CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板混凝土裂紋分析與防治

■ 朱寶寶 郭慧敏 張濤

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板混凝土裂紋是在高速鐵路無砟軌道施工中常見的質量缺陷。由于高速鐵路運行速度快、維修天窗時間短，運營中的線路很難維修，給無砟軌道后期維護和缺陷處理等方面帶來巨大的困難和資金投入，影響高速鐵路使用壽命和行車安全。為此，在站前施工階段卡控前期施工質量、積極研究高速鐵路無砟軌道道床板裂紋防治措施尤為重要，不僅可降低或杜絕由裂紋產生的質量缺陷、避免行車安全隱患，也可通過相關整治措施的研究，使建設、施工和監理單位的管理、技術和施工水平得以提升。

1 裂紋形態及成因分析

1.1 裂紋形態

根據中鐵四局集團有限公司鄭萬鐵路河南段無砟軌道道外試驗和先導段先期施工的累計72塊道床板施工質量調查情況，CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板混凝土出現裂紋主要有以下3種形態：

（1）道床板混凝土表面產生的龜裂?；炷帘砻娈a生寬度＜0．2 mm的不規則橫向裂紋，占總板數的9．72%。

（2）道床板軌枕塊四角及下邊緣放射狀裂紋。沿軌枕四角產生寬度≤0．2 mm的橫向裂紋，占總板數的5．56%。

（3）軌枕與道床板混凝土離縫?；炷两Y合處產生寬度≤0．2 mm離縫裂紋，占總板數的1．39%。

1.2 裂紋成因分析

（1）道床板混凝土表面產生的龜裂：主要由混凝土早期塑性收縮引起，與混凝土坍落度過大導致水泥漿和細骨料過度集中于表面、混凝土抹面時帶水作業、過早抹面或過度抹面使混凝土面層產生過稀的水泥漿導致混凝土面層脆弱、在混凝土凝結之前保水措施不當造成混凝土表面因失水較快而產生收縮有直接關系[1]?；炷猎诮K凝前幾乎沒有強度或強度很小，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成混凝土體積急劇收縮，此時混凝土的強度無法抵抗其本身收縮而產生龜裂紋；抹面時為了追求光潔平整，進行帶水、過早或過度抹面收面處理，當稀薄的水泥漿浮于表面時，道床板極易產生表面龜裂紋。

（2）道床板軌枕塊四角及下邊緣放射狀裂紋：主要由道床板混凝土表層?。ㄉ埃{后期干縮引起，與施工時混凝土入模坍落度過大，致使骨料下沉并產生過厚且表面稀薄的?。ㄉ埃{層有直接關系。經觀測，放射狀裂紋在混凝土養護結束后的一段時間內產生，一般在混凝土澆筑完后的1～2月內。砂漿的干縮程度是混凝土的2～4倍，干縮裂縫的產生主要是由混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果，并且這種收縮是不可逆的。

（3）軌枕與道床板混凝土離縫：主要由新舊混凝土結合面處理不到位，新舊混凝土結合力降低引起，與道床板混凝土入模坍落度過小、澆筑道床混凝土前未對軌枕四周及底部進行充分清理和潤濕，引起軌枕與道床板混凝土膠結力降低有直接關系。軌枕在預制、存放、運輸和吊裝的過程中，混凝土表面存在浮塵和殘渣。清理不及時，造成新澆道床混凝土和軌枕混凝土結合處形成“兩張皮”；在澆筑道床混凝土前，未對軌枕舊混凝土進行必要的濕潤，舊混凝土把新澆混凝土結合面水分吸走，造成軌枕與道床板混凝土離縫，產生裂紋。

2 防治措施

裂紋產生的原因主要集中在混凝土性能以及澆筑、抹面與養護等施工過程控制，因此針對上述問題，從混凝土配合比設計、原材料和施工質量過程控制提出防治措施。

2.1 混凝土配合比設計

（1）配合比設計時應考慮采用低膠凝材料用量、低水膠比、低坍落度、低集漿比，并盡量減少砂漿占混凝土的體積比[2]。配合比設計在一般情況下，橋梁地段膠凝材料用量不宜超過380 kg/m3，路基地段膠凝材料用量不宜超過400 kg/m3；水膠比不宜超過0．45，混凝土入模坍落度范圍宜控制在140～180 mm（斗送不宜超過140 mm、泵送不宜超過180 mm），集漿比不宜超過0．32，且砂率宜選擇不宜大于36%，以減小收（干）縮應力。

（2）優化配合比設計或添加Ⅱ型膨脹劑（抗裂組分）?；炷僚浜媳仍O計應優化摻和料的組合并選擇合適的摻配比例，宜摻用優質的Ⅰ級粉煤灰或S95級磨細礦渣粉及加大摻和料的摻入量，以提高混凝土的可工作（泵）性、降低自身水化熱，減少溫度應力對混凝土產生的拉應力，從而避免微裂紋的產生。同時，可以考慮添加優質的Ⅱ型膨脹劑作為抗裂、防收縮組分限制并補償混凝土的收（干）縮。道床板長期處于干燥環境，干縮現象長期積累，導致微小不可見的無害裂紋隨時間的延長逐漸演變成可見的有害裂縫[3]。

（3）充分驗證混凝土的56 d干燥收縮率滿足規范要求。為確保有足夠的試驗數據指導施工，結合鐵路對無砟軌道混凝土配合比干燥收縮值的規定要求，應成型限制膨脹率檢測試件至少1組，拆模后立即安裝千分表并在保濕養護狀態下分別測量24、48、72和168 h限制膨脹率，7 d后撤除濕養轉入干燥空氣中觀測21、56 d試件的干燥收縮率，試件56 d收縮率應不大于400×10-6。

2.2 原材料質量控制

（1）嚴格控制骨料級配和含泥量?；炷林泄橇纤俭w積約為78%及以上，其品質對混凝土拌合物的性能有直接影響。因此，骨料進場后應嚴格控制級配并進行必要的篩砂和洗石，檢驗結果應符合驗收標準要求。

（2）嚴格控制進場粉煤灰的質量。劣質的粉煤灰會造成混凝土的流動性差，其未充分灼燒的碳浮于混凝土表面極易產生塑性收縮，增大混凝土拌合物早期出現塑性收縮裂紋的風險。因此，在粉煤灰進場時，宜先采用顯微鏡鑒別其真偽，再對粉煤灰的密度、細度、需水量比和燒失量進行嚴格檢測，檢驗結果應符合驗收標準要求。

（3）嚴格控制外加劑的質量?；炷恋谋Ｋ?、保坍性與外加劑的品質息息相關，為保證混凝土的入模坍落度、含氣量等性能，應對每批次減水劑進行檢驗，并根據季節性施工氣候及時調整減水劑品質，以改善混凝土的和易性和工作性能[4]。

2.3 施工質量過程控制

（1）對項目管理人員及作業班組進行必要的教育培訓，提高對混凝土入模坍落度控制重要性的認識。

（2）選擇泵送能力強的泵車或大容積的料斗進行混凝土輸送施工。

（3）嚴格測試混凝土的出機和入模坍落度，落實旁站并及時調整混凝土入模坍落度，泵送宜控制在160～180 mm、斗送不宜超過140 mm；出站和運至現場的混凝土不得加水，混凝土出現泌水泌漿情況必須作退站處理。

（4）在澆筑混凝土前必須對軌枕進行除渣除塵和潤濕，使其潔凈并達到“干飽和”狀態以預防軌枕舊混凝土吸收接合面新混凝土的水分，導致此處過渡區混凝土脫離和干燥收縮的加劇[5]。

（5）道床板混凝土布料需均勻，特別是對軌枕處的布料，必須按順序并確保軌下混凝土布料充足；使用4臺振搗棒，2臺50棒在前，兩側對稱平行向前，2臺30棒在后，重點對軌枕下部混凝土進行振搗；補充混凝土或鏟去多余混凝土后補振混凝土、提漿。

（6）抹面不得采用對混凝土淋水或抹刀沾水作業，局部混凝土提漿作業應以抹刀拍打為主，抹面應注重平整度而不能一味地追求光潔度。擦拭軌枕和鋼軌表面的抹布不得過分濕潤，混凝土表面在振搗后無多余的滲出水時，方可進行抹面作業。

（7）在高溫或大風氣候條件下不應進行澆筑作業。正常氣溫條件下，及時在混凝土最后一次抹壓后的表面使用薄膜覆蓋嚴密或采用混凝土水分蒸發抑制劑（成膜后可保持早期混凝土90%水分），避免混凝土在塑性狀態下表面“結殼”產生龜裂紋或干縮開裂。

（8）在養護期內，采用土工布和薄膜覆蓋、水管滴灌的方式進行保溫或保濕材料養護，延緩混凝土的降溫速度；養護過程中覆蓋嚴密、保持混凝土濕潤，養護齡期不應少于14 d。

（9）應掌握好釋放鋼軌應力的時機。在混凝土初凝、強度符合要求后，及時松開扣件和魚尾板，以釋放鋼軌應力；混凝土初凝后（具體以鋼球壓痕試驗確定，即使用質量為2 kg、直徑75 mm的鋼球輕輕放在混凝土表面靜置片刻，然后將鋼球拿起，測量混凝土表面壓痕，當直徑小于28 mm時即表示混凝土已初凝），松開支承螺栓1/4～1/2圈，同時松開扣件和魚尾板螺栓，避免溫度變化時鋼軌伸縮對混凝土造成破壞。

2.4 防治措施實施效果

為進一步驗證上述防治措施的可行性，2018年3月在中鐵四局集團有限公司鄭萬鐵路站前2標無砟軌道先導段，對采取措施后施工的720塊道床板的裂紋病害情況進行調查，具體情況見表1。

從表1數據可以看出，采取措施后的道床板混凝土表面出現龜裂、軌枕塊四角及下邊緣出現放射狀裂紋的比例均大幅下降，軌枕與道床板混凝土離縫缺陷已杜絕，道床板混凝土裂紋防治措施的有效性得以充分體現。

2.5 裂紋處理

根據《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》（鐵運〔2012〕83號）要求，對道床板混凝土產生的裂紋（縫）采用表面封閉法、無壓注漿法或高壓注漿法進行修補。修補前應編制《無砟軌道專項修補方案》，明確修補操作要點和質量標準，過程中嚴格把控并按標準進行驗收，確保 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道修復作業快速、有序，使修復后工程質量滿足規范要求[6]。

表1 道床板混凝土裂紋防治措施實施效果

3 結束語

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板裂紋、裂縫等病害是高鐵運營維護中的質量隱患，應從站前施工的源頭入手。通過嚴格控制混凝土原材料的質量，采取低膠凝材料用量、低水膠比、低坍落度、低集漿比“四低”的方式設計和優化混凝土配合比，從混凝土自身環節有效抑制裂紋的產生；施工過程中，對人員素質、設備選型、新老混凝土結合面的潤濕、混凝土檢測、布料、振搗、抹面、養護及鋼軌的應力放散等各工序環節的質量加以控制，可顯著提高其抗裂性能，避免或減少裂紋、裂縫等病害的出現。