地鐵高架段軌道施工道床裂縫的預(yù)防和治理

余金剛

摘 要：城市地鐵高架段軌道結(jié)構(gòu)主要為現(xiàn)澆的混凝土道床板，由于軌道結(jié)構(gòu)裸露在地表，季節(jié)溫差變化大，如果施工管理及技術(shù)措施控制不到位，極易出現(xiàn)開裂的情況。道床裂縫產(chǎn)生會(huì)影響道床板的承受能力及使用壽命，隨著時(shí)間的推移，情況嚴(yán)重的甚至?xí)绊懗塑嚢踩Ｒ虼耍罔F高架段施工道床裂縫的預(yù)防和治理非常重要，基于此，對(duì)地鐵高架段軌道施工道床裂縫的預(yù)防和治理進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：施工道床；裂縫；預(yù)防和治理

中圖分類號(hào)：U216.442? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2024）02-0025-03

1 工程概述

無錫地鐵S1號(hào)線為南北走向線路，線路起自江陰市江陰外灘站，終至惠山區(qū)堰橋站，S1號(hào)線工程共分為3個(gè)標(biāo)段，中鐵十七局集團(tuán)有限公司承建軌道施工三標(biāo)。施工范圍為：北起江陰南站（不含）南至既有堰橋站（不含），里程范圍（DK14+943.084～DK30+940.745），共2站3區(qū)間，線路長(zhǎng)15.99 km，均為高架線路[1]。其道床類型為普通整體、減振扣件整體。

2 道床裂縫產(chǎn)生原因分析

道床裂縫的產(chǎn)生與澆筑混凝土內(nèi)部及外部溫度息息相關(guān)，內(nèi)外溫度差會(huì)形成溫度應(yīng)力，容易使道床周邊產(chǎn)生裂縫。外部不同的施工環(huán)境也會(huì)對(duì)道床混凝土施工產(chǎn)生不同程度的影響。本文主要從混凝土內(nèi)部和外部對(duì)道床裂縫產(chǎn)生情況進(jìn)行分析。

2.1 內(nèi)在原因

在地鐵道床施工時(shí)，混凝土標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)單位已經(jīng)明確。在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，如果選擇水泥的等級(jí)較低，造成混凝土早期強(qiáng)度低，在長(zhǎng)期受壓影響下，道床會(huì)加大變形，容易出現(xiàn)裂紋。

石子是混凝土重要的骨料之一，石子大小會(huì)引起道床強(qiáng)度變化。因此，在混凝土配比中，石子的粒徑要根據(jù)具體情況選擇。沙子是混凝土的細(xì)骨料之一，對(duì)混凝土的強(qiáng)度也有很大的影響，沙子中如果含有砂丘、土塊等不良物質(zhì)，致使顆粒不均勻，就會(huì)影響混凝土的流動(dòng)性，加大混凝土的收縮，引起混凝土不密實(shí)、不堅(jiān)固，使混凝土出現(xiàn)裂縫。

外加劑的選用也不容忽視，在施工生產(chǎn)中如果外加劑選用不合適，會(huì)影響到床板質(zhì)量。如應(yīng)用膨脹劑時(shí)，要及時(shí)采取濕養(yǎng)溫養(yǎng)措施，避免水分流失，道床混凝土產(chǎn)生裂縫[2]。

2.2 外在原因

可能存在以下10個(gè)原因：①在混凝土澆筑時(shí)施工工序控制不到位，導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層厚薄不一。②軌枕四周與混凝土相接處未進(jìn)行充分振搗，導(dǎo)致軌枕與道床混凝土相接面容易出現(xiàn)裂縫。③在架力模板時(shí)，模板未使用鋼筋支撐加固，在進(jìn)行道床混凝土澆筑時(shí)，由于混凝土的沖擊力造成支力的模板偏位，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，道床產(chǎn)生裂縫。④道床施工完成，未及時(shí)拆卸鋼軌扣件，讓鋼軌在溫度應(yīng)力作用下自由伸縮，導(dǎo)致軌枕出現(xiàn)波動(dòng)，引發(fā)道床裂縫。⑤軌枕強(qiáng)度為C60，澆筑的道床混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度一般為C35和C40，由于強(qiáng)度不同，釋放的應(yīng)力不同，且一個(gè)干燥一個(gè)濕潤(rùn)，粘結(jié)度較低，容易引起道床裂縫。⑥水凝混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，水凝混凝土表面水分快速蒸發(fā)，體積收縮加快，但是道床內(nèi)部溫度基本保持不變或者很小，對(duì)內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致道床面裂縫。⑦由于搶趕工期，工序之間銜接過于緊密，在混凝土未完全凝固的情況下在道床上放置軌排、鋼筋及其他工器具，道床面過早的承受大荷載，引發(fā)道床裂縫。⑧道床混凝土澆筑時(shí)，混凝土內(nèi)部及外部環(huán)境溫差變化大，引起道床裂縫。⑨強(qiáng)度未達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求，軌道車提前行駛在軌道結(jié)構(gòu)上[3]。⑩橋梁沉降，帶動(dòng)道床位移。

3 現(xiàn)澆混凝土裂紋的防制措施

3.1 內(nèi)在原因防制措施

選用等級(jí)較高的水泥，提高混凝土早期強(qiáng)度，在恒定荷載的作用下減小道床變形。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證不影響混凝土標(biāo)號(hào)的情況下，減少水泥的用量，減小混凝土的收縮、水泥反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，降低混凝土背部溫度。

配合比設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格控制骨料的選擇，保證骨料粒徑應(yīng)趨于均勻分布。混凝土是由水泥、骨料、水和摻合料按一定比例配制而成的建筑材料[4]。骨料是混凝土中的重要組成部分，選擇正確才能保障道床質(zhì)量。施工過程中，加強(qiáng)對(duì)混凝土廠家的監(jiān)督檢查，確保使用材料的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

施工中針對(duì)外加劑的使用，試驗(yàn)人員及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員要做好監(jiān)督研判，根據(jù)季節(jié)變化及混凝土性狀合理使用外加劑，并做好相對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施，保障混凝土質(zhì)量。

3.2 外在原因防制措施

保障足夠的鋼筋保護(hù)層厚度。利用標(biāo)高控制桿，在混凝土澆筑前，確定并標(biāo)記好道床要澆筑混凝土的標(biāo)高。施工過程中做好鋼筋保護(hù)層厚度的檢查。

混凝土振搗施工時(shí)要連續(xù)，由有經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員進(jìn)行，嚴(yán)格控制插入時(shí)間，每次約15～25 s，熟知振搗到位的標(biāo)準(zhǔn)。不碰模板、鋼筋、預(yù)埋件，在軌枕四周，要加密振搗。在軌枕端頭與道床邊沿寬度僅20 cm，使用插片反復(fù)多次插入搗實(shí)。

使用模板加固時(shí)，宜選用鋼模，并在底部插打鋼筋進(jìn)行加固，在曲線超高及反超高地段要做好模板標(biāo)高的控制，確保混凝土澆筑時(shí)模板穩(wěn)定性。

鋼軌應(yīng)力要放散到位。已澆筑道床終凝后，安排專人對(duì)當(dāng)天澆筑的道床扣件進(jìn)行拆卸，充分釋放鋼軌應(yīng)力。做好拆卸段軌道的防護(hù)，在應(yīng)力充分釋放后軌道車行走前恢復(fù)。

混凝土澆筑前，在軌枕與混凝土接觸面的四周刷一層膠粘劑材料，原材料主要為醋酸乙烯-乙烯，該材料有較高的粘性、耐水、抗老化，能使軌枕與混凝土有效的結(jié)合，減少道床開裂的可能性。

混凝土在澆筑后的早期階段，需要保持濕潤(rùn)狀態(tài)，以防止水分的蒸發(fā)和混凝土的干燥，可采用覆蓋濕布、噴水、噴霧等方法濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。注意養(yǎng)護(hù)溫度控制，一般在5～35℃，溫度過低時(shí)覆蓋保溫材料。養(yǎng)護(hù)期嚴(yán)格按照要求控制到7～14 d。

在當(dāng)天澆筑的混凝土小里程端放置防護(hù)標(biāo)牌，做好作業(yè)人員及現(xiàn)場(chǎng)管理人員的警示教育，避免因搶趕工期，在混凝土未完全凝固的情況下在道床上放置軌排、鋼筋及其他工器具。

合理控制混凝土內(nèi)外部溫差。如采用礦渣水泥減少水化熱的產(chǎn)生，減小混凝土初始澆筑時(shí)的溫度等。可在道床板內(nèi)部設(shè)置測(cè)溫儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控道床板內(nèi)部和外部溫度。

合理控制下道工序所需材料利用軌道車周轉(zhuǎn)的時(shí)間，要充分考慮各種影響，在混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%時(shí)不得利用軌道車周轉(zhuǎn)材料。新澆筑混凝土隔天通行。高架段整體道床機(jī)鋪工效為110 m/d，施工時(shí)新增走行軌110 m/d，保證軌道車運(yùn)輸?shù)能壟旁谛聺仓幕炷烈酝獾踹\(yùn)，新澆筑混凝土道床當(dāng)天不得通過軌道車。通過這種方式可以使新澆筑混凝土道床在未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%之前不進(jìn)行受載，在道床混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度，能夠有效防止道床因提前受載而開裂，檢查發(fā)現(xiàn)道床開裂明顯減少。

按照設(shè)計(jì)要求橋梁施工完畢后達(dá)到設(shè)計(jì)沉降要求，土建單位預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)間達(dá)到2個(gè)月，保證道床混凝土荷載施加后，橋梁不進(jìn)行沉降。提前將組裝完成的軌排放置到施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)梁體進(jìn)行預(yù)壓，軌排放置完成后測(cè)量班組進(jìn)行軌道高程測(cè)量，判斷梁體是否沉降，沉降過大嚴(yán)禁進(jìn)行道床混凝土施工。對(duì)梁體提前預(yù)壓，防止梁體突然受載，減少沉降過大，較少因梁體沉降引起的道床開裂。軌排對(duì)梁體預(yù)壓如圖1所示。

4 裂紋預(yù)防效果評(píng)價(jià)及治理措施

4.1 裂紋預(yù)防效果評(píng)價(jià)工程實(shí)例

無錫地鐵S1線線路全長(zhǎng)30.74 km（地下線10.84 km，過渡段0.2 km.高架線19.7 km），江陰城區(qū)段采用地下敷設(shè)方式，徐霞客大道區(qū)段采用高架敷設(shè)方式，共設(shè)車站9座。無錫至江陰城際軌道交通工程PPP項(xiàng)目軌道工程專業(yè)分包三標(biāo)段，全部為高架線，共設(shè)2站3區(qū)間（峭青區(qū)間5.5 km、青馬區(qū)間7.1 km、馬堰區(qū)間3.39 km）。主要工程量為：正線和配線鋪軌32.651 km，單開道岔10組，交叉渡線2組，疏散平臺(tái)15.99 km。

對(duì)無錫地鐵S1號(hào)線整體道床長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行跟蹤和研究，對(duì)道床板表層出現(xiàn)裂紋的情況進(jìn)行內(nèi)外部因素的分析、控制，有助于預(yù)防道床板表層出現(xiàn)裂紋的情況，受到了監(jiān)理和業(yè)主的高度贊揚(yáng)。

針對(duì)成型道床混凝土質(zhì)量存在的問題，安排了相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行落實(shí)，每澆筑7 d進(jìn)行一次檢查，并與前面的作比較，統(tǒng)計(jì)的結(jié)果如表1所示。通過分析可知問題得到了解決，合格率由84%提高到96%，施工質(zhì)量顯著提高，解決了成型管片施工質(zhì)量合格率低的問題。且作業(yè)班組人員操作技能得到了提高，施工進(jìn)度也大大加快，達(dá)到本次活動(dòng)的目標(biāo)。在后續(xù)道床作業(yè)過程中，按要求執(zhí)行相應(yīng)的措施，保障區(qū)間順利軌通[5]。

此次活動(dòng)大大降低了隧道管片錯(cuò)臺(tái)發(fā)生率，使其達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，得到了各個(gè)上級(jí)單位的一致認(rèn)可，對(duì)高架段道床機(jī)鋪推廣起到積極作用。本次活動(dòng)降低了高架段整體道床開裂率，合格率由81%提高到96%，施工質(zhì)量顯著提高，經(jīng)核算取得的經(jīng)濟(jì)收益超過了30萬(wàn)元。

4.2 道床裂紋治理措施

對(duì)出現(xiàn)的極少數(shù)細(xì)微裂紋，項(xiàng)目也采用了相應(yīng)的措施進(jìn)行了處理。為更好地完成質(zhì)量克缺整改，成立以項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人為組長(zhǎng)的克缺小組。

4.2.1 修補(bǔ)材料選擇

具有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①該材料粘度非常低，流動(dòng)性強(qiáng)，能進(jìn)入很小的道床裂縫中。TK-C型修補(bǔ)材料性能指標(biāo)圖如表2所示。②凝固迅速，大大提高作業(yè)效率。③適應(yīng)能力強(qiáng)，在-10℃的低溫環(huán)境中以及濕度較高的地方依然能夠快速凝固。④保障道床裂縫間隙混凝土有效的粘結(jié)，并且抗拉、抗壓。適用于無砟軌道砂漿離縫，雙塊式無砟軌道離縫、自密實(shí)混凝土與道岔板離縫、寬度>0.5 mm 裂縫低壓注漿或重力灌漿，尤其適合運(yùn)營(yíng)期天窗時(shí)間內(nèi)施工使用。

4.2.2 修補(bǔ)工藝

裂縫注漿前的準(zhǔn)備包括以下內(nèi)容：①對(duì)高架道床裂縫所處的位置、形態(tài)、特點(diǎn)進(jìn)行全面排查，做好記錄，并制定相應(yīng)的處理方案。②為提高裂縫修補(bǔ)的作用，注漿前使用毛刷和除塵器，對(duì)裂縫所處位置及周邊灰塵雜物進(jìn)行全面清理、清潔，保證裂縫處理面干燥、清潔。

裂縫注漿包括以下內(nèi)容：①設(shè)置注射嘴。根據(jù)每道裂縫的不同狀態(tài)，研判選定注漿嘴位置，每個(gè)注漿口的間隔位置不大于25 cm，裂縫修復(fù)前注漿嘴注意保護(hù)，不得堵塞。②涂抹封縫。使用封縫膠涂刷，對(duì)裂縫表面進(jìn)行封堵。③將注漿管與注漿嘴進(jìn)行連接，使注漿嘴都保持氣流暢通的狀態(tài)。④裂縫注漿。

將注漿設(shè)備與注漿口連接，連接牢固后，開始注入調(diào)配好的修復(fù)材料，當(dāng)注射的漿液溢出裂縫表面，無法繼續(xù)壓入時(shí)，說明內(nèi)部漿液飽滿，此時(shí)停止注漿。注漿結(jié)束25 min左右，撤除注漿設(shè)備，并對(duì)已處理裂縫表面進(jìn)行清理。

此種地鐵高架道床裂縫修補(bǔ)材料和修補(bǔ)方法在全國(guó)多條城市軌道線路進(jìn)行了應(yīng)用。裂縫修補(bǔ)時(shí)先開展試驗(yàn)段，并邀請(qǐng)建設(shè)、監(jiān)理、總包單位見證后，進(jìn)入全標(biāo)段排查及修補(bǔ)，在無錫地鐵S1線也取得了良好的應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市軌交通整體道床混凝土施工產(chǎn)生裂紋是質(zhì)量通病，堅(jiān)持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，在思想上提高認(rèn)識(shí)，在施工的過程中嚴(yán)格按照本文的防治措施執(zhí)行，精益求精，嚴(yán)格執(zhí)行三檢制，控制好施工中的每一道工序，才可能最大限度地預(yù)防和減少裂紋的產(chǎn)生，施工出質(zhì)量合格的混凝土道床。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50157-2013，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] TB10082-2017，鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB50308-2017，城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].

[4] GB/T50299-2018，地下鐵道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] TB10413-2018，鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].