高性能混凝土表面修复防护技术在路基道床板中的应用.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２０２４３０４・线路／路基工程・高性能混凝土表面修复防护技术在路基道床板中的应用黄国丹（中铁十七局集团第一工程有限公司山西太原０３００３２）摘要：ＣＲＴＳＩ型双块式无砟轨道在路基地段道床采用连续结构，路基在不均匀沉降、早期荷载等作用下，造成道床板在假缝处拉应力和剪切力加大，导致道床开裂。同时长期受温度变化、雨水侵袭等自然影响，会加剧道床开裂，影响道床寿命。虽然施工中采取了一系列预防措施，但裂纹或裂缝始终存在，为了提高道床板的耐久性能及结构寿命，对实体结构开裂的部位采用高性能混凝土表面修复防护技术代替普通聚氨脂涂料防水材料修复技术。本文从高性能防护涂料的力争陛能分析、配合比、施工工艺方面阐述，满足道床板的耐久性能及结构寿命要求。关键词：高性能混凝土裂缝防护技术数值分析中图分类号：ＴＵ５２５；Ｕ２１３．７文献标识码：Ａ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１８．Ｓ２．０６３ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｎｃｒｅｔｅＳｕｒｆａｃｅＲｅｐａｉｒｉｎｇＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｐｌｉｅｄｉｎＳｕｂｇｒａｄｅＢｅｄＨｕａｎｇＧｕｏｄａｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１７山ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＦｉｒｓｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，ＴａｉｙｕａｎＳｈａｎｘｉ０３００３２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＲＴＳＩｔｙｐｅｄｏｕｂｌｅ－ｂｌｏｃｋｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｒｏａｄｂｅｄｓｅｃｔｉｏｎ，ｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｓｏｆｕｎｅｖｅｎｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｅａｒｌｙｌｏａｄ，ｔｈｅｓｕｂｇｒａｄｅｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｐａｖｅｍｅｎｔｂｅｄｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｆａｌｓｅｓｅａｉｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｈｅａｒｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｃｒａｃｋｉｎｇｔｈｅｐａｖｅｍｅｎｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓ，ｒａｉｎｉｎｖａｓｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｎａｔｕｒａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅ，ｉｔｗｉｌｌａｇｇｒａｖａｔｅｔｈｅｒｏａｄｂｅｄｃｒａｃｋｉｎｇａｎｄｃｕｔｄｏｗｎｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｒｏａｄｂｅｄ．Ａｌｔｈｏｕｇｈａｓｅｒｉｅｓｏｆｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ｔｈｅｃｒａｃｋｓ眦ａｌｗａｙｓｅｘｉｓｔｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｌａｂａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｉｆｅ，ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｒｆａｃｅｒｅｐａｉｒｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｕｓｅｄｉｎｓｔｅａｄｏｆｏｒｄｉｎａｒｙｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｃｏａｔｉｎｇｉｎｔｈｅｃｒａｃｋｏｆｓｏｌｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｉｘｍｔｉｏａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｃｏａｔｉｎｇｓ矾ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．ｗｈｉｃｈＣａｎｍｅｅｔｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｉｆｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｌａｂ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｒａｃｋ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ１引言无砟轨道混凝土裂缝是工程中普通存在的质量通病，在西成铁路客运专线四川段无砟轨道施工过程中出现了路基段轨道板混凝土开裂现象。混凝土出现裂缝后，在开裂部位形成结构薄弱环节，加大混凝土与周围环境的接触面积，激发｝昆凝土的劣化——收稿日期：２０１８０３２８作者简介：黄国丹（１９８６一），女，工程师，主要从事混凝土试验检测等技术工作。速度。若为钢筋混凝土，则开裂部位的钢筋保护层厚度被严重削弱，易造成该部位因裂缝贯穿钢筋导致钢筋腐蚀，进而弱化结构安全性。如何有效处置裂缝，并使处理后的修复材料不起皮、不脱落、不再发生二次或多次开裂现象是研究分析的重点。２工程概况西成铁路客运专线四川段站前工程ＸＣＺＱ－２标的无砟轨道施工段铺设正线里程为ＤＫ３６６＋８２８一ＤＫ４３１＋６６０，单线共计１２０．９ｋｍ。其中路基５８段，铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｉ：ｔ２）２４３万方数据・线路／路基工程・２１．１６ｋｍ，占全长的１６．３％。３无砟轨道相关参数（１）ＣＲ髑Ｉ双块式无砟轨道路基段由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板和支承层组成。道床板纵向、横向上下层均配有钢筋，钢筋对控制裂缝发展起着重要的作用，因此必须考虑钢筋对结构受力的影响。依据弹性地基梁体有限元理论，运用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立钢轨一扣件一道床板＿支承层＿＋路基相互作用的实体模型。钢轨采用梁单元模拟，道床板、支承层修复材料以及轨枕块均采用实体单元模拟，道床板中的钢筋采用桁架单元模拟，钢轨与轨枕之间的扣件连接采用线性弹簧单元来模拟，支承层底面加上弹性地基约束。钢筋采用嵌人技术嵌入到道床板中，与道床板单元形成耦合作用，以模拟钢筋与混凝土间的粘结滑移。本文建立相关有限元模型时，预先在道床板中切出裂纹位置，再将修复材料补人，计算时取３个单元板长度，修复材料在中间长度处，模型两端加上纵向和横向的位移约束，模型中道床板与支撑层间修复材料与道床板间接触全采用粘结方式。双块式无砟轨道梁体模型如图１所示。图１路基段双块式无砟轨道梁体模型（２）计算模型的主要参数包括：钢轨断面采用ＣＨＮ６０轨，扣件刚度取为２０ｋＮ／ｍｍ，轨枕间距取为０．６５ｍ，道床板弹性模量Ｅ＝３２．５ＧＰａ，其厚度Ｘ宽度＝０．２６ｍｘ２．８ｍ；支承层弹性模量Ｅ＝２５．５ＧＰａ，厚度Ｘ宽度＝０．３０ＩＴＩ×３．４１ＴＩ。钢筋弹性模量Ｅ＝２１０ＧＰａ，纵横向钢筋直径分别为２０ｎｌｌｎ、１６ｍｍ，线膨胀系数ａ＝１．１８×１０一，上下层钢筋混凝土保护层厚度分别为５０ｍｍ．４０ｔｏｎｉ。路基基床面刚度为７６ＭＰａ／ｍ。在列车荷载作用下，道床板上表面的裂纹将闭合，考虑道床板上表面裂纹的情况时，最不利荷载为轨道整体降温荷载和负温度梯度的耦合作用。考虑到各地气温差℃℃异，分别采用２５和５０下的２个降温工况。４维修材料力学分析（１）在道床板开裂后，雨水有可能通过裂纹渗透到道床板内部，从而加剧道床板的破坏，尤其是当裂缝深度达到钢筋保护层时，雨水将锈蚀钢筋，铁道建筑技术缩短钢筋混凝土的使用寿命。因此，在道床板出现裂缝时，应当及时进行维修。（２）依据铁运［２０１２］８３号文件《高速铁路无砟轨道线路维修规则》要求，裂缝宽度在０．２ｍｍ及以上混凝土采用低压注浆法＋表面封闭法修复；裂纹宽度在０．２ｍｍ以下的混凝土直接采用表面封闭法修复。因西成铁路客运专线四川段双块式无砟轨道混凝土在原材料质量、配合比性能、施工工艺及养护均得到有效控制，故路基段道床板大部分为０．２ｍｍ以下裂纹，本文重点阐述裂纹的修复技术及材料应用。（３）表面封闭法是最简单和最普通的裂缝修复方法，用于修复对结构影响不大的裂纹（裂纹宽度在０．２ｍｍ以下），通过密封裂纹来防止雨水、化学物质和二氧化碳的侵入。（４）裂纹维修材料的弹性模量和拉伸强度不同，材料的拉应力（如图２所示）随裂纹宽度的不同而变化。提高修复材料对横纵向裂纹拉应力的问题，就要解决材料的拉伸强度，拉伸强度的大小与材料的弹性模量有正比关系，材料拉伸强度高则弹性模量大；反之，材料拉伸强度低则弹性模量小。而裂纹宽度在０．２ｍｍ及以下时，修复材料的弹性模量（如图３所示）席不小于１０ＧＰａ。对２．３茎２．２Ｒ２．Ｉ兽２．０嬗１．９垂１．８娄１７垂；薹：２嬗１妻：１裂纹宽度／ｍｍ裂纹宽，目Ｕｍｍ图２材料拉应力随裂纹宽度变化示意修复材料弹性模量／ＭＰａ修复材料弹性模量／ＭＰａ图３材料拉应力随材料弹性模量变化示意５ＢＨ－２１８高性能混凝土表面修复防护涂料技术应用５．１防护涂料技术优点（１）相对于其它传统封闭材料，如聚氯脂涂料、水泥基胶粘接剂等。高性能混凝土表面修复防护涂ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｌ增２１磊竺嘉飞赢溪鼍鼋万方数据・线路／路基工程・料的优点是使用简单、施工便捷、附着力强、粘接强度高、漆膜延伸率及柔韧性好、材料弹性模量高、耐紫外线、耐腐蚀、防水防渗能力强。（２）此修复防护涂料完全满足铁运［２０１２］８３号文件《高速铁路无砟轨道线路维修规则》的要求。５．２防护涂料检测项目与指标（１）依据《高速铁路无砟轨道线路维修规则》要求，用于道床板表面封闭的材料需满足表１要求。（２）在实际应用过程中，聚氨脂涂料的拉伸强度一般为３．５ＭＰａ以上，拉伸强度较《高速铁路无砟轨道线路维修规则》的要求高，但聚氨脂涂料与混凝土的粘接强度较低、柔韧性不足，尤其雨水涂刷侵蚀后会出现龟裂和自然起皮现象。表１表面封闭涂层材料性能指标要求序号项目单位指标要求ｌ表干时间ｈ≤２２拉伸强度（７ｄ）ＭＰａ≥２３断裂伸长率（７ｄ）％≥１００４人工气候老化（７２０ｈ）无裂纹５耐碱性％６０～１５０６不透水性（Ｏ．３ＭＰａ，３０ｒａｉｎ）不透水７粘结强度（７ｄ）ＭＰａ≥１．５（３）如采用水泥基胶粘剂，与混凝土的粘接性能、柔韧性能满足要求，但拉伸强度偏低。因路基段道床板长期暴晒会有微小的温差收缩反应，加上动车通行所带来的反复冲击压力在道床板结构中转化成剪力及拉压应力。（４）裂纹经雨水侵蚀、温差收缩反应、反复冲击压力在道床板结构中转化成剪力及拉压应力，导致已形成的裂纹处于不稳定状态。用于表面修复裂纹的聚氨脂涂料和水泥基胶粘剂无法抵抗以上三种反应，最终造成普通的修复材料不能满足道床板结构耐久性能及寿命。（５）高性能混凝土表面修复防护涂料性能指标见表２。（６）通过表１与表２对比，高性能混凝土表面修复防护涂料在拉伸强度、断裂伸长率、耐碱性、粘结强度指标方面均优于《高速铁路无砟轨道线路维修规则》中表面封闭材料表１所规定的性能指标。５．３修复工艺（１）ＢＨ－２１８高性能混凝土表面修复防护涂料由甲乙组分组成，配合比甲：乙＝１：１．２，施工过程中严格按配合比要求进行试配。（２）施工时，首先用打磨机将混凝土表面打毛，用真空吸尘器清除灰尘等杂物，用高压吹尘风枪清除表面附着物。为了修复美观，防止浆液流动，导致修复表面不规整，沿裂纹两侧１０ｃｍ处粘贴宽胶带，当裂纹内有明水时，应采用热吹风机将裂纹间隙内的明水吹干。（３）用电子秤严格按比例称量并配制表面修复防护涂料，采用手持式搅拌器将修复材料搅拌均匀，搅拌时间不得低于５ｒａｉｎ，使甲乙组分完全融合。（４）沿裂纹表面涂刷一层底涂材料，使底涂材料有效渗入裂纹间隙，达到填充效果。（５）待底涂材料表干后，涂刷表面封闭用涂层材料，涂刷３遍以上且涂层厚度达到３００岬以上为宜。每遍涂刷都要等到上遍涂层材料表干后再进行，且两次涂刷方向相互垂直。（６）在大风干燥等条件下适当采取薄膜覆盖等方法养护，防止涂层材料失水过快会导致涂层开裂。（７）表面封闭施工完成后及时设置安全警戒防护，防止人为踩踏及机械碾压。有雨时及时采用彩条布覆盖，防止雨水冲刷。待涂料涂刷２４ｈ后，揭去宽胶带。５．４环境要求—℃施工适宜温度５３０，雨雪天因混凝土表面潮湿，影响防护涂料与混凝土表面的粘接效果，所以在雨雪天严禁施工。表２ＢＨ－２１８高性能混凝土表面修复防护涂料性能指标要求６结束语序号项目单位指标要求ｌ表干时间ｈ≤２２拉伸强度（７ｄ）ＭＰａ≥５３断裂伸长率（７ｄ）％≥３５０４人工气候老化（７２０ｈ）无裂纹５耐碱性％１００～２００６不透水性（Ｏ．３ＭＰａ，３０ｍｉｎ）不透水７粘结强度（７ｄ）ＭＰａ≥５．０８弹性模量ＧＰａ≥１５．０针对Ｉ型双块式无砟轨道出现的裂纹，用高性能混凝土表面修复防护技术处理，材料的力学性能满足裂纹不同条件的道床板横纵向拉应力变化，能有效地防止运营后雨水渗入裂纹造成钢筋锈蚀而降低结构物耐久性，并且防护涂料与混凝土有较高的粘接性，耐紫外线、耐腐蚀性较高，成本低于以往铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｌ增２）万方数据・线路／路基工程・其他无砟轨道修复材料，为今后无砟轨道道床板裂纹修复奠定了良好的基础。参考文献［１］黄慧超，徐坤，任娟娟．双块式无砟轨道连续道床板裂纹—修复材料性能分析［Ｊ］．铁道标准设计，２０１３（１２）：５０５３．［２］王森荣，杨荣山．无砟轨道裂缝产生原因与整治措施—［Ｊ］．铁道建筑，２００７（９）：７６７９．［３］林红松，刘学毅，周文．道床裂纹对无砟轨道振动的影—响初探［Ｊ］．铁道学报，２０１０，３２（６）：６７７１．［４］刘振民，钱振地，张雷．双块式无砟轨道道床板混凝土—裂缝的分析与防治［Ｊ］．铁道建筑，２００７（６）：９９１０１．［５］任娟娟，刘学毅，赵坪锐．连续道床板裂纹计算方法及—影响因素［Ｊ］．西南交通大学学报，２０１０，４５（１）：３４３８．［６］崔国庆．双块式无砟轨道道床板裂缝控制研究［Ｊ］．铁—道标准设计，２０１０（１）：６６６８．［７］王小明．ＣＲＴＳＩ型双块式无砟轨道施工质量通病及—防治方法［Ｊ］．铁道标准设计，２００９（ｓ１）：２５２７．［８］栾永平．现浇双块式无砟轨道板裂缝控制机理和预防—措施［Ｊ］．铁道建筑，２０１０（１）：２１２２．［９］黄士元．混凝土早期裂缝的成因与防治［Ｊ］．混凝土，—２０００（７）：３６．［１０］徐坤，黄慧超，段玉振，等．双块式无砟轨道轨枕松动修复材料性能分析［Ｊ］．铁道标准设计，２０１３（１１）：１９－２１．［１１］张勇．路基上双块式无砟轨道空间力学及裂缝特性研究［Ｄ］．长沙：中南大学，２０１１．［１２］吴斌，张勇，曾志平，等．温度及收缩荷载下路基上双块式无砟轨道力学及裂缝特性研究［Ｊ］．铁道科学与—工程学报，２０１１，８（１１）：１９２３．—————●—’—・＋一＋一＋一＋－＿卜＋一＋－＋－＋一＋一＋一＋一＋－＋・．－－＋－－－－４－－－－４－－－＋－，＇．－－ｔ－－－Ｐ－－４－－－＇＋－－－－＋－－－＋＋＋－＋－一＋－＋－＋－一－＋＋－－ｋ－．＊－＋－－－．－＂＋－－－＋－－－Ｐ（上接第２２４页）（３）泵注压力通过试验确定注入油泵压力为０．４～１．０ＭＰａ。（４）终注标准：当注浆压力达到１．０ＭＰａ后或者吸浆量＜２．５Ｌ／ｍｉｎ，稳压１５ｍｉｎ后停止。２．５加固效果检测在注浆加固施工过程中，注浆加固效果主要靠观测注浆压力或注浆的外围是否有水泥浆液流出进行判定。当地面加固全部完成后，请专业检测公司对地面注浆加固、管片壁后空腔填充效果采用探地雷达法对加固效果进行检测旧Ｊ，符合设计和规范要求后，才能进行下一步工作。３加固及处理措施注意事项进度、安全和质量是抢险加固工程的特点，为了保证抢险加固能够连续顺利进行，公司专门成立了由公司主管领导负责抢险工作小组，实行领导带班作业，保证抢险加固现场人员、材料和设备能够满足２４ｈ连续施工。注浆加固的主要材料是水泥和水玻璃，必须确保材料合格。由于加固时洞内和地面同时施工，安排专人负责安全巡视，保持洞内和地面通讯畅通，确保施工人员和设备材料的安全，避免次生事故发生。经过７ｄ连续施工，最终抢险加固工程顺利完工。后期１５ｄ洞内清理完成，３ｄ恢复盾构施工，目前盾构已经全部施工完成。铁道建筑技术４结束语本文通过工程实例叙述了在地铁施工联络通道发生险情后，通过科学组织，正确处理，安全快速地处理了施工险情，没有发生人员伤亡和重大财产损失，项目部在抢险加固完成后通过保险申请理赔，抢险费用基本获得赔偿。通过短时间内进行的抢险加固和安全处理，保证后期盾构施工的顺利进行。在地铁工程施工中，应严格按照设计要求和规范进行施工，尽量避免险情和事故的发生，通过这次涌水涌沙加固和处理的实施，希望其他工程可以得到借鉴。参考文献［１］严进喜．地铁隧道不良地层施工技术［Ｊ］．现代城市轨—道交通，２０１１（Ｓ１）：７７７８，８１．［２］刘爽．地铁暗挖施工中的不良地质超前注浆加固技术—［Ｊ］．混凝土，２０１０（４）：１４０１４１．［３］于春．朔州隧道设计与施工中遇到的问题及对策［Ｊ］．—铁道建筑技术，２０１６（１）：３５４０．［４］翁敦理，陈明辉．深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工—中的应用［Ｊ］．现代隧道技术，２０１２，４９（２）：１３７１４１．［５］杨书江．袖阀管法注浆加固地层施工［Ｊ］．铁道建筑技—术，２００４（２）：２２２３，２７．［６］卜祥玉．袖阀管双浆液注浆技术的应用与造价分析—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１３（７）：１０２１０６．［７］张民庆，黄平先，常记春．袖阀管注浆工法在国内工程—施工中的应用［Ｊ］．探矿工程，１９９９（５）：１９２１．［８］骆建军，张顶立，王梦恕，等．地铁施工沉降监测分析—与控制［Ｊ］．隧道建设，２００６（１）：１０１３．ＲＡ／ＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８Ｉ增２ｌ万方数据