淺談CRTSⅡ型軌道板砂漿離縫的成因及預防措施

宮海鵬 上海鐵路局滬杭鐵路客運專線股份有限公司

1 引言

新建上海至杭州鐵路客運專線位于長江三角洲西南緣及杭嘉湖平原地區，東連我國經濟中心城市上海，西接國際知名旅游城市杭州，途經松江、金山、嘉興、桐鄉、海寧、余杭等市(區)，全線運營長度約158.82 km，設計時速為350 km。項目于2009年4月1日開工建設，2010年10月26日建成通車。開通運營以來，滬杭高鐵對進一步拉近滬杭兩地時空距離，促進沿線社會經濟的發展發揮了十分重要的作用。

雖然無砟軌道有"免維修"的說法和優點，但實際上，在長期通車運行和各種復雜外界自然環境的作用下，一些軌道結構會不可避免地發生損壞或老化，結構病害也隨之出現，水泥乳化瀝青砂漿離縫就是其中病害之一（見圖1），若任其發展，將會影響高速鐵路運行的舒適度甚至行車安全。因此，我們有必要對砂漿離縫產生的原因進行分析，并在今后的施工及運營維護中采取相應的措施，以最大限度地避免砂漿離縫的產生。

圖1 水泥乳化瀝青砂漿產生離縫

2 產生水泥乳化瀝青砂漿離縫的主要原因

水泥乳化瀝青砂漿是連接軌道板和底座板的充填層，是無砟軌道結構的重要組成部分。它由乳化瀝青、水泥（硅酸鹽水泥）、水、細骨料（河砂、機制砂）以及添加劑（膨脹劑、發泡劑、消泡劑、引氣劑、減水劑等）按照一定的配比組成。水泥乳化瀝青砂漿充填層是軌道結構承上啟下的關鍵部位，主要起到填充、支撐、承力和傳力的作用，并可為軌道提供一定的剛度和彈韌性。其性能和質量直接影響到列車運行品質、軌道結構耐久性和運營維護成本,是鐵路客運專線建設的關鍵材料之一。造成水泥乳化瀝青砂漿離縫產生的原因主要有：

2.1 水泥乳化瀝青砂漿的體積膨脹與收縮

由于水泥乳化瀝青砂漿是由上述材料經機械攪拌混合而成的一種新型有機--無機復合材料，與水泥、混凝土相比，由于無機膠凝材料的存在，具有高流態特性的水泥乳化瀝青砂漿容易產生較大的體積收縮。此外，由于要求水泥乳化瀝青砂漿要有0-2%的膨脹率，因此一些膨脹劑的摻入，會使水泥乳化瀝青砂漿先膨脹后收縮，從而產生較大離縫。

2.2 軌道板的翹曲作用

CRTSⅡ型軌道板是在軌道板場預制，在板場內和吊裝現場采用三點支撐存放。在存放過程中，由于支撐點的不均勻沉降或板的上下表面溫差，易造成板的變形，這種變形不斷累加，就會產生板的翹曲。另外，在長期列車荷載和自然溫差的作用下，也容易形成板的翹曲，從而產生離縫。

2.3 不同介質的變形差異

軌道板與水泥乳化瀝青砂漿是兩種不同材料構成的軌道結構，其線膨脹系數必然存在差異。在相同溫度變化過程中，發生的收縮或伸長值不同。當軌道板的伸長量過大時，限于兩端固定端刺的約束，會發生向上的微微隆起，從而與砂漿層脫離，形成離縫。

2.4 不恰當的施工工藝影響

水泥乳化瀝青砂漿是一種極敏感的有機--無機復合材料，其配比、拌制方法、灌注過程以及外界環境都對其性能有重要的影響。因此，水泥乳化瀝青砂漿施工的各個環節都必須非常規范。

一般情況下，灌注水泥乳化瀝青砂漿封邊采用水泥砂漿（傳統的水泥、沙子和水的混合物），按照軌道板精調后盡快灌漿的原則，所用的封邊砂漿具備早強快硬的特性，由于所采用的封邊砂漿較干，水泥乳化瀝青砂漿與其接觸后，失水較多，造成砂漿硬化收縮。

2.5 路橋過渡段支撐層變化引起

路橋過渡段作為剛性橋臺與柔性路堤的結合部位，在結構上是塑性變形和剛度的突變體。雖然在路基和橋梁之間設置一定長度的過渡段，使軌道的剛度逐漸變化，并最大限度地減少路橋間的沉降差。但由于兩種結構物剛度不同，在長期垂直荷載的作用下，還是會或多或少地產生不均勻沉降，反映在砂漿層上即是離縫的產生。

3 避免砂漿離縫產生所采取的措施

3.1 優化調整水泥乳化瀝青砂漿的配合比

相關試驗表明，W/B(總用水量與無機膠凝材料用量之比)、A/B(乳化瀝青用量與無機膠凝材料用量之比)和單方無機膠材用量對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能有較大影響。隨著養護齡期的增長，CRTS-Ⅱ型水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著W/B和單方無機膠材用量的增高而增大，隨著A/B的增高而減小，并且與W/B和A/B相比，無機膠凝材料用量對水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮率的影響更大。因此，為控制CRTS-Ⅱ型水泥乳化瀝青砂漿硬化收縮率，W/B不宜超過0.51，A/B不宜低于0.29，無機膠凝材料用量不宜超過540 kg/m3。

3.2 加強軌道板的存放管理

無論是在軌道板預制場還是在現場軌道板吊裝存放區，都要對存板臺座地基進行加固處理。另外，要控制好存板臺座的標高，對存板臺座高差過大的臺座要進行打磨處理，使其處于同一平面。滬杭高鐵松江板場對傳統的軌道板三點支撐進行了改進，采用整體板梁式存板臺座的設計，較好地解決了存板臺座的變形問題，有效地控制了軌道板的變形。

3.3 優化水泥乳化瀝青砂漿施工工藝

水泥乳化瀝青砂漿對外界環境敏感性極強、施工難度較大，砂漿的最終性能不僅取決于原材料的質量，而且受施工環境、攪拌設備及工藝、灌注工藝以及施工人員的專業素質等因素的影響很大。為確保工程質量，必須提前進行水泥乳化瀝青砂漿的施工工藝試驗，以確定具體的投料順序、攪拌速度、灌注時間等工藝參數，且在正式拌制時必須嚴格按照工藝試驗參數進行控制。

3.4 加強封邊水泥砂漿潤濕

在采用傳統的水泥砂漿封邊的情況下，為減少封邊砂漿對水泥乳化瀝青砂漿的吸水作用，在灌漿完成后，要對封邊水泥砂漿進行潤濕，對其補充水分。待水泥乳化瀝青砂漿達到規定強度后，及時鑿除水泥封邊砂漿。

或者在封邊砂漿與板腔間內襯一剛度較大的薄鋼片或不吸水的薄竹片，將封邊砂漿與新灌注水泥乳化瀝青砂漿進行隔離，也可有效解決這一問題。在滬杭高鐵的一些施工標段，我們采用了專用的密封帶進行封邊，也取得了良好的灌注效果。

3.5 適時去除精調爪

水泥乳化瀝青砂漿灌注后，會在一定時間內達到體積最大值，進而開始收縮直至體積穩定。施工單位要在工藝試驗過程中，不斷觀測總結不同配比的水泥乳化瀝青砂漿其膨脹率與時間的關系，在其體積達到最大值時，及時去除精調爪，避免砂漿收縮而軌道板被精調爪支撐在二者之間產生的離縫。

3.6 及時覆蓋軌道板，減小溫差效應

軌道板在存放過程中，要進行覆蓋，避免軌道板上下表面溫差過大而產生的翹曲。同理，在施工過程中，也要加強軌道板的覆蓋。這是因為，在白天，軌道板上表面溫度高于下表面溫度，軌道板會產生向上的拱起，于是在軌道板中部產生離縫。而在夜間，軌道板上表面溫度低于下表面溫度，軌道板會產生向下的撓曲，于是在軌道板四角產生離縫。

3.7 及時縱連、錨固軌道板

CRTS-Ⅱ型板式無砟軌道是由大量的軌道板通過軌道板中央預埋的6根張拉筋縱連而形成的很長的帶狀結構。當砂漿強度達到要求時，就需要對軌道板實施張拉連接，使其形成整體，避免其與水泥乳化瀝青砂漿之間的縱向位移而產生的離縫。同理，軌道板的錨固，也即剪切連接是將軌道板與底座板連接成為一個整體，避免其與水泥乳化瀝青砂漿之間的上下位移而產生的離縫。

4 結束語

CRTS-Ⅱ型板式無砟軌道作為新型軌道結構，要接受運營的長期考驗，在各種復雜外界自然環境的作用下，水泥乳化瀝青砂漿層會不可避免地產生離縫。在運營過程中，設備管理單位要加強觀測，研究砂漿變化規律，對產生的離縫要及時注漿維護，以延長軌道壽命，保證軌道平順性和行車安全。