高常亮

中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司

無砟軌道裂縫成因分析及設(shè)計注意事項

高常亮

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以無砟軌道為研究對象，主要以“無砟軌道裂縫類型”、“無砟軌道裂縫問題及采取措施”為主要切入點，分析得出無砟軌道裂縫成因，并對今后無砟軌道的設(shè)計提出一些有價值的意見及建議。

無砟軌道裂縫；裂縫類型；裂縫防治措施

目前，國內(nèi)廣泛采用的無砟軌道均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)荷載、材料特性、溫度變化等因素作用下有可能產(chǎn)生裂縫，嚴重的情況下會影響軌道結(jié)構(gòu)安全，因此設(shè)計人員應(yīng)充分了解混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及需要采取的預(yù)防措施。

一、無砟軌道裂縫類型

1.收縮裂縫：

混凝土凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生收縮，包括塑性收縮、自生收縮和干燥收縮三種。無砟軌道混凝土凝結(jié)時不可避免地受到各種約束作用，出現(xiàn)裂縫。

(1)塑性收縮：指混凝土澆筑后仍處于塑性狀態(tài)時，由于表面水分蒸發(fā)過快而產(chǎn)生的裂縫，多在表面出現(xiàn)，形狀不規(guī)則、長短不一、呈龜裂狀。

(2)自生收縮：水泥熟料在水化反應(yīng)的過程中，反應(yīng)后生成物的平均密度變小而引起體系的體積收縮所致。

(3)干燥收縮：指混凝土硬化后在較長時間內(nèi)由于混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)引起的水泥石干燥收縮。裂縫多在表面很淺的位置，裂縫細微，呈平行狀或網(wǎng)狀。

2.溫度裂縫：

溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因是由溫差造成的。

(1)混凝土水化熱?；炷翝仓跗?，水泥水化過程中產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，水化熱集聚在混凝土內(nèi)部不宜散發(fā)，常使混凝土內(nèi)部溫度上升，而混凝土外表面溫度為室外環(huán)境溫度，就形成了內(nèi)外溫差，這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時就會導(dǎo)致混凝土裂縫。

(2)整體溫度升降差?；炷两Y(jié)構(gòu)在隨季節(jié)性變化和日照的循環(huán)變化下，結(jié)構(gòu)整體發(fā)生均勻的溫度升降變化，從而使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生伸縮。無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)縱向受到很大約束，混凝土結(jié)構(gòu)越長引起的溫度力越大，可導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)貫通裂縫。

(3)溫度梯度?；炷两Y(jié)構(gòu)在太陽照射下，其上表面溫度高，下表面溫度低，由于混凝土的熱傳導(dǎo)性能差使軌道板沿高度方向上存在溫度梯度。溫度梯度會導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生翹曲及表面橫向裂紋。

3.鋼軌伸長引起裂縫

無砟軌道施工時一般先將鋼軌、軌枕精確定位，擰緊扣件，然后再澆筑混凝土。當白天太陽直射外界溫度比較高時，鋼軌的溫度發(fā)生急劇升高，鋼軌伸長，這時由于混凝土處于初凝狀態(tài)，強度趨近于零，若不能及時松開扣件，鋼軌受溫度影響的伸縮將帶動軌枕在新澆混凝土土中移動從而產(chǎn)生裂縫。

4.骨料塑性沉落引起的裂縫

混凝土在澆筑時，由于振動棒和重力作用，骨料下沉。水泥漿上升，這種沉落直到混凝土硬化時方停止。當這種塑性沉落受到模板、鋼筋及預(yù)埋件的抑制(或模板沉陷、移動時)就會出現(xiàn)裂縫。另外在施工中如果模板綁扎不好、模板沉陷、移動時也會出現(xiàn)此類裂縫。

5.新舊混凝土不良結(jié)合裂縫

道床板與雙塊式軌枕的周邊屬于新、舊混凝土的結(jié)合部位，且軌枕表面無附加處理措施，造成新、舊混凝土結(jié)合效果較差，易產(chǎn)生裂縫;在雙塊式軌枕的側(cè)面及角部，常出現(xiàn)由于新舊混凝土黏結(jié)不良而引起的裂縫。運營后隨著列車運營次數(shù)的增加，裂縫還將進一步擴大。

二、不同裂縫的控制措施

1. 道床板表面龜裂

(1)產(chǎn)生原因：表面有泌水，干了之后形成龜裂；塌落度正常，但施工單位為了施工方便，往混凝土中加水，導(dǎo)致實際用水量大于配比值；施工時溫度過高或過低。

(2)處理措施：針對泌水導(dǎo)致的開裂可采取道床板表面有泌水時進行二次抹面，養(yǎng)護時主要采用保水養(yǎng)護的措施，可遮蓋塑料布等，不再灑水的措施；控制水灰比和溫度。

2. 伸縮縫、施工縫、后澆帶等處道床板上拱

(1)產(chǎn)生原因：穩(wěn)定變化導(dǎo)致道床板上拱，尤其是南方地區(qū)白天晚上溫度都很高，混凝土內(nèi)力不能釋放。

(2)處理措施：兩次澆筑施工時間超過24小時，要采取措施。后澆帶混凝土灌注時間待先澆帶裂紋發(fā)展結(jié)束以后再做后澆帶施工。

3. 水害造成道床板底部被掏空

(1)產(chǎn)生原因：伸縮縫處水害影響。

(2)處理措施：南方多水地區(qū)盡量不用單元式。

4. 雙塊式軌枕，軌枕塊周圍離縫

(1)產(chǎn)生原因：軌枕間鋼筋過多，不利于振搗，軌枕間混凝土振搗不到位。

軌枕用了脫模劑，表面光滑，難于與二次澆筑混凝土結(jié)合。

(2)處理措施：軌枕間要加強措施，采用軌枕四周補振措施，確實振搗到位。

5.排架法施工混凝土產(chǎn)生裂紋

(1)產(chǎn)生原因：目前主要采用排架法施工，包括雙排架和單排架，其主要目的是通過高剛度保持軌道施工精度。缺點在于排架剛度過大，混凝土澆筑后排架受力，拆除排架后應(yīng)力轉(zhuǎn)移給混凝土，導(dǎo)致混凝土受力復(fù)雜，產(chǎn)生各種裂紋。

(2)處理措施：用排架法施工關(guān)鍵要通過試驗確定排架釋放時間，即確定混凝土初凝和終凝時間及松開排架的時間。

三、結(jié)語

無砟軌道施工中根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境調(diào)整施工工藝和養(yǎng)護措施，加強現(xiàn)場施工的過程質(zhì)量管理，盡量減少裂縫的產(chǎn)生。對于產(chǎn)生的裂縫應(yīng)根據(jù)成因采取措施及時處理。設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)具體工程地理位置、軌道結(jié)構(gòu)類型、施工方式等內(nèi)容在設(shè)計文件中提出具體施工運營指導(dǎo)意見。

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高常亮(1985—)，女，遼寧營口人，2009年畢業(yè)于北京交通大學(xué)鐵道工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事鐵路勘察設(shè)計工作。