周彥旭，焦 莉

(1.沈陽(yáng)建筑大學(xué),遼寧 沈陽(yáng) 110000; 2.中國(guó)鐵路沈陽(yáng)局集團(tuán)有限公司沈陽(yáng)高鐵基礎(chǔ)設(shè)施段,遼寧 沈陽(yáng) 110000)

0 引言

橋梁地段CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道由鋼軌、彈性扣件、軌道板、自密實(shí)混凝土層、隔離層以及具有限位結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土底座等部分組成,是我國(guó)自主創(chuàng)新的新型無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)[1-3],從2009年首次在成灌鐵路使用至今,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的高速鐵路。

CRTSⅢ型軌道板上設(shè)有灌漿孔和檢查孔(后面用灌漿孔代替兩種孔)。軌道板灌漿孔的自密實(shí)混凝土灌注后的頂面應(yīng)高出軌道板底50 mm以上,在自密實(shí)混凝土凝固前,4號(hào)S型鋼筋按設(shè)計(jì)要求插入孔內(nèi)的自實(shí)混凝土內(nèi),然后在孔內(nèi)澆筑摻加膨脹劑的C60補(bǔ)償收縮混凝土(見(jiàn)圖1,圖2)。

在對(duì)京沈、沈丹、盤(pán)營(yíng)和朝凌客專(zhuān)的Ⅲ型軌道板灌漿孔狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)檢查中,發(fā)現(xiàn)有多處灌漿孔混凝土病害,主要有開(kāi)裂、浮起等現(xiàn)象。據(jù)多條高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)觀察和相關(guān)資料表明,灌漿孔混凝土病害除了開(kāi)裂、浮起外,還有局部掉塊和脫落問(wèn)題(見(jiàn)圖3—圖6)。

高速鐵路Ⅲ型軌道板灌漿孔病害對(duì)整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響。首先,軌道板上的雨雪積水會(huì)沿著灌漿孔縫隙進(jìn)入到軌道板內(nèi)部導(dǎo)致裂縫加速擴(kuò)展。這是因?yàn)橄募舅c方鎂石反應(yīng)生成水鎂石體積膨脹,導(dǎo)致裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大,冬季水在軌道板內(nèi)部由于溫差作用出現(xiàn)凍融循環(huán)同樣會(huì)使混凝土裂縫擴(kuò)展。其次,在高鐵列車(chē)快速通過(guò)時(shí),浮起或局部剝離的混凝土極易脫離軌道板并崩濺到本線(xiàn)或鄰線(xiàn)列車(chē),對(duì)列車(chē)車(chē)體產(chǎn)生極大創(chuàng)傷,并可能帶來(lái)高昂的維修成本和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)對(duì)旅客的人身安全造成嚴(yán)重威脅。最后,灌漿孔混凝土病害如沒(méi)有及時(shí)修補(bǔ)將導(dǎo)致軌道板結(jié)構(gòu)整體性下降,無(wú)法為高速運(yùn)行的列車(chē)提供足夠的道床縱橫向阻力,容易引發(fā)軌道爬行等重大安全隱患。

1 灌漿孔混凝土病害的常見(jiàn)表現(xiàn)形式

通過(guò)對(duì)大量資料的分析和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)總結(jié),將灌漿孔混凝土病害分為5種表現(xiàn)形式:

1)灌漿孔混凝土內(nèi)部出現(xiàn)不規(guī)則細(xì)微裂縫(見(jiàn)圖3)。這是灌漿孔病害最初的形式之一,裂縫嚴(yán)重時(shí)會(huì)從內(nèi)往外擴(kuò)展至灌漿孔邊緣。

2)灌漿孔混凝土邊緣開(kāi)裂(見(jiàn)圖4)。這也是灌漿孔病害最初的形式之一,灌漿孔混凝土與軌道板輕微剝離,裂縫沿著孔邊緣,是灌漿孔混凝土浮起的初期形式。

3)灌漿孔混凝土浮起(見(jiàn)圖5)。灌漿孔混凝土因邊緣和底部全部與軌道板剝離而導(dǎo)致整個(gè)灌漿孔混凝土浮起。

4)灌漿孔混凝土局部掉塊和脫落(見(jiàn)圖6)。這是灌漿孔病害的后期形式,主要表現(xiàn)在灌漿孔混凝土局部或整體與軌道板分離脫落(在灌漿孔邊緣伴有少量的混凝土掉皮、掉塊情況),此時(shí)灌漿孔混凝土已不能穩(wěn)定處于軌道板內(nèi)。

5)多種形式組合病害(見(jiàn)圖7)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研分析發(fā)現(xiàn),個(gè)別灌漿孔混凝土病害存在多種形式共存的情況,不僅內(nèi)部混凝土強(qiáng)度較為薄弱,而且裂縫發(fā)育的較為活躍,同時(shí)還伴有局部的混凝土碎裂等復(fù)雜情況。此時(shí)將該少量情況分類(lèi)為多種因素并存的組合病害類(lèi)型。

2 灌漿孔混凝土病害的成因分析

Ⅲ型軌道板灌漿孔混凝土病害一般是由于灌漿孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷,在后期的運(yùn)營(yíng)中,受列車(chē)荷載和列車(chē)速度的影響導(dǎo)致軌道板灌漿孔混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂、浮起和脫落等問(wèn)題,隨著病害的進(jìn)一步發(fā)展可能引起整體軌道結(jié)構(gòu)的較大傷損,從而影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。引起灌漿孔混凝土病害的原因很多,通過(guò)對(duì)幾條線(xiàn)路中灌漿孔混凝土病害的觀察和分析,并結(jié)合對(duì)已有資料的研究,分析引起灌漿孔混凝土病害的原因主要有4個(gè):

1)灌漿孔混凝土的補(bǔ)償收縮量不達(dá)標(biāo)。灌漿孔混凝土澆筑時(shí)軌道板混凝土已硬化,為防止孔內(nèi)混凝土發(fā)生收縮引起沿孔邊緣的裂縫,灌漿孔混凝土為補(bǔ)償收縮混凝土。若混凝土補(bǔ)償收縮量不足,混凝土硬化時(shí)會(huì)收縮,導(dǎo)致孔內(nèi)混凝土與軌道板邊緣之間出現(xiàn)微小縫隙(見(jiàn)圖4);雨雪水滲入縫隙后,經(jīng)過(guò)凍融循環(huán),灌漿孔混凝土底部易與軌道板自密實(shí)混凝土剝離,導(dǎo)致灌漿孔混凝土浮起(見(jiàn)圖5)。

2)采用了膨脹性骨料而造成混凝土吸水體積膨脹引起局部掉塊?；炷恋拇止橇洗蠖嘤射X氧化物、鎂氧化物(氧化鎂)、鈣氧化物(氧化鈣、碳酸鈣)和硅酸鹽(二氧化硅)等組成,其中方鎂石(MgO)顆粒遇水后會(huì)緩慢反應(yīng)生成水鎂石(Mg(OH)2),(MgO+H2O==Mg(OH)2↓)該反應(yīng)體積膨脹,導(dǎo)致內(nèi)部裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大,軌道板灌注孔混凝土出現(xiàn)浮起掉塊(見(jiàn)圖6)。

膨脹性骨料的存在導(dǎo)致軌道板混凝土掉塊的現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于2017年6月,當(dāng)時(shí)首次發(fā)現(xiàn)于沈大高速線(xiàn),集中分布于中鐵八局(K131—K192)、中鐵五局(K192—K239)施工區(qū)段內(nèi),中鐵一局(K35—K131)、中鐵二局(K239—K321)施工區(qū)段內(nèi)有零散分布,發(fā)生部位主要為軌道板上表面。

在應(yīng)用Ⅲ型板的京沈、沈丹、盤(pán)營(yíng)、朝凌客專(zhuān)線(xiàn)上的混凝土灌漿孔附近也發(fā)現(xiàn)了同樣現(xiàn)象,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣查勘及微觀分析,結(jié)果表明Ⅲ型軌道板混凝土內(nèi)混有的方鎂石(MgO)顆粒遇水后緩慢反應(yīng)生成水鎂石(Mg(OH)2),產(chǎn)生體積膨脹,致使混凝土出現(xiàn)裂隙,隨著膨脹反應(yīng)的不斷進(jìn)行導(dǎo)致裂隙急劇擴(kuò)展,出現(xiàn)灌漿孔混凝土與軌道板分離脫落現(xiàn)象,這是灌注孔混凝土出現(xiàn)浮起脫落的先兆表現(xiàn)。

3)灌漿孔混凝土密實(shí)度差,強(qiáng)度低。灌漿孔混凝土因施工不規(guī)范可能導(dǎo)致混凝土不密實(shí),存在微小缺陷,致使灌漿孔混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,灌漿孔混凝土強(qiáng)度小于軌道板混凝土強(qiáng)度,荷載作用下灌漿孔混凝土內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫并不斷延展,甚至貫穿整個(gè)灌漿孔(見(jiàn)圖3);在列車(chē)高速通過(guò)時(shí)因振動(dòng)作用導(dǎo)致灌漿孔混凝土底部與軌道板剝離造成灌漿孔混凝土浮起。

4)施工方法不當(dāng),沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)施工工藝施工。灌漿孔混凝土的現(xiàn)場(chǎng)施工未嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)施工,如灌漿孔PVC管拔出較晚,擾動(dòng)初凝混凝土;澆筑灌漿孔混凝土應(yīng)與自密實(shí)混凝土同時(shí)施工,如澆筑時(shí)間相差較大,灌漿孔混凝土與自密實(shí)混凝土之間的黏結(jié)強(qiáng)度降低易引起灌漿孔混凝土浮起。

3 預(yù)防措施及整治方法

3.1 預(yù)防措施

灌漿孔混凝土病害問(wèn)題重在預(yù)防,結(jié)合以上病害成因的分析,可以采用的主要預(yù)防措施如下:

1)施工時(shí)要注重對(duì)施工質(zhì)量的把控。

2)在施工過(guò)程中要嚴(yán)格保證軌道板頂灌漿孔、檢查孔封閉與自密實(shí)混凝土同時(shí)施工,防止二次澆筑,提高灌漿孔混凝土與軌道板的黏結(jié)強(qiáng)度,加強(qiáng)此過(guò)程施工質(zhì)量的把控,將病害問(wèn)題發(fā)生的概率降至最低。

3)在后期日常檢查中定期對(duì)軌道板灌漿孔等重點(diǎn)部位進(jìn)行防水處理,實(shí)現(xiàn)施工隱患處數(shù)量的降低和灌注孔混凝土對(duì)水的隔離,以達(dá)到對(duì)病害的有效預(yù)防并減弱病害進(jìn)一步發(fā)展的目的。

3.2 整治方法

針對(duì)灌注孔混凝土病害的不同成因,可采取各具特點(diǎn)的整治方案:

1)針對(duì)膨脹性骨料造成的浮起掉塊問(wèn)題,整治措施為首先清除內(nèi)部膨脹源,然后進(jìn)行內(nèi)部植筋并采用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿(TK-H型)對(duì)缺損部位進(jìn)行修復(fù),最后進(jìn)行修整打磨,截至目前累計(jì)發(fā)現(xiàn)處理500余處。

2)針對(duì)灌漿孔混凝土凸臺(tái)施工方法不當(dāng),現(xiàn)采取對(duì)灌漿孔上浮松動(dòng)的混凝土鑿除,底部植筋并灌注聚合物水泥砂漿(QS-S型)進(jìn)行處理,累計(jì)發(fā)現(xiàn)處理800余處。

4 施工工藝

1)鑿除松動(dòng)混凝土。將觀察孔、灌注孔混凝土鑿除(或?qū)⑴蛎浽辞宄龔氐?,采用錘子、鋼絲刷或角磨機(jī)對(duì)底部混凝土松動(dòng)層處理,并用吹風(fēng)機(jī)將創(chuàng)傷面清潔干凈,露出堅(jiān)硬的混凝土基體,以保證維修材料與混凝土表面的黏結(jié)強(qiáng)度。

2)L型鋼筋膠接植筋。采用φ8 mm鉆頭的沖擊鉆,在觀察孔、灌注孔底部自密實(shí)混凝土層鉆5 cm深的孔,將兩邊長(zhǎng)度分別為16 cm和6 cm的Φ6的HRB400型L筋的長(zhǎng)端用植筋膠(根據(jù)不同情況采用不同特性的植筋膠,如TK-H型或QS-S型等)植入5 cm深的孔中。

3)涂刷底漆。拌和一定量修補(bǔ)材料底漆,按照配合比進(jìn)行拌合,并涂抹于堅(jiān)硬的混凝土基體表面(觀察孔、灌注孔側(cè)面和自密實(shí)混凝土基面),涂抹要均勻。

4)修補(bǔ)材料配制。使用專(zhuān)用攪拌槍和攪拌桿,根據(jù)說(shuō)明書(shū)要求的配合比將樹(shù)脂和固化劑采用攪拌機(jī)攪拌均勻(攪拌時(shí)間不少于2 min)后加入修補(bǔ)干料再進(jìn)行攪拌(攪拌時(shí)間不少于2 min)[4-5]。

5)修補(bǔ)材料填充。將配制好的修補(bǔ)材料分三層倒入觀察孔、灌注孔,用抹刀或者平鏟將材料插搗密實(shí),修補(bǔ)后的灌注孔和觀察孔表面應(yīng)高出軌道板表面,且不宜超過(guò)10 mm。注意:底層用勁碾壓,使材料充分浸潤(rùn)混凝土基層表面。

6)打磨塑形。2 h后,修補(bǔ)材料基本固化,用角磨機(jī)對(duì)固化材料進(jìn)行打磨塑形,灌注孔和觀察孔應(yīng)打磨光滑并與軌道板平順銜接,打磨后涂刷封閉材料(一般為高強(qiáng)度防水材料),保證維修后軌道板的耐久性和美觀性。

7)表面修飾。為保持修補(bǔ)部位與軌道板整體的顏色一致性,可采用調(diào)色聚合物水泥對(duì)修補(bǔ)部位進(jìn)行噴涂調(diào)色,待其干燥后,采用細(xì)砂紙打磨,保證整體顏色的一致性。

5 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)灌漿孔混凝土病害的已有調(diào)查和分析,得出了引發(fā)病害的成因主要有4種:配合比問(wèn)題、原材料問(wèn)題、施工質(zhì)量問(wèn)題以及施工方法和工藝問(wèn)題。

2)灌漿孔混凝土病害重在預(yù)防,針對(duì)病害提出了預(yù)防措施,重點(diǎn)是對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量的把控以及利用防水材料對(duì)混凝土進(jìn)行防水處理。

3)一旦出現(xiàn)病害,要及時(shí)進(jìn)行整治,提出了兩種整治方法和詳細(xì)的工藝。

控制灌漿孔內(nèi)部補(bǔ)償收縮混凝土的收縮率并注意減少方鎂石在混凝土中的添加含量。在觀察孔、灌漿孔底部自密實(shí)混凝土層通過(guò)加入L型鋼筋膠接植筋的方式提高灌漿孔內(nèi)部補(bǔ)償收縮混凝土與自密實(shí)混凝土基層之間的黏結(jié)強(qiáng)度。