閉層伸縮縫

對(duì)于無(wú)砟軌道底座與軌道之間及兩側(cè)混凝土封閉層縱向及橫向伸縮縫,清理原伸縮縫內(nèi)雜物,清理范圍為12mm×20 mm(寬度×深度),新設(shè)縱向及橫向縫在混凝土封閉層上部采用厚度為8 mm的新型聚氨酯密封膠封閉,下部采用直徑不小于12 mm的圓柱形聚乙烯泡沫板作為背襯材料,如圖3所示。

圖3 封閉層縱橫向伸縮縫封堵(單位:mm)

(2)底座伸縮縫

對(duì)于底座間伸縮縫,清理伸縮縫內(nèi)雜物,清理范圍為20mm×35 mm(寬度×深度),新設(shè)伸縮縫在底座上部采用厚度為15mm的新型聚氨酯密封膠封閉,下部采用直徑不小于20mm的圓柱形聚乙烯泡沫板作為背襯材料,如圖4所示。

圖4 底座伸縮縫封堵(單位:mm)

3.4 施工工藝

(1)清縫

首先用機(jī)械或工具清除原接縫中的失效瀝青,再用水泥混凝上切縫機(jī)將原縫清切2遍,在切縫過(guò)程中,切縫機(jī)一定要把握平穩(wěn)、走直、均勻前進(jìn)。然后用鐵鉤消除縫內(nèi)殘留廢渣,再用空壓機(jī)將縫內(nèi)灰塵、雜物清除干凈。

(2)安裝背襯材料

接縫清潔完成后,應(yīng)盡快安裝背襯材料。安裝過(guò)程可用木制專(zhuān)用工具,保證背襯材料嵌填至設(shè)計(jì)規(guī)定的深度。

背襯帶的作用有2個(gè):一是控制灌縫深度,使密封膠在縫內(nèi)均勻一致,不漏膠,保證灌縫質(zhì)量;二是使密封膠同底部不粘接,確保材料的延伸率。

(3)配料

聚氨酯密封膠為雙組份膠,使用前需將2組份膠料按比例混合均勻。攪拌時(shí)先將乙組份材料攪拌均勻,然后按已試驗(yàn)好的配合比進(jìn)行攪拌。配料完成后,應(yīng)立即移至灌縫機(jī)內(nèi)進(jìn)行填縫。

(4)填縫

填縫是施工的重要環(huán)節(jié),要嚴(yán)格把握。首先將嵌縫槍裝上槍頭后,對(duì)縫注入聚氨酯嵌縫膠;在注入過(guò)程中掌握好槍的板手用力和槍頭移動(dòng)速度,防止膠液流出縫外;打膠完成后,應(yīng)檢視接縫填縫情況,以確保膠無(wú)起泡、隆起等現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)有不當(dāng)之情形,應(yīng)立即處理。

4 結(jié)論

針對(duì)高寒地區(qū)路基無(wú)砟軌道伸縮縫封閉效果不好及裂縫過(guò)大導(dǎo)致滲水的問(wèn)題,提出了采用新型聚氨酯密封膠替代瀝青軟膏的伸縮縫整修方案。實(shí)踐證明,使用聚氨酯密封膠,對(duì)伸縮縫裂縫進(jìn)行維修,施工操作簡(jiǎn)便,防水效果較好。

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Optim um Design for Expansion Joint Anti-seepage Slab Ballastless Track on Subgrade of Firgid District High-speed Railway

XU Juan-juan
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

There are seepage problems at expansion joints of slab blasstless track in severe cold area, because the expansion jointswere not tightly closed or the crack was too large.Based on the comparison among different sealing materials,the sealing scheme using new polyurethane sealant was put forward, and the construction technology of the expansion joint repair was introduced.It has been found that the use of polyurethane sealant for expansion joints repair is a method with simple construction and good waterproofing effect.

ballastless track;expansion joints;anti-seepage design;polyurethane sealant

U238;U213.2+44

A

1004- 2954(2013)07- 0019- 03

2012- 11- 30;

2013- 03- 07

徐娟娟(1981—),女,工程師,2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)道路與鐵路工程專(zhuān)業(yè),E-mail:xjj8119@163.com。