漢十高鐵CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道裂縫原因及對策

孟雪罡

(中國鐵路武漢局集團有限公司建設管理處，湖北武漢430071)

0 引言

我國高速鐵路無砟軌道分為預制板式和現澆混凝土式，現澆混凝土式無砟軌道又分為CRTS-Ⅰ型雙塊式、CRTS-Ⅱ型雙塊式及道岔區軌枕埋入式。CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道是將預制雙塊式軌枕組裝成軌排，以現澆混凝土的方式將軌排埋入道床板中，因其施工方便、結構受力好、適應性強等優點，被國內高速鐵路和客運專線廣泛采用。新建武漢—十堰高速鐵路線路全長399.126 km，路基段全部采用CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道，工程于2016年1月開工建設，2018年2月軌道工程施工全面鋪開。在對無砟軌道工程提前介入檢查時，發現CRTS-I型雙塊式無砟軌道道床板出現不同程度的裂縫，特別是軌枕塊四角的“八字形”裂縫較為普遍，不僅影響軌道結構的整體性，還降低了軌道結構的安全性、平順性。

1 裂縫類型

CRTS-I型雙塊式無砟軌道結構，由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板、支承層或底座板等組成。道床板采用C40鋼筋混凝土現場澆筑，道床板裂縫類型呈現出多樣性，總體可以按以下兩種方式進行分類。

1.1 按裂縫深度及危害程度分類

1)表面裂縫。主要為道床板表層的淺層裂縫，深度較淺，一般不會對道床板主體結構產生危害。

2)深層裂縫。裂縫寬度超過0.2 mm、深度延伸到道床板部分結構斷面，在動荷載的反復作用下，會不斷發展，進而對道床板結構產生危害。

3)貫穿裂紋。裂紋深度延伸到道床板整個結構斷面，并縱向貫穿整個道床板，將道床板分離，直接危害道床板的整體安全性。

1.2 按裂縫形態和分布位置分類

1)橫向裂縫。垂直于線路方向，多位于新舊混凝土結合部、支撐層預裂縫處或道床板邊緣位置。

2)縱向裂縫。水平于線路方向，主要分布在道床板中部。

3)發散形裂縫。由多條裂縫組成，一般呈現為十字形、井字形等分散形態，多位于道床板中部。

4)“八字”形裂縫。裂縫位于軌枕塊四角，沿30°～45°方向向外延伸，兩條相鄰裂縫呈“八字”，故稱“八字”形裂縫。

通過對檢查發現問題的統計分析，80%以上的裂縫為“八字”形裂縫，此類裂縫在動荷載的作用下，長期發展容易形成深層裂縫。

2 裂縫形成的機理與原因

CRTS-I型雙塊式無砟軌道是現澆混凝土結構物，裂縫形成的機理大致可分為兩類，一是應力作用，預制軌枕塊和現澆道床板的內部釋放應力不一致、不同步，軌枕塊采用預制方式施工，內部應力在先期已經得到一定釋放，道床板為現澆混凝土施工，其內部應力釋放較慢，軌枕塊與道床板結合部分易產生內部應力差，當內部應力差超過混凝土抗拉強度時就會出現裂縫；二是材料變形，骨料粒徑、外加劑、施工溫度、拆模時間等控制不當時，道床板現澆混凝土發生水化反應，釋放出大量熱量，使混凝土內部溫度迅速升高，生產溫度應力，當溫度應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會發生塑性收縮變形，進而造成道床板裂縫。

產生裂縫的原因大致有以下幾個方面。

2.1 配筋不科學

沒有充分考慮預制軌枕塊內部應力與現澆道床板內應力釋放的不同步性，在軌枕塊四周配筋上沒有進行科學檢算，沒有采取有針對性的補強措施，提高軌枕塊四周混凝土的抗拉強度，以此抵消軌枕塊與道床板結合部的內部應力差。

2.2 布料不均勻

道床板混凝土施工大多采取泵送方式，施工人員為圖省事，集中在模板中部澆筑混凝土，混凝土由中部向四周自流，造成道床板混凝土整體不均勻，表層浮漿過厚，軌枕塊底部混凝土不密實，降低了軌枕塊與道床板混凝土之間的粘結性；在混凝土振動施工中，振動密度和深度不夠，容易造成軌枕塊四周及底部混凝土不實，甚至脫空。

2.3 配合比不合理

道床板施工多采用泵送混凝土，坍塌度較大，水泥、拌合水和外加劑的用量不合理，水泥漿含量過高，造成道床板混凝土收縮值過大；初期的水化速度快，水化熱較多，降溫時因自身的約束會引起較大溫度應力；骨料粒徑較小，粗骨料用量過少，增加了混凝土的收縮變形量；骨料中的含泥量過大，弱化了骨料與水泥石之間的粘結度，降低了混凝土的抗拉強度。

2.4 施工溫差控制不嚴

施工時間選擇不合理，特別是在夏、冬季施工時，沒有根據氣溫變化調整施工作業時間，有的甚至在夏季10時～15時氣溫最高時澆筑混凝土，使外部環境溫度遠遠大于混凝土自身溫度，因溫差過大造成混凝土結構應力不均勻，超過混凝土抗拉強度。

2.5 養護不到位

道床板混凝土還沒有初凝就提早拆模，造成混凝土塌陷，引發變形裂縫；道床板混凝土澆筑后3 h～4 h左右表面沒有采取覆蓋、澆水等養護措施，混凝土表面的水分蒸發過快，造成混凝土急劇收縮變形。

3 裂縫防治措施

3.1 增強軌枕塊周邊混凝土抗拉性

對軌枕塊四角配筋進行檢算，科學確定鋼筋直徑，必要時在軌枕塊四角設置倒角鋼筋、四周設置環向鋼筋，消除易出現應力集中的角點，從而提高道床板混凝土的抗拉性能，有效防止新舊混凝土內部應力釋放不一致而產生裂縫。

3.2 提高軌枕塊周邊混凝土密實度

科學布料，每組雙塊軌排按等距選擇三個布料點，從一側向另一側依次布料，防止混凝土從一側自流到另一側，保證混凝土入模時整體均勻性，降低混凝土表層浮漿厚度，防止出現離析；將軌枕塊埋設在道床板混凝土中的部分設置成毛糙面，施工前用高壓水槍對軌枕塊表面進行沖洗，將浮灰、浮渣等雜質清除干凈，提高軌枕塊與道床混凝土之間的粘合力；加強軌枕塊周邊道床混凝土的振搗，振動棒宜粗細結合配置，宜先采用直徑50 cm的粗振動棒先振搗，再用直徑30 cm的細振動棒加強振搗，振動棒的移動間距不超過振動棒作用半徑的1.5倍，振搗時間宜控制在25 s～40 s，避免漏振、過振，確保軌枕塊四周及底部混凝土密實；把握收面時機，道床板混凝土需要3次～4次收面，要將最后一次收面嚴格控制在初凝前后。

3.3 優化道床板混凝土配合比

配合比采用低水灰比、低水泥用量、低用水量，降低粗骨料最大粒徑，提高10 mm～20 mm粒徑碎石比例，確保碎石含泥量不大于1%、針片狀含量不大于8%；增加減水劑比例，混凝土外加劑進場后，要與膠凝材料進行相容性試驗，保證減水率、含氣量，在確保混凝土強度的前提下，提高混凝土的和易性；減少水的用量，嚴格控制坍塌度，泵送時坍塌度不大于160 mm，有效控制道床板混凝土收縮變形。

3.4 選擇合適的施工時間

為最大限度的降低外界穩定對道床板混凝土質量造成的影響，盡量選擇外界溫度變化較小的春季、秋季施工；夏季施工時，選擇在夜間22：00～凌晨5：00之間澆筑混凝土；冬季施工時，選擇當日氣溫最高時進行，保證混凝土入模溫度不低于5 ℃。施工前，密切關注天氣情況，遇到大風、降溫等惡劣天氣，及時采取搭設遮陽棚、保溫棚等防護措施。

3.5 加強混凝土養護

合理選擇拆模時機，道床板混凝土強度達到5 MPa方可拆模；在混凝土初凝并壓光后，采用土工布對道床板混凝土進行覆蓋，土工布表面用噴霧器造潮處理；混凝土終凝后進行表面灑水降溫，高溫季節每隔1 h左右安排人員對道床板表面濕潤情況進行檢查，保證不間斷保濕養護。

4 結語

CRTS-I型雙塊式無砟軌道道床板裂縫控制應以軌枕塊四角“八字形”裂縫為主，且極易演變成為深度裂縫，危及高速鐵路的安全性和平順性，必須采取增加鋼筋配置、優化混凝土配合比、嚴格施工過程控制等多方面措施，增強軌枕塊周邊混凝土抗拉性能、提高軌枕塊與道床板混凝土粘結性、降低道床板混凝土的塑性變形，從而有效防止道床板裂縫問題的發生。