西北地區(qū)鐵路整體道床混凝土裂縫施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究

王曉云 董朝陽

西北地區(qū)鐵路整體道床混凝土裂縫施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究

王曉云 董朝陽

摘 要：結(jié)合西北地區(qū)具體情況，對混凝土整體道床在施工階段裂縫控制的研究方案、研究內(nèi)容和方法進(jìn)行論述，闡明裂縫產(chǎn)生的主要原因，提出裂縫控制研究的重點(diǎn)，對西北地區(qū)整體道床混凝土裂縫控制的進(jìn)一步研究具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：鐵道工程；整體道床；裂縫控制；西北地區(qū)

0 引言

高速鐵路是當(dāng)今世界鐵路建設(shè)的主要發(fā)展方向。近年來，我國高速鐵路建設(shè)取得飛速發(fā)展，運(yùn)營里程已居世界第1位。在我國新建的高速鐵路中，主要采用無砟的整體式道床。

在我國的西北地區(qū)，客運(yùn)專線廣泛采用無砟軌道方式，而在一些普通鐵路的隧道內(nèi)，考慮到整體道床的優(yōu)點(diǎn)，同樣采用整體道床的結(jié)構(gòu)形式。整體道床在施工過程中，混凝土開裂是非常難于控制的問題，因?yàn)檎w道床本身就相當(dāng)于體表比較小的鋼筋混凝土板，加上西北地區(qū)干旱、大風(fēng)及晝夜溫差大的特點(diǎn)，都會(huì)對混凝土在凝結(jié)硬化初期的收縮及由此導(dǎo)致的混凝土開裂產(chǎn)生較大的影響。如在蘭新客運(yùn)專線建設(shè)過程中，有的路段因?yàn)榛炷灵_裂現(xiàn)象較嚴(yán)重（見圖1），甚至出現(xiàn)將整體道床拆除重建的現(xiàn)象。因此，解決這一問題是非常關(guān)鍵和必要的。調(diào)研西北地區(qū)部分施工現(xiàn)場整體道床裂縫開展的情況，結(jié)合西北地區(qū)干旱、大風(fēng)、晝夜溫差大的特點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)的理論分析，總結(jié)出導(dǎo)致整體道床出現(xiàn)裂縫的幾方面的原因，并對相應(yīng)的研究方法進(jìn)行論證。

1 道床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 整體道床開裂

1.1 問題分析

從無砟軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可知，設(shè)計(jì)考慮的因素主要是列車運(yùn)營過程中各因素對整體道床的影響，而未考慮施工階段整體道床混凝土裂縫的控制。混凝土整體道床產(chǎn)生裂縫最嚴(yán)重的時(shí)間往往是在混凝土的凝結(jié)硬化階段，特別是混凝土施工完成的1～2d。該階段混凝土由于凝結(jié)硬化會(huì)產(chǎn)生體積收縮，強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)混凝土體積收縮受到限制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，若收縮應(yīng)力大于混凝土當(dāng)時(shí)的強(qiáng)度，混凝土就會(huì)產(chǎn)生開裂。這種開裂在整體道床的施工中非常普遍，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)因?yàn)榱芽p過多而造成返工現(xiàn)象。

從道床產(chǎn)生的裂縫形式來看，主要包括整體道床表面的龜裂裂紋和道床內(nèi)軌枕端部的“八”字形裂縫。對于道床表面的龜裂裂縫而言，大部分僅在混凝土表面產(chǎn)生，裂縫寬度較細(xì)且縱橫交錯(cuò)，呈龜裂狀，外形沒有任何規(guī)律（見圖2—圖3）。若這種龜裂裂縫寬度較大、數(shù)量較多且深度較深時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施，開裂嚴(yán)重時(shí)就可能將道床拆除重建。道床內(nèi)軌枕端部的八字形裂縫，從軌枕端部的2個(gè)角向外延伸，有的一直延伸到整體道床邊緣，從側(cè)面可以看出裂縫較深（見圖4—圖7），這種裂縫如不及時(shí)處理，在運(yùn)營過程中可能會(huì)由于列車荷載等的作用不斷加大，影響整體道床的受力，且雨水容易順著裂縫深入道床，使道床內(nèi)的鋼筋銹蝕，影響其耐久性。

從道床內(nèi)的鋼筋布置（見圖8）及軌枕結(jié)構(gòu)形式可知，導(dǎo)致混凝土開裂主要有以下因素：（1）鋼筋的布置較少，沒有專門防止混凝土表面開裂的構(gòu)造鋼筋；（2）在軌枕端部等容易出現(xiàn)混凝土應(yīng)力集中的區(qū)域，沒有配置適宜的防裂鋼筋。

圖2 對整體道床頂面龜裂裂縫進(jìn)行標(biāo)識

1.2 研究方法

針對整體道床內(nèi)部構(gòu)造鋼筋布置較少的情況，結(jié)合道床表面的裂縫開展特征，在道床內(nèi)適當(dāng)位置布置構(gòu)造鋼筋和防裂鋼筋。結(jié)合新配置的鋼筋，利用ANSYS軟件建立數(shù)值分析模型，模擬混凝土凝結(jié)硬化自收縮過程中裂縫產(chǎn)生的可能性，并通過模擬結(jié)果對鋼筋進(jìn)行調(diào)整。對于調(diào)整好防護(hù)鋼筋布置的整體道床板，通過試驗(yàn)對混凝土凝結(jié)硬化初期的抗裂性能進(jìn)行驗(yàn)證。

圖3 整體道床表面龜裂裂縫分布

圖4 軌枕端部整體道床八字形裂縫

圖5 整體道床八字形裂縫側(cè)面深度

圖6 軌枕端八字形裂縫頂面

圖7 軌枕端八字形裂縫側(cè)面　

圖8 整體道床的鋼筋布置

2 混凝土配合比

2.1 問題分析

混凝土凝結(jié)硬化的自收縮，在很大程度上取決于混凝土內(nèi)的水泥用量及水灰比，水泥用量越多，水灰比較大，收縮就越大。

混凝土按照拌合物的和易性，可分為干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流動(dòng)性混凝土等。不同的混凝土，其水泥用量和水灰比也不同。在西北地區(qū)整體道床施工過程中，較多的路段采用塑性混凝土，塑性混凝土由于加入減水劑等添加劑，混凝土和易性增加，用水量減少。但由于各施工單位在配置混凝土?xí)r，配合比不盡相同，且混凝土添加劑等加入量也不一致，導(dǎo)致有的路段整體道床施工后混凝土開裂較輕，有的路段開裂較嚴(yán)重。

2.2 研究方法

研究首先收集各施工路段混凝土的配合比，包括不同路段采用的砂石料的粒徑、級配等，然后結(jié)合整體道床的混凝土開裂情況，對配合比進(jìn)行調(diào)整，對于調(diào)整好的配合比，則進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)研究，以驗(yàn)證混凝土在凝結(jié)硬化過程中的收縮性能。

3 混凝土施工工藝

3.1 問題分析

混凝土的施工工藝主要包括混凝土的攪拌、運(yùn)輸、振搗及混凝土振搗后的抹平等處理工藝。混凝土的攪拌和運(yùn)輸主要采用商品混凝土，混凝土的攪拌、運(yùn)輸?shù)裙に囅鄬σ?guī)范和成熟，因此對混凝土開裂的影響不大。混凝土施工工藝對裂縫影響主要是混凝土的振搗及后期處理，特別是對于整體道床而言，由于其結(jié)構(gòu)形狀呈板式，體表比較小，振搗往往采用插入式振動(dòng)器，振搗完后采用表面抹平的方式，如果在這一階段施工工藝不合適，則很容易就出現(xiàn)裂縫，而這一點(diǎn)又往往不被重視。另外，應(yīng)適當(dāng)增加混凝土表面的收面次數(shù)，發(fā)現(xiàn)細(xì)小裂縫立即收面，避免在混凝土初凝前產(chǎn)生裂縫。在混凝土初凝結(jié)束前用抹子拍打容易出現(xiàn)裂縫的區(qū)域，特別是雙塊式軌枕或長軌枕與新混凝土的結(jié)合部位，也可在一定程度上避免裂縫的出現(xiàn)。

3.2 研究方法

采用試驗(yàn)研究的方法，對采用不同施工工藝的混凝土表面的開裂情況進(jìn)行研究。不同的施工工藝包括不同的混凝土振搗方式和次序、振搗完以后的抹平及后續(xù)的表面收面等步驟，以研究適宜的混凝土表面裂縫控制措施。

4 混凝土養(yǎng)護(hù)

4.1 問題分析混凝土的養(yǎng)護(hù)對控制混凝土早期的開裂具有至關(guān)重要的作用。混凝土的養(yǎng)護(hù)方法相對較多，主要包括自然養(yǎng)護(hù)法和蒸汽養(yǎng)護(hù)法。蒸汽養(yǎng)護(hù)法養(yǎng)護(hù)效果相對較好，但對于我國西北地區(qū)的整體道床混凝土而言，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)法是不現(xiàn)實(shí)的。在自然養(yǎng)護(hù)法中，可采取草袋覆蓋、噴淋灑水等措施進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。但這種方法要消耗掉大量的水，對于我國干旱的西北地區(qū)，這種方法也不太現(xiàn)實(shí)。采用較多的方法是在混凝土表面噴涂養(yǎng)生液或覆蓋養(yǎng)生膜等。

4.2 研究方法

首先調(diào)研各施工單位在整體道床施工時(shí)采用的混凝土養(yǎng)護(hù)方法，然后經(jīng)過對比分析，選擇幾種較適宜的混凝土養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證各種混凝土養(yǎng)護(hù)方法的效果，以確定適宜的整體道床養(yǎng)護(hù)方法。

5 結(jié)束語

整體道床在施工階段產(chǎn)生的裂縫數(shù)量在其總裂縫數(shù)量中占有相當(dāng)大的比例。因此，對其在此階段裂縫的產(chǎn)生及控制措施的研究具有重要意義。結(jié)合我國西北地區(qū)氣候特點(diǎn)，對整體道床施工階段混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施進(jìn)行研究，得出相應(yīng)結(jié)論，研究成果對整體道床混凝土裂縫的控制具有重要意義，但還需試驗(yàn)研究進(jìn)一步驗(yàn)證，并在實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)和完善。

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王曉云：中川鐵路有限公司，高級經(jīng)濟(jì)師，甘肅 蘭州，730000

董朝陽：中川鐵路有限公司，高級工程師，甘肅 蘭州，730000

責(zé)任編輯 苑曉蒙

中圖分類號：U215

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-061X（2015）05-0031-03