浅谈荒漠戈壁地区双块式无砟轨道防开裂技术与措施.pdf

・轨道工程・麓谈麓漠戈壁地区双块式元碓轨道防开裂技术与措狍严穗平（中铁十一局集团第一工程有限公司湖北襄阳４４１１０４）摘要兰新铁路第二双线甘青段酒泉以西地区地质条件复杂，气候恶劣，无砟轨道施工过程中混凝土裂缝等质量通病极易发生。从设计、施工、配合比以及养护等方面分析了无砟轨道的裂缝成因，提出裂缝控制、处理及防护措施，为后期兰新铁路无砟轨道及类似工程施工积累宝贵经验。关键词荒漠戈壁无砟轨道道床板混凝土裂缝应对措施中图分类号Ｕ２１３．２４４文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１３）０７００４６０５ＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＭｅａｓｕｒｅｓｏｆｔｈｅＣｒａｃｋｉｎｇＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＤｏｕｂｌｅ．ｂｌｏｃｋＢａｌｌａｓｔｌｅｓｓＴｒａｃｋｉｎＧｏｂｉＤｅｓｅｒｔＹａｎＤｅｐｉｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＩ‘ＩＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｘｉａｎｇｙａｎｇ４４１１０４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＳｉｎｃｅｔｈｅａｒｅａｔｏｔｈｅｗｅｓｔｏｆＪｉｕｑｕａｎａｌｏｎｇＧａｎｓｕ・Ｑｉｎｇｈａｉｓｅｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｌｉｎｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄ—ｄｏｕｂｌｅ・ｌｉｎｅｏｆＬａｎｚｈｏｕ－Ｘｉｎｊｉａｎｇｒａｉｌｗａｙｉｓｌｏｃａｔｅｄｉｎａｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｉｔｈａｈａｒｓｈｃｌｉｍａｔｅ，ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｓｏｈｅｎｆｌａｗｅｄｂｙｃｏｎｃｒｅｔｅｃｒａｃｋｓａｎｄｏｔｈｅｒｑｕａｌｉｔｙｄｅｆｅｃｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｃａｕｓｅｓｆｏｒｃｒａｃｋｉｎｇａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒ－ｓｐｅｃｔｉｖｅｓｏｆｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｎ－ｂａｌｌａｓｔｅｄｔｒａｃｋ，ａｎｄｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｃｒａｃｋｓｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＧｏｂｉｄｅｓｅｒｔ；ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋ；ｔｒａｃｋｂｅｄ；ｃｏｎｃｒｅｔｅｃｒａｃｋ；ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ１引言我们知道，裂缝对双块式无砟轨道的影响恶劣，裂缝能使结构钢筋外露，从而导致钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后发生锈胀，会使混凝土保护层脱落，严重产生纵向裂缝，影响结构正常使用。钢筋锈蚀导致钢筋有效截面减小，破坏钢筋与混凝土的粘结，使结构承载能力降低，甚至导致结构破坏；同时裂缝致使混凝土碳化，如果空气中的二氧化碳进入混凝土中，特定的空气湿度会使其形成碳酸。随后碳酸与氢化钙相互作用，产生碳酸钙，产生一系列的化学反应，使混凝土孔隙水的ｐＨ值降低至钝化极限值，即钢筋失去其抗腐收稿日期：２０１３一０４一Ｏｌ科研项目：西部极端气候区多场耦合作用下无砟道床裂缝试验及其控制技术深化研究（编号１２一Ｃ０７）蚀性。以上说明裂缝最终将影响结构使用年限。新建兰新铁路第二双线甘青段ＬＸＳ．１６标位于甘肃省瓜州县境内，地处戈壁地区，气候干燥，旱季长、雨季短，降雨量较少且集中，昼夜温差变化较大，春、秋季多风，夏季短促，冬季寒冷。年平均降水量５２．２ｍｍ，年平均蒸发量２５６７．３ｒａｉｎ，极端最℃℃高气温４２．８，极端最低气温一３５．４，最大风速２７ｍ／ｓ。如何解决荒漠戈壁地区，严重干旱缺水的环境下无砟轨道混凝土防开裂问题，将裂缝的有害程度控制在允许范围之内，对于高效、优质完成兰新二线铁路建设任务具有极其重大的意义，并对今后类似条件下的混凝土施工极具参考价值。基于以往研究状况，对荒漠戈壁地区混凝土裂缝进行分类，分析不同类型裂缝的形成原因，并提出裂缝防４６铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ７１万方数据・轨道工程・治的措施及处理方法。２双块式无砟轨道常见裂缝形式及分类结合兰新铁路无砟轨道线外试验段及国内外同类无砟轨道施工情况，我们发现双块式无砟轨道裂缝主要发生在支承层、道床板上，裂缝可分类归纳为以下几种形式。２．１支承层裂缝（横向贯通）此类裂缝主要由于支承层施工完４８ｈ内未进行切缝作业，即支承层假缝设置时间比较迟。在支承层上每隔５～８ｍ左右出现横向贯通裂缝。此外还有前后两次施工中新旧混凝土不粘结所产生的裂缝。切缝未及时产生裂缝见图ｌ，新旧混凝土不粘结产生裂缝见图２。—————’———————ｒ＿，］翻圈嗣圜殂固冒匿聊｝固圃疆嘧图１切缝未及时图２新旧混凝土不粘产生的裂缝结产生的裂缝２．２道床板与双块式轨枕间的八字角裂缝双块式无砟轨道在道床板上出现比较多的裂缝是轨枕块的四个角处发展八字裂缝（见图３）。２．３道床板上的龟裂缝无砟轨道道床板浇筑完后，由于后期养护作业不达标，如由于洒水设备原因或人为不认真而导致的洒水不均匀，即局部积水局部缺水，从而形成龟裂（见图４）。同时大风干旱地区由于混凝土表面水分蒸发快，“”露天收面困难，收面完成后表面容易起皮。有偏差未对齐处容易产生反射裂缝。支承层的贯通横向裂缝作用下后期将导致上层道床板在裂缝处同样出现小裂缝，甚至是贯通道床板的横向裂缝。即下部支承层存在结构裂缝而对道床板产生反射裂缝。（见图５）。２．５环形裂缝（支承层反射到道床板上的裂缝）双块式无砟轨道在道床板上有时会出现道床板表面与轨枕块交接处产生环形裂缝（见图６）。图５反射裂缝图６环形裂缝３双块式无砟轨道道床板裂缝的形成机理常见裂缝产生的原因：（１）材料裂缝是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土收缩引起的；（２）结构裂缝，外荷载引起的。这里主要涉及第一种情况下的裂缝。３．１温度裂缝３．１．１水化热水泥在水化过程中要产生大量的热量，这是混凝土内温升高的主要能量来源。浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升产生的应变约束不大，温度应力自然也比较小；随着混凝土龄期的增长。弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生极大的温度、应力，此时混凝土抗拉强度不足以抵抗该应…力时，便产生温度裂缝。３。１．２外界气温的骤升骤降万方数据・轨道工程・施工中需及时松开扣件，可根据砼强度进行扣件松动，并松开鱼尾板夹板螺栓，以防框架及钢轨温度应力拉裂混凝土。３．３混凝土骨料塑性沉落引起的裂缝振捣不足时骨料的沉落受到钢筋的阻挡时，将出现沿钢筋走向的裂缝。振捣过振时由于振捣棒和重力作用，骨料下沉、水泥浆上升，这种沉降直到混凝土硬化时才停止。３．４施工缝裂缝由于施工缝的处理不当及浇筑过程中上下班交接时间不当，很容易从结构薄弱的交接处出现裂纹，从而导致新旧混凝土粘结不良引起的裂缝。３．５其他因素此外，结构受力及钢筋配筋设计存在问题、施工生产过程中的碰撞挤压混凝土导致结构的破坏，同时路基基床填筑不达标，导致工后沉降、戈壁地区夜间气温骤降导致的混凝土冻胀以及未处理钢筋锈蚀等均会引起道床板产生裂缝。４双块式无砟轨道道床板裂缝的控制、处理和预防措施４．１无砟轨道道床板裂缝处理方法荒漠戈壁地区影响无砟轨道混凝土开裂的因素有很多，即使结构设计和施工方法上采取的许多措施，仍难以彻底避免道床裂缝的形成。我们只能想法设法减少裂缝，无法完全杜绝无砟轨道裂缝。于是我们就有必要对道床板裂缝进行必要的修补，以最大降低裂缝对无砟轨道结构的危害。目前常用的裂缝修补方法有：（１）开槽然后使用环氧树脂嵌缝法，环养树脂嵌缝后表面需打磨机打磨处理（见图７）。（２）表面封闭法（见图８）。（３）表面密封胶封闭、裂缝一侧开口，另一侧注嵌缝胶法，该修补方法见图９。施工过程产生裂缝后，应针对不同类型不同宽度的无砟轨道裂缝认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，保证无砟轨道安全、稳定的工作。图７开槽嵌缝法（填缝后打磨）图８表面封闭法（表面打磨）图９表面密封，两侧注浆法（去封闭胶后打磨）４．２无砟轨道道床板裂缝预防措施４．２．１严格控制原材料优选配合比（１）优选原材料尽量采取早期水化热低的水泥，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥，在不影响水泥活性的情况下尽量使水泥的细度适当增大。尽量增大粗骨料的粒径，总面积越小，混凝土收缩越低，采用多级配或连续级配，级配越好，孔隙率越小，对防止裂缝的产生有利悼１。谨慎使用膨胀剂，混凝土中加入膨胀剂对早起抑制开裂有很好的效果，但膨胀剂的水化产物是硫铝酸钙，在干燥的环境下会失去结晶水导致混凝土收缩变形很大而加剧开裂。（２）优选配合比４８降低水泥的用量。减少水泥用量可以较少水化热的产生，所以在满足其他要求的时候可以采取水泥用量少的配合方案＂Ｊ。增加粉煤灰的用量，提高粉煤灰的等级，采取等级高的粉煤灰有减水作用，这样做也可以有效地减少水化热的产生。降低砂的用量和增大石用量。①试验段时我们使用３种配合比ａ．水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、减水剂、水；ｂ．水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料、粗骨料、减水剂、水；Ｃ．水泥、粉煤灰、内养护剂、细骨料、粗骨料、减水剂、水。②每种配合比做５个水胶比（以４２０ｋｇ胶凝材料为基准，按胶凝材料递减２０ｋｇ，用水量不变）铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３仃１万方数据・轨道工程・根据上述规定及计算，初步选定Ｃ４０高性能混凝土配合比，并确定各材料用量进行试拌，再按照上述步骤调整出其它５个不同水胶比的基准配合试拌进行混凝土的拌和物性能、力学性能、耐久性和长期性能检验。４．２．２加强施工工艺过程控制（１）钢筋绑扎规范，严格控制保护层厚度。（２）浇筑道床板混凝土前的水硬性支承层表面应保持清洁，整个区域必须预先用高压水或高压风进行彻底清洗。同时也起到湿润混凝土支承层及轨枕作用，以利于界面结合。（３）尽量避免在气温极高或极低时进行混凝土作业，确保混凝土水化凝固过程与气温上升过程一（１１）做好天气预报工作，避免在恶劣天气下进行混凝土浇筑作业（如大风、大雨）。４．２．３加强养护措施对于本项目大风干旱地区无砟轨道混凝土施工保证措施主要有：（１）采用混凝土内养护剂；（２）表面喷洒外养护剂；（３）搭建防风保温帐篷，保温棚养护见图１０。万方数据・轨道工程・硬质ＰＶＣ管置于土工布上，均匀垫上小方木，滴灌系统完成后，盖上一层塑料布。起到保温、保湿、防风、防蒸发的功效。（２）采用养护剂养护（见图１１）。专用养护剂不同于市面上普通养护剂，必须与厂家协商，生产适用于戈壁地区高温、干燥环境的养护剂。专用养护不易挥发，涂刷后在混凝土表面形成一层厚厚的保护膜，确保混凝土内部的水分不易流失。混凝土初凝后，对混凝土面充分洒水，增加混凝土内部的水分，待混凝土表面收干后，在混凝土表面均匀涂抹养护剂，并覆盖土工布，对土工布进行洒水，确保混凝土的环境湿度，土工布覆盖保温不少于２８ｄ。（３）采用节水养护膜养护（见图１２）。混凝土节水保湿养护膜是以新型可控分子材料为核心，以塑料薄膜为载体，粘附可吸收自身重量２００倍水分的高分子材料。该材料吸收膨胀后变成透明的晶状体，把液体水变成固态水，然后通过毛细管作用，源源不断的向养护面渗透，同时又不断吸收养护体在混凝土水化热过程中的蒸发水。因此在一个养护期内养护膜能保证养护体表面保持湿润，相对湿度Ｉ＞９０％。（上接第４ｌ页）表２面波检测注桨效果评价频散曲线比较我度比较注浆效果评价注浆前注浆后曲线圆滑曲线圆滑提高不多良好曲线散乱曲线圆滑较大提高曲线散乱少量散乱较大提高好曲线散乱较多散乱有提高较好曲线散乱曲线散乱提高不明显差表３路基岩土体注浆质量面波检验标准序介质面波检测速度面波频备注号‘Ｖ／（ＩＴＩ・ｓ一）散曲线ｌ土层（路堑）≥ｙ１９．７ｈ＋５８．２不离散面波检测以速度标准为主，辅以频２岩层（路堑）≥ｙ９．８ｈ＋３４２．８不离散散曲线，当与压水试验检测方法判３土层（路堤）≥ｙ１２．０ｈ＋５８．７不离散定的注浆结果不一致时，应以压水４岩层（路堤）≥ｙ９．８ｈ＋２０７．８不离散试验为主≤注：面波检测深度ｈ２５ｍ。４施工中处理应对措施（１）在初支范围内钻孔深度应严格控制，防止图１１养护剂养护图１２节水膜养护５结束语荒漠戈壁地区进行无砟轨道施工，大风、大温差、干旱缺水等恶劣环境下防止和减少无砟轨道道床板裂缝的产生和发展显得更加重要，只有通过对施工配合比、施工工艺及养护措施各方面综合下手，并加强施工过程控制，才能有效的控制裂缝的产生。参考文献［Ｉ］张斌．大体积混凝土防止混度裂缝施工技术措施探讨—［Ｊ］．铁道建筑技术，２００７（增）：２６４２６６．［２］贾国盛．干旱风沙地区混凝土裂缝控制措施技术探讨—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１２（１）：７６７９．［３］周志亮．客运专线无砟轨道轨道板裂缝控制技术［Ｊ］．—铁道建筑技术，２０１０（８）：６３７３．钻孔至初支顶面造成卡钻。（２）因采用地表注浆方式进行处理，在注浆过程中应加强地表及洞内初支观查及监测，应严格控制注浆压力，防止压力过大造成地表隆起及洞内初支变形。（３）注浆过程中当发现原二衬地段排水孑Ｌ出现水浆浆液时，应及时采取间歇式注浆或加入速凝剂或水玻璃加速凝结，并同时采取泄水孔通高压水进行冲洗，防止造成环向盲管及纵向排水管被水泥浆堵塞。（４）注浆完成后应及时钻孔取芯注浆和面波检测验证，当发现质量达不到要求，应及时进行补孔注浆，直至满足要求。５结束语在埋深较浅，渗水性及岩溶发育地段涌水较大地段采用地表注浆方式处理涌水不仅效果好，而且便于施工组织，也不影响洞内施工，通过该段注浆效果检测及一年多来观测，注浆处理效果很好，无涌、渗水情况发生，达到了预期效果。也为今后类似隧道地质条件施工积累了实践经验。５０铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴ／ＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ７Ｊ万方数据