CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實混凝土層間離縫原因分析及預防措施

中鐵四局集團安徽中鐵工程材料科技公司，安徽 合肥 230000

0 引言

CRTS Ⅲ型板式無砟軌道是我國鐵路自主創新的，按照“雙塊式受力，I 型板制造，Ⅱ型板施工”的理念設計和施工，以自密實混凝土替代水泥乳化瀝青砂漿施工板下填充層為其關鍵技術，其軌道板與自密實混凝土連接主要依靠門型鋼筋和混凝土界面的黏結性能形成一個較為牢固的復合板結構，承受著鋼軌傳遞的縱、橫向力。

目前CRTS Ⅲ型板式無砟軌道在運營過程中出現了軌道板與自密實混凝土填充層間離縫和邊角裂紋的問題，本文主要從自密實混凝土收縮、軌道板翹曲變形等方面并結合成綿樂客專、成灌線、京沈客專和鄭徐客專等高速鐵路施工、養護工藝進行分析研究。

1 常見CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實混凝土層間離縫原因

1.1 自密實混凝土收縮產生裂紋離縫隙

與普通混凝土相比，自密實混凝土具有摻合料用量高、膠凝材料用量高、水膠比低等特點，其水分散失后極易引起干燥收縮［1］，導致自密實混凝土出現原生裂縫，嚴重降低了填充層的使用壽命。

1.2 軌道板翹曲變形導致的邊角裂紋

在CRTS Ⅲ型板式無砟軌道中自密實混凝土采用現場灌注，隨著自密實混凝土強度逐漸增加，通過軌道板底預留錨固鋼筋及層間粘結與預制軌道板形成復合結構，一起承擔溫度、列車荷載等影響。CRTS Ⅲ型板式無砟軌道板為單元結構，在不同溫度及約束條件相互作用下將產生翹曲應力發生翹曲變形［2］，施工單位為了控制軌道板的上浮量，加大軌道板扣緊力，導致軌道板約束條件而出現變形，如表1。

圖1 混凝土收縮裂紋

表1 扭矩與上浮量、變形量關系圖

受限位凹槽、軌道板自重、扣件系統縱向阻力等因素都會影響阻礙自密實混凝土其自身收縮變形，自密實混凝土的收縮應力就是沒有恢復的變形而產生的，這些收縮應力極易在應力集中的邊角地區形成裂紋如圖2。

圖2 邊角裂紋

1.3 自密實混凝土松軟發泡層

由于自密實混凝土中粘度改性材料摻量過低、外加劑引入過多氣泡、含氣量過大或外加劑與水泥相容性差等造成混凝土中的氣泡上浮至軌道板底面，氣泡與極高水灰比漿體在表層聚集形成發泡層如圖3，發泡層在后期列車運行荷載下，很快被破壞形成離縫。

圖3 自密實混凝土松軟發泡層

1.4 曲線板超高側離縫

在自密實混凝土灌注結束初凝之前，取掉灌注筒和防溢管，對觀察孔和灌注孔進行抹面處理，導致板腔上側自密實混凝土在重力作用下回流，在曲線板超高側形成離縫如圖4。

圖4 曲線板超高側離縫

2 預防措施

2.1 嚴格控制新拌自密實混凝土質量

攪拌站拌合自密實混凝土的攪拌工藝及其參數必須通過工藝性實驗來確定，不得任意改變投料順序、攪拌速度和時間等工藝參數，新拌自密實混凝土必須流動性良好，不得出現石頭下沉、表面浮漿。

新拌自密實混凝土性能檢測指標要求主要包括坍落擴展度、T500 時間、含氣量、抗離析性等，應在滿足相關規范要求的基礎，根據具體施工條件，選擇合適的范圍，出機時的坍落擴展度，宜以滿足灌注施工要求確定并應綜合考慮施工環境、運輸條件和工作性損失情況。

結合多條線路的施工經驗，建議灌注施工時的坍落擴展度宜630±30mm；擴展時間T500 宜為3～6s；可工作時間根據現場新拌自密實混凝土運輸距離和時間確定，但2h 內坍落擴展度損失≯30mm，且中間不允許出現后滯現象；含氣量宜為6%～8%；控制新拌自密實混凝土溫度在5～30℃，混凝土溫度過低時可采取加熱骨料、使用熱水等措施，溫度過高時可采用井水并加入冰塊、控制水泥拌合溫度等措施。

2.2 完善自密實混凝土的施工工藝

2.2.1 灌注施工前封邊及板腔潤濕

（1）封邊：檢查封邊是否穩固，軌道板壓緊裝置是否牢靠，壓緊裝置不得過緊，可采用扭矩扳手控制扭矩，扭矩大小以工藝性試驗得出的結果為準，一般以60kN 為宜。

（2）板腔潤濕：板腔內表面濕潤但無積水。如遇施工下雨的情況，應用塑料布或薄膜蓋住軌道板和軌道板底座，防止雨水流入軌道板底座表面、觀察孔和灌注孔；當雨水已大量進入板腔中，需用吊車吊起軌道板，清理限位凹槽的積水，重新鋪設隔離層、鋼筋網和軌道板。

2.2.2 灌注施工

（1）料位高度：灌注漏斗內自密實混凝土應保持一定的料位高度，漏斗底部距軌道板表面至少70 mm（直線70 mm，曲線100 mm），以此控制新拌自密實混凝土從漏斗出口的流量和流速。

（2）灌注速度：自密實混凝土灌注中，應調節中轉斗閥門大小盡可能保持灌注漏斗中混凝土液面高度的穩定；每塊軌道板下填充層的灌注時間不宜太快控制在8～12min，避免氣體排出不及時；也不應過慢，導致自密實混凝土充填有空隙；灌注速度應按照“慢快慢”［3］的方法，即從開始灌注到在灌注孔下方混凝土液面升高至軌道板底，在板腔內開始以一定坡度的斷面流動后加快灌注速度，待觀察孔的混凝土接觸到軌道板頂面，立即放慢灌注速度。通過調整灌注漏斗的閥門大小實現灌注速度的調控，在灌注就要結束的時候，要特別注意灌注速度，以防止灌注過多自密實混凝土而造成軌道板上浮；待排氣漿均勻穩定流出、含大石子較多的自密實混凝土再封堵排漿孔，如圖5、圖6。自密實混凝土應一次連續灌入，不得二次灌注。

圖5 恰當時機封堵排漿孔

圖6 錯誤時機封堵排漿孔

（3）灌注完成后，需在自密實混凝土失去流動性時（灌注后2～3h），取掉灌注管和防溢管，插入一根連接鋼筋后抹平，混凝土終凝前再進行一次抹平收面，涂刷養護劑或進行保濕養護。

2.3 自密實混凝土填充層的養護

填充層灌注1d 后，把封邊移開，先用目測法觀察填充層與軌道板之間是否有離縫或松軟發泡層，如無界面病害，繼續養護帶模養護不少于3d，如出現如前述發泡層離縫，應立即揭板重新灌注并查找原因，避免后期出現。

拆模后應及時對自密實混凝土進行保濕養護處理，主要使用噴涂養護劑，土工布包裹或養護模覆蓋等方法，保濕養護周期累計不少于14d。在特殊季節（冬季和夏季）拆模時，要對自密實混凝土使用合適的保溫（冬季）隔熱（夏季）方法［4］。

3 結語

通過京沈客專、昌贛客專自密實混凝土工藝性試驗和現場施工的改進及應用，分析了自密實混凝土層間離縫產生的原因，總結了控制和減少離縫產生的經驗：

⑴控制扣壓裝置的扭矩力，以不超過60kN 為宜，具體以工藝性試驗得出的結果為準，避免外力造成軌道板的變形，產生應力集中，出現邊角裂紋；

⑵完善施工工藝，以每塊板灌注速度8～12min 為宜；

⑶按要求養護14d，避免養護不到位造成裂紋。

雖然可以采取相應的措施，減少裂紋產生的概率，但由于現場施工控制不到位以及列車高速運行后，仍在部分薄弱地方出現離縫，如何有效地修補已經出現的離縫是當前一大難題。