無砟軌道裂縫成因分析及設計注意事項

高常亮

中鐵第五勘察設計院集團有限公司

無砟軌道裂縫成因分析及設計注意事項

高常亮

中鐵第五勘察設計院集團有限公司

以無砟軌道為研究對象，主要以“無砟軌道裂縫類型”、“無砟軌道裂縫問題及采取措施”為主要切入點，分析得出無砟軌道裂縫成因，并對今后無砟軌道的設計提出一些有價值的意見及建議。

無砟軌道裂縫；裂縫類型；裂縫防治措施

目前，國內廣泛采用的無砟軌道均為鋼筋混凝土結構，此結構在結構荷載、材料特性、溫度變化等因素作用下有可能產生裂縫，嚴重的情況下會影響軌道結構安全，因此設計人員應充分了解混凝土結構裂縫產生的原因及需要采取的預防措施。

一、無砟軌道裂縫類型

1.收縮裂縫：

混凝土凝結硬化過程中產生收縮，包括塑性收縮、自生收縮和干燥收縮三種。無砟軌道混凝土凝結時不可避免地受到各種約束作用，出現裂縫。

(1)塑性收縮：指混凝土澆筑后仍處于塑性狀態時，由于表面水分蒸發過快而產生的裂縫，多在表面出現，形狀不規則、長短不一、呈龜裂狀。

(2)自生收縮：水泥熟料在水化反應的過程中，反應后生成物的平均密度變小而引起體系的體積收縮所致。

(3)干燥收縮：指混凝土硬化后在較長時間內由于混凝土內部的水分蒸發引起的水泥石干燥收縮。裂縫多在表面很淺的位置，裂縫細微，呈平行狀或網狀。

2.溫度裂縫：

溫度裂縫產生的主要原因是由溫差造成的。

(1)混凝土水化熱。混凝土澆筑初期，水泥水化過程中產生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱集聚在混凝土內部不宜散發，常使混凝土內部溫度上升，而混凝土外表面溫度為室外環境溫度，就形成了內外溫差，這種內外溫差在混凝土凝結初期產生的拉應力超過混凝土抗拉強度時就會導致混凝土裂縫。

(2)整體溫度升降差?；炷两Y構在隨季節性變化和日照的循環變化下，結構整體發生均勻的溫度升降變化，從而使混凝土結構發生伸縮。無砟軌道混凝土結構縱向受到很大約束，混凝土結構越長引起的溫度力越大，可導致混凝土出現貫通裂縫。

(3)溫度梯度。混凝土結構在太陽照射下，其上表面溫度高，下表面溫度低，由于混凝土的熱傳導性能差使軌道板沿高度方向上存在溫度梯度。溫度梯度會導致軌道結構發生翹曲及表面橫向裂紋。

3.鋼軌伸長引起裂縫

無砟軌道施工時一般先將鋼軌、軌枕精確定位，擰緊扣件，然后再澆筑混凝土。當白天太陽直射外界溫度比較高時，鋼軌的溫度發生急劇升高，鋼軌伸長，這時由于混凝土處于初凝狀態，強度趨近于零，若不能及時松開扣件，鋼軌受溫度影響的伸縮將帶動軌枕在新澆混凝土土中移動從而產生裂縫。

4.骨料塑性沉落引起的裂縫

混凝土在澆筑時，由于振動棒和重力作用，骨料下沉。水泥漿上升，這種沉落直到混凝土硬化時方停止。當這種塑性沉落受到模板、鋼筋及預埋件的抑制(或模板沉陷、移動時)就會出現裂縫。另外在施工中如果模板綁扎不好、模板沉陷、移動時也會出現此類裂縫。

5.新舊混凝土不良結合裂縫

道床板與雙塊式軌枕的周邊屬于新、舊混凝土的結合部位，且軌枕表面無附加處理措施，造成新、舊混凝土結合效果較差，易產生裂縫;在雙塊式軌枕的側面及角部，常出現由于新舊混凝土黏結不良而引起的裂縫。運營后隨著列車運營次數的增加，裂縫還將進一步擴大。

二、不同裂縫的控制措施

1. 道床板表面龜裂

(1)產生原因：表面有泌水，干了之后形成龜裂；塌落度正常，但施工單位為了施工方便，往混凝土中加水，導致實際用水量大于配比值；施工時溫度過高或過低。

(2)處理措施：針對泌水導致的開裂可采取道床板表面有泌水時進行二次抹面，養護時主要采用保水養護的措施，可遮蓋塑料布等，不再灑水的措施；控制水灰比和溫度。

2. 伸縮縫、施工縫、后澆帶等處道床板上拱

(1)產生原因：穩定變化導致道床板上拱，尤其是南方地區白天晚上溫度都很高，混凝土內力不能釋放。

(2)處理措施：兩次澆筑施工時間超過24小時，要采取措施。后澆帶混凝土灌注時間待先澆帶裂紋發展結束以后再做后澆帶施工。

3. 水害造成道床板底部被掏空

(1)產生原因：伸縮縫處水害影響。

(2)處理措施：南方多水地區盡量不用單元式。

4. 雙塊式軌枕，軌枕塊周圍離縫

(1)產生原因：軌枕間鋼筋過多，不利于振搗，軌枕間混凝土振搗不到位。

軌枕用了脫模劑，表面光滑，難于與二次澆筑混凝土結合。

(2)處理措施：軌枕間要加強措施，采用軌枕四周補振措施，確實振搗到位。

5.排架法施工混凝土產生裂紋

(1)產生原因：目前主要采用排架法施工，包括雙排架和單排架，其主要目的是通過高剛度保持軌道施工精度。缺點在于排架剛度過大，混凝土澆筑后排架受力，拆除排架后應力轉移給混凝土，導致混凝土受力復雜，產生各種裂紋。

(2)處理措施：用排架法施工關鍵要通過試驗確定排架釋放時間，即確定混凝土初凝和終凝時間及松開排架的時間。

三、結語

無砟軌道施工中根據現場環境調整施工工藝和養護措施，加強現場施工的過程質量管理，盡量減少裂縫的產生。對于產生的裂縫應根據成因采取措施及時處理。設計單位應根據具體工程地理位置、軌道結構類型、施工方式等內容在設計文件中提出具體施工運營指導意見。

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高常亮(1985—)，女，遼寧營口人，2009年畢業于北京交通大學鐵道工程專業，碩士，工程師，主要從事鐵路勘察設計工作。