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        干旱區(qū)CRTS Ⅰ型雙塊式無砟軌道道床板裂縫成因及防治措施

        2018-11-01 10:17:04
        鐵道建筑 2018年10期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        韓 赟

        (蘭新鐵路甘青有限公司,甘肅 蘭州 730000)

        CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道以其平穩(wěn)性好、可適應(yīng)不同地質(zhì)條件、施工方法簡單、后期維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn),在高速鐵路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。但CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板混凝土是現(xiàn)澆形式,施工質(zhì)量容易受結(jié)構(gòu)形式、環(huán)境因素、混凝土性能、施工裝備及管理水平等因素的影響,尤其是道床板裂縫問題一直難以克服,嚴(yán)重的可能導(dǎo)致道床板表面積水滲入內(nèi)部,造成鋼筋銹蝕、混凝土凍脹等,影響道床板壽命,為后期運(yùn)營安全留下隱患[1-2]。加強(qiáng)CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板裂縫成因研究,有針對(duì)性地采取應(yīng)對(duì)措施,才能確保無砟軌道的質(zhì)量。

        1 道床板裂縫的主要形式及原因分析

        1.1 軌枕四角處八字裂縫

        在軌枕的4個(gè)角上形成沿 45°方向向外延伸的裂縫,嚴(yán)重的在兩軌枕之間貫通,形成貫通裂縫。因?yàn)?條相鄰的裂縫組成1個(gè)八字,故稱八字裂縫(見圖1)。主要原因:①軌枕預(yù)制時(shí)收縮已全部完成,澆筑道床板后,軌枕與接觸面混凝土收縮不同步,混凝土收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力,集中沿大致平分軌枕角方向向外延伸,從而導(dǎo)致混凝土沿此方向開裂,形成八字裂縫[3];②混凝土初凝后,沒有及時(shí)松解工具軌。工具軌受外界溫度影響熱脹冷縮,帶動(dòng)軌枕,導(dǎo)致道床板混凝土在軌枕四角處產(chǎn)生八字裂縫。

        圖1 八字裂縫

        1.2 軌枕周圍環(huán)向裂縫

        道床板沿軌枕四周剝離產(chǎn)生環(huán)向裂縫(見圖2)。主要原因:①軌枕在道床板混凝土澆筑前沒有充分潤濕、表面不清潔或較光滑,混凝土與軌枕界面結(jié)合差,混凝土澆筑后因軌枕吸收了周圍混凝土的水分產(chǎn)生收縮,從而沿軌枕周圍剝離開裂;②軌排框架拆除前,由軌排框架內(nèi)的溫度應(yīng)力推動(dòng)軌枕發(fā)生縱向位移,從而在軌枕與道床板混凝土之間產(chǎn)生環(huán)向剝離開裂。

        圖2 軌枕周圍環(huán)向離縫

        1.3 道床板邊緣“7”字裂縫

        在道床板兩側(cè)平面與立面交角部位產(chǎn)生水平及豎向相連接的裂縫,形狀如數(shù)字7(見圖3)。主要原因:①道床板兩側(cè)交角部位暴露在空氣中的表面積較大,在混凝土澆筑完畢、模板拆除后不能及時(shí)養(yǎng)護(hù),導(dǎo)致混凝土快速失去水分而產(chǎn)生干縮裂縫;②道床板兩側(cè)交角部位鋼筋保護(hù)層厚度過大導(dǎo)致混凝土抗拉強(qiáng)度不足以抵抗混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力,從而產(chǎn)生裂縫。

        圖3 “7”字裂縫

        1.4 道床板橫向“1”字裂縫

        沿道床板表面形成1條橫向貫通裂縫,垂直于線路方向,見圖4。主要原因:①支承層預(yù)裂縫向上影響至道床板,從而帶動(dòng)道床板產(chǎn)生裂縫[4];②地基局部沉降不均勻或沉降較大時(shí),道床板底座板受力不均勻,在自身荷載及外部荷載作用下產(chǎn)生裂縫;③道床板縱向長度較長,約束強(qiáng)、混凝土收縮變形大,所產(chǎn)生的拉應(yīng)力勢必要進(jìn)行釋放,從而產(chǎn)生了沿縱向以一定間距分布的多條干縮裂縫。

        圖4 “1”字裂縫

        1.5 道床板表面網(wǎng)狀龜裂

        在道床板表面呈現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀開裂,裂縫深度及寬度均很細(xì)小,故稱為網(wǎng)狀龜裂。這是由混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力所致,混凝土收縮包括塑性收縮和干燥收縮。這種收縮裂縫在高溫、干旱、大風(fēng)等氣候條件下尤其明顯。塑性收縮主要由人工收面引起,混凝土較長時(shí)間暴露在空氣中,表層混凝土因失水較快產(chǎn)生收縮,當(dāng)其抗拉強(qiáng)度不足以抵抗收縮所引起的拉應(yīng)力時(shí)就會(huì)開裂,或者抹面時(shí)隨意灑水,造成混凝土表面強(qiáng)度降低,水灰比過大,多余水分蒸發(fā)后產(chǎn)生表面龜裂。干燥收縮主要是后期養(yǎng)護(hù)不到位,混凝土在不飽和空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔水、凝膠水和吸附水從而產(chǎn)生收縮。

        2 道床板裂縫預(yù)防措施

        針對(duì)道床板各種裂縫成因,提出了采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式、改善混凝土配合比、加強(qiáng)混凝土制備及運(yùn)輸過程控制、改進(jìn)施工工藝等預(yù)防措施。

        2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式

        實(shí)踐證明,橋梁段裂縫遠(yuǎn)少于路基段。主要原因是橋梁段道床板一般采用單元板,而路基段一般采用連續(xù)板。因此,為避免道床板結(jié)構(gòu)形式不同導(dǎo)致內(nèi)外受力不均,可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境溫度等對(duì)道床板結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化。例如蘭新客運(yùn)專線在無砟軌道施工中,針對(duì)路基段落長、氣候干旱少雨等特點(diǎn),將路基段的連續(xù)式道床板變更為19.5 m單元式道床板,兩端設(shè)置30 mm 伸縮縫,單元板內(nèi)每隔3.9 m設(shè)置1道 10 mm 假縫,伸縮縫和假縫下部采用聚乙烯塑料泡沫板填充,上部采用樹脂嵌縫膠封閉,極大地減少了道床板開裂問題[5](見圖5)。

        圖5 蘭新客運(yùn)專線路基段無砟軌道道床板結(jié)構(gòu)(單位:mm)

        2.2 改善混凝土配合比

        針對(duì)西北地區(qū)干旱少雨的氣候特點(diǎn),混凝土配合比應(yīng)堅(jiān)持“低膠材用量、低用水量、低坍落度、高含氣量”的“三低一高”原則。膠凝材料用量小于380 kg/m3、單方用水量小于150 kg/m3、混凝土坍落度控制在120~140 mm,且坍落度損失小于20 mm。采用減水劑和引氣劑雙摻的方式配制,入模含氣量不小于4%,單方最大漿體體積不應(yīng)大于0.3 m3。寶蘭高速鐵路道床板抗裂混凝土的典型配合比見表1。在此基礎(chǔ)上摻入具有保水、補(bǔ)水和減小收縮功能的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑。摻入量一般按膠凝材料的8%控制,以提高混凝土的水化程度,減小混凝土的塑性收縮開裂。

        表1 寶蘭高速鐵路道床板抗裂混凝土的典型配合比 kg/m3

        注:粗骨料1指粒徑5~10 mm的碎石;粗骨料2指粒徑10~20 mm的碎石。

        2.3 加強(qiáng)混凝土制備及運(yùn)輸過程控制

        通過優(yōu)化混凝土配合比,可減小混凝土收縮進(jìn)而提高抗裂性。根據(jù)西北地區(qū)實(shí)際情況,重點(diǎn)控制好以下3個(gè)方面:①原材料控制。水泥選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,且堿含量不宜大于0.6%;粉煤灰燒失量不宜超過5%;細(xì)骨料選用級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然河砂;粗骨料選用粒形良好、質(zhì)地堅(jiān)固、線膨脹系數(shù)小的潔凈碎石。②混凝土攪拌。先向攪拌機(jī)投入細(xì)骨料、粗骨料、水泥、礦物摻合料等,攪拌均勻后,再加入拌合水和外加劑,繼續(xù)攪拌到均勻?yàn)橹?。③混凝土運(yùn)輸。運(yùn)輸必須確保澆筑工作連續(xù)進(jìn)行,當(dāng)罐車到達(dá)澆筑現(xiàn)場時(shí),應(yīng)使罐車高速旋轉(zhuǎn)20~30 s方可卸料。運(yùn)輸過程和澆筑前嚴(yán)禁加水,若出現(xiàn)坍落度損失較大情況,應(yīng)在監(jiān)理旁站、技術(shù)人員指導(dǎo)下加入適量外加劑,并高速攪拌1 min。

        2.4 改進(jìn)施工工藝

        結(jié)合西北地區(qū)氣候環(huán)境條件,重點(diǎn)控制好以下4個(gè)環(huán)節(jié):①準(zhǔn)備?;炷翝仓埃炔捎酶邏红F化水對(duì)支承層、軌枕進(jìn)行潤濕,確保支承層和軌枕完全濕潤,不得有明顯積水。②澆筑。采用吊斗法澆筑,按“S” 形順序均勻布料(見圖6)。澆筑后立即用干毛刷將散落在軌枕上的混凝土清除,不得用水清理。③振搗。為減少八字裂縫及軌枕塊周邊剝離開裂,宜采用雙振搗工藝[6](見圖7)。第1次采用φ50振搗棒在軌枕之間振搗,第2次采用φ30振搗棒在軌枕四周進(jìn)行振搗。 ④抹面?;炷寥肽<s0.5 h內(nèi)先采用橫梁刮尺控制混凝土兩側(cè)標(biāo)高及橫向排水坡,然后用木抹子提漿、粗平抹面,1~2 h內(nèi)再用鋼抹子抹平(至少2遍),初凝前用鋼抹子抹面壓光。

        圖6 “S”形澆筑

        圖7 雙振搗方式

        2.5 加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)

        混凝土澆筑完成后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。根據(jù)不同地段采用相應(yīng)養(yǎng)護(hù)方式:①路基、橋梁段以及隧道洞口200 m范圍內(nèi)可采用涂外養(yǎng)護(hù)液+“兩布一膜”覆蓋養(yǎng)護(hù)方式[7]。使用低壓噴霧器噴涂2遍外養(yǎng)護(hù)液,按0.3~0.4 kg/m2控制用量,間隔時(shí)間不超過45 min,每遍互相搭接,噴涂不均時(shí)采用滾筒補(bǔ)充刷涂,保證厚薄基本一致,成膜厚度不小于0.2 mm,外養(yǎng)護(hù)液成膜前嚴(yán)禁灑水,然后采用“兩布一膜”復(fù)合土工膜進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。②隧道洞口200 m往內(nèi)區(qū)段可采用“兩布一膜”+灑水養(yǎng)護(hù)方式。為保證充分灑水又節(jié)約用水,采取在道床板頂面敷設(shè)水管,并在水管上通過試驗(yàn)確定出水孔距,以滴灌方式灑水,上面覆蓋“兩布一膜”土工布,保證養(yǎng)護(hù)期間道床板混凝土足夠濕潤,養(yǎng)護(hù)用水溫度與道床板混凝土表面溫度之差不得大于15 ℃。

        2.6 改進(jìn)施工條件

        針對(duì)西北干旱的氣候特點(diǎn),對(duì)施工暴露段(橋梁及路基段)在道床板振搗完成后應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)施工作業(yè)棚,在施工作業(yè)棚內(nèi)進(jìn)行混凝土裸露面的修整、抹平和壓光。施工作業(yè)棚應(yīng)牢固、可靠并起到防風(fēng)、防曬的作用。

        2.7 適時(shí)拆除工裝

        工裝的拆除時(shí)機(jī)對(duì)道床板混凝土質(zhì)量影響非常大,拆除過早則可能引起軌道板精度的變化,過晚則因鋼軌的熱脹冷縮帶動(dòng)軌枕產(chǎn)生縱向位移,形成裂縫。一般情況下在混凝土初凝(選用質(zhì)量2.5 kg,直徑7.5 cm 鋼球輕輕放置混凝土表面,觀察1 min后,壓痕直徑不大于3 cm時(shí)表示混凝土已初凝)后進(jìn)行軌排應(yīng)力釋放。釋放順序?yàn)椋菏紫劝错樞蛐葜?/4~1/2 圈(1~2 mm);然后松開軌道扣件和軌道魚尾板螺栓,魚尾板及扣件松動(dòng)時(shí)首先解除接頭處的魚尾板,之后采用跳解的方式解鎖。

        3 結(jié)語

        上述措施在蘭新客運(yùn)專線、寶蘭高速鐵路無砟軌道運(yùn)用后,道床板裂縫得到了明顯遏制,其中蘭新客運(yùn)專線裂縫由初期施工時(shí)的87.5%(主要為八字裂縫)下降到約2.5%,寶蘭高速鐵路除局部存在小于0.2 mm 的細(xì)小八字裂紋外,其余裂縫基本消除。由此可見,上述施工工藝的改進(jìn)、混凝土原材料和配合比的改善、適時(shí)拆除工裝等措施可以有效控制CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板裂縫,對(duì)其他類似工程具有借鑒意義。

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