兰新铁路第二双线无砟轨道道床板混凝土防裂措施研究与探讨

摘要：近年来随着我国铁路运输向提速、高速方向发展，对线路质量提出了更高的要求。无砟轨道具有很多优点，对于高速铁路较传统的有砟轨道有更好的适应性。本文针对兰新二线处于恶劣的自然环境下，其双块式无砟轨道道床板混凝土出现的开裂问题，提出与总结了相应的施工质量保证措施。

Abstract: In recent years, with the development of railway transportation in China to a speed up, high-speed direction, higher requirements on the quality of the rail track are raised. The Ballastless track has many advantages and has better adaptability to the high-speed railway than the traditional ballasted track. Aiming at the problem that the concrete of the track slab of the double block ballastless track of the Lanxin Second Railway will crack in the harsh natural environment, this paper proposes and summarizes construction quality assurance measures.

关键词：无砟轨道 道床板 防裂措施

中图分类号：U213文献标识码： A

Keywords: ballastless track, track slab, measures of concrete crack prevention.

0引言

无砟轨道与有砟轨道相对应，始于上世纪60年代欧洲并应用广泛[1][5]。我国上世纪90年代末因高速铁路发展的需要无砟轨道技术才倍受关注[1]。无砟轨道技术是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道砟道床而组成的轨道结构型式。由于无碴轨道具有稳定性好，维修量小，使用寿命长，全寿命周期费用低，横向轨道阻力大，结构高度低，可避免飞碴，坡度、超高设置灵活等优点[2]，在我国的高速铁路建设中广泛采用无砟轨道技术。本文针对兰新二线战线长、气候环境差异大，并且大部分地段处于严寒、温差大、高海拔、大风沙和强日照等恶劣环境中的特点[3]，提出了确保无砟轨道质量保障措施，为类似环境恶劣环境下的无砟轨道施工提供工程参考。

1、兰新铁路第二双线双块无砟轨道的特点

双块式无砟轨道结构由钢轨、扣件、双块式轨枕、单元式道床板和支承层或底座等部分组成。其中钢轨、扣件、双块式轨枕都是工厂化生产，外界影响因素较小。无砟轨道的道床板、支承层或底座为现场施工有较多的不可控因素，易产生开裂问题。因此我们需要了解无砟轨道的道床板结构要素 [3]。

(1)路基上双块式无砟轨道

针对兰新第二双线沿线恶劣气候环境，指南推荐路基段 CRTS I 型双块式无砟轨道采用 19.5m 单元式道床板结构。路基段混凝土支承层采用水硬性混合料或 C15 低塑性混凝土连续浇筑道床板纵向长 19.47m，两端设置 30mm 伸缩缝，板内每隔 3.9m 设置一道宽 10mm 假缝，道床板宽 2.8m，厚 0.26m，采用 C40 混凝土现场浇筑。道床板内设置双层配筋。如图1所示。

图1 路基上双块式无砟轨道示意图

(2) 桥上双块式无砟轨道

桥梁地段采用单元式道床板，其宽、厚、材料与路基单元板相同，但板长根据桥梁的实际长度确定，道床板的标准长度为 6.5m（含伸缩缝 0.1m），异型道床板长度根据具体梁长调整，最短不小于 4.2m，最长不大于 7.8m。板间设置宽度为 100mm 的伸缩缝。

每块道床板单元设置两个抗剪凸台。桥梁段混凝土底座长度和宽度与道床板一致，厚度 175mm，采用 C40 混凝土现场浇筑。在底座上设置两个与道床板抗剪凸台对应的凹槽。道床板与底座之间铺设厚度 4mm 的土工布隔离层，并在凹槽侧面粘贴橡胶垫板。底座内采用双层配筋。底座及桥梁间采用预埋套筒和连接钢筋相互连接。如图2所示。

图2 桥上双块式无砟轨道示意图

(3) 隧道内双块式无砟轨道

隧道地段道床板厚度为 260mm，采用 C40 混凝土现场浇注施工长度 600m 以下隧道段全段采用单元式道床板；长度大于 600m 隧道段按距洞口 200m 范围采用单元式道床板，距洞口 200mm～400m 范围采用加强配筋连续道床板，距洞口 400m 以外范围采用减筋连续道床板。道床板均采用双层配筋，在隧道结构的变形缝处设置伸缩缝。如图3所示。

图3隧道双块式无砟轨道示意图

2、兰新第二双线无砟轨道道床板出现的问题与原因分析

由于兰新第二双线处于气候干燥，蒸发量大，大风天气频繁的地区。在恶劣的自然环境下使道床板混凝土易产生开裂。经试验与调查兰新第二双线道床板混凝土结构存在开裂问题具体情况[6]见表1。

表1兰新铁路道床板混凝土开裂情况

开裂问题 比例

八字角开裂 62%

轨枕周边开裂 3%

板面中部开裂 1%

侧面严重开裂 33%

其他情况开裂 1%

以上问题可以归结为以下两个方面：

1、施工期间

无砟轨道各配件整体浇筑混凝土振捣困难，枕底难以密实；气候恶劣养护困难，易出现各种不同形式的开裂。

2、运营期间

在运营期间道床板受较强的疲劳荷载作用，加速了道床板开裂和破损，同时容易受到外界各种有害介质的侵蚀。

兰新铁路第二双线道床板开裂的主要原因是：①混凝土本身收缩性大，易产生裂纹；②线路所处于环境恶劣，混凝土抹面和养护困难，加剧了混凝土开裂。

3、防止兰新第二双线无砟轨道道床板混凝土开裂的措施

根据兰新第二双线道床板混凝土开裂的原因，可以从以下几方面防止道床板混凝土开裂问题。

3.1材料方面

材料方面通过优化混凝土的配合比减少材料的早期及后期变形；

为了抵抗道床板混凝土的开裂可以配置抗裂混凝土的方法提高其抗裂性。根据前期试验，针对干旱地区道床板抗裂混凝土的配制应遵循“低胶材用量、低用水量、低坍落度、高含气量”（三低一高）的原则，其配制要点为：

1、控制胶材用量和用水量

图4 混凝土收缩与水胶比和水泥用量的关系[4]

通过试验得出混凝土收缩与水胶比和水泥用量的关系如图4。从图4可以看出降低胶材用量和用水量对防止混凝土开裂有效。根据试验结果兰新铁路第二双线胶材用量和用水量分别不宜大于380 kg/m3、不应大于150 kg/m3能很好的降低道床的开裂。

2、控制好混凝土的入模含气量

图5 含气量对混凝土自收缩的影响[3]

由试验得出含气量对混凝土自收缩的影响如图5。图中表明含气量对混凝土最终对自收缩有一定影响，自收缩随含气量的增大而减小。根据试验兰新铁路第二双线混凝土入模含气量不小于4%。

4、混凝土掺加内养护材料

图6 内养护材料对混凝土孔隙的关系

从图6可以看出内养护材料可有效降低混凝土孔隙率，细化混凝土孔结构，减少收缩，当养护不充分时其改善作用更加明显。采用内养护技术，可以使混凝土具有保水 、补水、减缩的作用从而提高混凝土的抗裂性。

3.2施工方面

道床板混凝土施工技术包括混凝土的原材料、搅拌、运输、浇筑、振捣、抹面以及养护等环节。因此，需要做好以下几个方面的控制。

1、原材料质量控制：为了确保减水剂和引气剂与胶凝材料的适应性，应做好检验工作。粉煤灰细度和烧失量每批都需要检验。

2、原材料储存：为了确保砂石骨料的含水率，含水的砂石骨料应静置2～3天后才能用于施工。

3、搅拌：在施工过程中为保证外加剂的匀质性，减水剂和引气剂双掺其储料罐必须配备循环泵或搅拌叶，不出现分层。在全部原材料投入搅拌机后才能掺加内养护材料，其搅拌时间不得少于120s。出机后要检验坍落度和含气量。

4、 运输：为了确保混凝土运到浇筑地点不分层、离析和泌浆应做好物流运输计划。罐车高速旋转20s～30s后才能卸料，在温度低时应对混凝土采取保温隔热措施，严禁向混凝土内加水。

5、浇筑：为了确保底座板及枕轨与混凝土充分结合，在浇筑前2h对其浇水湿润。浇筑前还需清理底座板表面杂物并将透水模板布粘贴侧模，检查道岔钢轨部件、垫板、滑床垫板、扣件是否防护好。浇筑时按“之”字形路线来回灌注，浇筑后立即用干毛刷将散落在轨枕上的混凝土清除，不得用水清理。

6、振捣：为保证轨枕底部密实，沿轨枕四周均匀布点，应从先浇筑一侧斜插入振捣棒加强底部振捣。先用φ50振捣棒上下垂直、多点初次振捣后，再用φ30振捣棒在轨枕四周二次振捣。在振捣时，要注意保护好轨道和支撑架，以免被避免振捣棒碰触。还需要注意不能过振和漏振。

7、抹面

混凝土振捣完成后立即进行，多个抹面作业小组依次进行。在混凝土初凝前宜经过3-5次抹压，抹面过程中严禁洒水，清理轨枕应用毛刷或干抹布清理，抹面要求大面平整，不要求光面。

3.3养护方面

通过合适的养护施作方式能减少混凝土裂纹。根据兰新铁路第二双线具体情况，养护措施应注意以下两个方面。

1、拆模前

混凝土抹面结束后立即喷涂养护剂，同时覆盖土工布、塑料薄膜和棉被。喷涂和滚涂相结合的方式。轨枕四周的侧模拆除后应及时喷涂养护剂，养护剂在成膜前严禁与水接触。

喷涂养护剂后应及时松开前后里程最外两端工具轨的鱼尾板螺栓。道岔扣件弹条的螺栓和竖向支撑螺杆，在混凝土初凝前后松开拆除，螺杆取出后孔须立即用微膨胀砂浆封堵。

2、拆模后

带模养护期间应控制好温差，特别是阴阳面拆模时，夏季选择在早晚，冬季宜选择中午，严禁在高温、严寒或降水大风时段拆模或拆除养护措施。拆模后要加强对道床板迎风侧覆盖，混凝土的保温保湿养护不得少于28d，养护期结束后才可修补处理。

3.4结构方面

针对兰新二线日夜温差及年温差大的气候特点，支承层作为连续摊铺的无配筋水硬性混合料（低胶凝材料），在温度力及收缩作用下必然产生裂缝，进而可能对道床板产生反射裂缝，所以双块式无砟轨道结构原连续式道床板必须对其结构进行优化。通过试验与理论计算[5]， 19.5m单元式道床板结构（3.9m小单元）确定采用每3.9m设置一处假缝（支承层假缝与道床板假缝及伸缩缝对齐设置），较部颁通用图（每隔5m左右）缩短了切割间距， 3.9m的假缝距离能有效的避免道床板反射开裂。因此通过道床与支撑层优化设计的19.5m单元式道床板结构基本上消除了道床板温度应力及裂缝。

4结论

本文阐述了兰新铁路第二双线无砟轨道路基、桥梁、隧道的道床板结构特点，针对其处于恶劣的自然环境中道床板出现的问题，为确保无砟轨道的稳定性和耐久性，从四方面确保无砟轨道的施工质量。首先，应把控好道床板混凝土的材料；其次，应重视道床板的混凝土施工过程中各个细节；第三，应加强道床板混凝土的养护管理；再次，应优化道床板的结构设计。无砟轨道结构混凝土的质量是全过程控制的工程，在每一个环节中都要重视，才能确保无砟轨道其稳定性和耐久性，才能确保线路平顺、舒适的运营。

参考文献：

[1]何华武.无砟轨道技术[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[2]卢祖文.客运专线铁路轨道[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[3]肖颂新、邢斌、程岩.兰新铁路第二双线无砟轨道施工作业指南[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[4]客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南[M]•北京:中国铁道出版社,2007.

[5] Joseph Lopresti，Dingqing Li. Effects of Heavy-axle loads on Track Components[J].Railway Track and Structures，2008，12：20~23

[6] 朱长华、王保江、裘智辉等.GRTSⅠ型无砟轨道道床板裂缝成因分析及应对措施[J].施工技术，2012,41（5）：77~79,88

作者简介：陈广勋（1971-5）男，大学学历，高级工程师，主要从事地下工程施工与地下工程施工监理工作