鐵路路基雙塊式無砟軌道裂縫控制策略

宋世宇

摘 要：相關研究顯示，無砟軌道建設及運行過程中存在裂縫問題，尤其是鋼筋混凝土結構。受環境因素、梯度荷載、軸向荷載及列車荷載的影響，高速鐵路無砟軌道混凝土結構會出現裂縫、斷裂及擴展，嚴重影響無砟軌道的使用壽命和安全。因此，本文分析了鐵路路基雙塊式無砟軌道裂縫控制策略。

關鍵詞：鐵路路基;無砟軌道;鋼筋混凝土;裂縫

中圖分類號：U213.244 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）02-0105-02

Control Strategy for Cracks in Railway Subgrade with?Double Block Blast Track

Abstract： Related research shows that cracks occure during the construction and operation of ballastless tracks. In the course of work， crack problem appeare in reinforced concrete structure. Due to environmental factors， gradient loads， axial loads and train loads， the concrete structure of ballastless track of high-speed railway have cracks， fractures and extensions， which seriously affect the service life and safety of ballastless track.Therefore， the control strategy of railway roadbed double-block ballastless track crack was analyzed.

Keywords： railway subgrade;ballastless track;reinforced concrete;cracks

由于路基地段雙塊式無砟軌道道床屬于縱向連續現澆鋼筋混凝土結構，軌道裂縫不可避免。為保證無砟軌道的使用壽命，需重視無砟軌道的設計與施工，并使用相應的預防措施減少道床裂縫。

1 工程概況

新建武漢至十堰鐵路HSSG-4標項目經理部五分部起止里程DK428+111.6～DK445+927.637。其中，五分部線路長度17.816km，無砟軌道單線總長度32.442km。項目施工管段位于武當山低山區，十堰段位于秦嶺南麓武當山北坡低山區，地形起伏較大，溝谷縱橫曲折，最高山峰高程大于481m，相對高差200～300m;河谷區地形起伏不大，河流兩岸階地斷續殘存，地面相對高差50～100m;河谷區和谷地地表分布水塘、養魚池及小型水庫;沿線村莊多集中于河谷區，交通便利;鐵路工程以隧道為主[1]。

2 裂縫的形成原因

出現裂縫的主要設計原因包括四個方面。第一，設計結構中，斷面突然出現變化，導致應力過于集中而出現構件裂縫。第二，設計中對構件施加的預應力出現問題，導致構件裂縫。第三，未考慮到混凝土結構的收縮變形。第四，創建鋼筋配置較少或較粗，導致構件裂縫。出現裂縫的混凝土配合比原因包括四個方面。第一，水泥等級及品種選擇不當。第二，混凝土配合比中的水灰比較大。第三，單方水泥使用量及用水量較大，主要為水泥漿的體積、收縮及塌落度較大。第四，水灰比及砂率選擇不當，導致混凝土存在異性偏差而提高收縮值[2]。

此外，出現裂縫的原因還包括施工時間和養護措施問題。施工中，無砟軌道混凝土對溫度要求較高，澆筑混凝土后的水泥水化較快，使混凝土在短時間內出現溫度收縮、塑性收縮、干燥收縮及自生收縮等，最終導致表面裂縫。混凝土養護過程中，未及時灑水，導致混凝土表面出現龜裂情況;混凝土養護過程中，未在水泥水化混凝土凝固過程中的升溫階段采取降溫措施，從而提高了混凝土的內外溫差，導致混凝土出現裂縫。

3 無砟軌道裂縫的控制策略

3.1 混凝土裂紋控制標準

根據混凝土的不同暴露種類和德國DIN1045-1標準，對混凝土結構進行分析，從而確定鋼筋混凝土構件的裂縫寬度值。歐洲混凝土委員會規定了容許混凝土裂紋寬度值，并制定了承受荷載、環境條件及耐久度的值，如表1所示。

充分考慮混凝土構件，根據不同的環境類別和使用要求，我國相關規范使用裂縫控制等級實現寬度驗算。表2為我國裂紋等級和寬度容許值，其中第一種類別為無裂縫構件，第二種類別為無裂紋構件，第三種類別為存在裂紋，但需驗算構件。

3.2 混凝土保護層

一般上層縱向鋼筋配置在軌枕桁架鋼筋中，混凝土保護層厚度設置為50mm。直線地段中，道床板表面設置有橫向配水坡，道床板邊緣的地方縱向鋼筋保護層厚度為50mm以下。基于此，需調整縱向鋼筋到橫向鋼筋下方。

3.3 鋼筋的配置

裂縫的寬度和鋼筋量存在一定關系。道床板配筋率越大，最大裂縫寬度越小，裂縫間距也越小。鐵路路基雙塊式無砟軌道設計過程中，道床板根據0.8%～0.9%的配筋率實現配筋，裂縫控制寬度的設計為0.5mm，裂縫間距為1～2mm。基于確定的鋼筋量，使用小直徑鋼筋提高鋼筋和混凝土的接觸面，以提高混凝土的抗裂性。此外，布置鋼筋的過程中，要和混凝土表面接近，從而提高混凝土的抗裂性。

3.4 溫度裂縫控制策略

3.4.1 限制能量釋放和擴散。此措施主要是以水化熱和水化熱釋放速度的降低為基礎，降低水泥使用量或添加礦料和地熱水泥等。早強水泥的發熱量較大，不能在大體積混凝土構件中使用。利用粉煤灰、礦渣等礦物摻合料代替水泥，可吸收水化熱的能量，降低水化熱，防止混凝土裂紋。

3.4.2 限制自身溫度。為使混凝土在規定時間中強度硬化，避免出現溫度收縮裂紋，可降低混凝土澆筑溫度。一般控制澆筑溫度為18～25℃，從而提高入模溫度來滿足需求。

3.4.3 溫差限制。突然改變混凝土的溫度，將導致混凝土開裂。冷卻混凝土的過程中，控制降溫的速度在0.5～1℃/h。此外，可在混凝土表面設置隔熱層，使混凝土表面溫度無法迅速降至環境溫度，從而控制開裂。根據實際現場情況選擇材料隔熱率、隔熱層厚度及使用時間，避免出現降低內部溫度的情況。

3.4.4 提高自身性能。為避免開裂，可對混凝土自身進行要求。例如，通過一系列先進措施，提高混凝土的抗拉性能;改變骨料的類型，降低混凝土的膨脹系數，從而減少混凝土的收縮裂紋。

4 結語

鐵路路基地段雙塊式無砟軌道使用連續結構會出現裂縫。為保證無砟軌道60年的使用壽命，本文分析了鐵路路基雙塊式無砟軌道裂縫的控制策略，即出現裂縫后，應深入分析不同寬度道床板裂縫，采用合理的處理方法，以保證無砟軌道的穩定、安全。

參考文獻：

[1]張書國.雙塊式無砟軌道混凝土裂縫成因及控制措施[J].現代城市軌道交通，2015（2）：46-47.

[2]王樞.高速鐵路路基上雙塊式無砟軌道道床板混凝土裂紋綜合防治技術[J].鐵道建筑技術，2014（10）：122-125.