客运专线铁路施工中注浆法修补温度变形裂缝的应用

庞宇哲

中铁十八局集团一公司石武客运专线项目部，河南驻马店 463000

1 工程概况

新建石家庄至武汉客运专线河南段，设计速度为350km/h，混凝土设计为高性能混凝土，耐久性设计100年，采用CRTⅡ型板式无碴轨道。

2 裂缝的分类及成因

混凝土裂缝产生原因大致有两种情况，一种是荷载作用下产生的裂缝，另一种是非荷载作用下产生的裂缝。

在客运专线铁路的施工中出现的混凝土裂缝，并非是荷载作用下产生的，而主要是由于变形作用引起的，因为变形受到约束后引起的压力超过了混凝土的抗强度而导致裂缝，这些裂缝被称为变形作用下而引起的裂缝。变形作用包括：温度变形，收缩变形以及地基均匀沉降变形等，这些变形都使混凝土产生裂缝。

3 温度变形产生的裂缝

混凝土硬化过程中，因为温度的变化必然引起温度变形，温度变形受到约束，势必会产生温度压力。

根据温度压力的形成过程可以分为3个阶段：第一阶段，即早期阶段，自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，大约有30天左右时间，期间，表现出两个特征：一是水泥放出大量的水化热；二是混凝土内弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，在此期间，混凝土结构内部形成了残余压力；第二个阶段，即中期阶段，自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这时的温度压力主要是由于混凝土冷却及外界气温变化所引起的，这些压力与早期阶段形成的残余压力相叠加，在此期间，混凝土的弹性模量变化不大；第三阶段，即晚期阶段，混凝土完全冷却以后的运转时期，温度压力主要是外界的温变化所引起的，这个阶段的压力与前两个阶段的残余压力相迭加。

由于混凝土的抗压强度比较高，当产生温度压力时，一般混凝土结构不会受到损伤，但是，混凝土的抗拉强度比抗压强度低的多，当产生温度拉应力时，混凝土结构往往因抗拉强度不足而会产生裂缝。这时出现的裂缝有两种：

1）一种是表面裂缝。混凝土凝结过程中，水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力，后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。若果气温降低，也会在混凝土表面引起很大的拉应力。总之，在混凝土凝结过程中，表面热量散发快，内部热量不易散发，形成内外温差，内外体积变化各异，互相产生约束，特别是在浇筑后，外部气温急剧下降，内部温度上升导致膨胀，内外变形差异更大，相互约束更强，于是在混凝土内部产生压应力，外层产生拉应力，当表面温度拉应力超过允许抗拉强度时，便产生表面裂缝，这种裂缝多发生在混凝土块体侧壁，方向不定，数量较多。由于初浇灌的混凝土塑性比较大，弹性小，限制了拉应力的增长，所以这种裂缝短而浅，在这个时候，随着混凝土内部温度下降，外部气温的回升，裂缝有重新闭合的可能。表面裂缝对建筑物的耐久性有一定影响，但不致以成为影响安全的决定因素。

在客专专线铁路施工中，通常受外界环境影响会出现表面裂缝，采用注浆法进行修补收到良好的效果。

2）贯穿裂缝和深层裂缝。由于基础对新混凝在温度变形施加的约束作用，所以在混凝土温度上升膨胀时引起压应力，在温度降低时引起拉应力，当这个拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会产生裂缝。由于这种裂缝自基础向上开展，严重时可能贯穿整个浇筑物，破坏结构的整体性，所以把这种裂缝称为贯穿性裂缝。由于它切割深度可以达到3m～5m以上，宽度可以达到1mm～3mm，所以被称作深层裂缝。这种裂缝在施工中必须要采取措施避免。

4 裂缝的修补工艺流程

对已经出现的混凝土裂缝，应及时进行处理。

在对混凝土的裂缝处理之前，应该对裂缝现状进行调查，包括裂缝的类型，裂缝的宽度，有无病害，是否漏水，钢筋是否锈蚀等现象，产生裂缝的经过（发生的时间，发生的过程），施工纪录的检查，构件的、厚度的检测，地基调查等等。通过调查，掌握了混凝土裂缝产生的各种资料，就会针对不同的裂缝，采取相应的处理方法。

4.1 修补材料

根据裂缝的宽度选择不同的注浆修补材料，在施工中根据现场实际情况，选择了环氧树脂对裂缝进行修补。修补材料是由环氧树脂、固化剂、固化促进剂、各类助剂和高补强性填料组成的。

表3 水泥浆液凝结时间

4.2 工艺流程

图1 裂缝修补工艺流程

图2 裂缝修补图片

4.2.1 表层处理

采用钢刷清除掉裂缝周围易脱落的浮皮、空鼓的抹灰等，并用毛刷清扫混凝土裂缝表面尘土，然后用棉丝醮乙醇沿裂缝方向擦净混凝土表层。

4.2.2 裂缝封闭封闭

采用聚合物砂浆修补平整（也可用YJ快干型封缝胶），使其裂缝被封闭，防止注浆时从裂缝中流失。假如裂缝没有被封严，导致漏浆现象，要及时封堵漏浆部位，在环氧树脂尚未初凝前继续完成注浆工作。

4.2.3 钻孔

采用手提式电钻对要修补的部位钻孔，孔位与裂缝的距离应参照裂缝的位置，确保钻孔的深度应穿过裂缝。相邻孔位的距离一般为20cm～50cm，通常裂缝越宽，所注的浆体就越远，孔位的距离可以适当增加。在修补桥梁梁面以及路基支承层表面时，根据现场实际情况，相邻孔位的距离采用15cm，深度为穿过裂缝。

4.2.4 安装止漏棒

在钻好的钻孔中安装高压止漏棒AS～185，将其上螺帽锁紧。

4.2.5 注浆

采用420kg/cm2的高压止漏机AS～2000，经由止漏棒AS～185注入搅拌好的浆液，利用高压止漏机AS～2000以高压力注浆（压力至少280kg/cm2），以确保浆液能确实填满裂缝，注浆时应注意根据裂缝走向由下而上进行，直至相邻孔位出料或注浆位置背面裂缝的预留出浆口开始流出浆液，表明该段裂缝己基本注满，然后将出料口堵上，继续注浆至浆液不再进入为止。

4.2.6 清理工作

待6个小时凝固完成后，拆除止漏棒AS～185，清除溢出缝外的止漏剂，修补注浆孔，恢复混凝土表面的原状，必要时可以采用防水补强材料将裂缝表面做防水处理。

4.3 修补施工的归档

修补施工位置、施工情况及施工批复等应包含在竣工资料内。修补区域须在日常检查中予以检查以验证修补部分及结构物的长期耐久性。

5 结论

混凝土裂缝是混凝土结构的常见病害，影响混凝土结构物承载能力、耐久性及降低防水性，严重的裂缝会改变混凝土的受力条件，从而有使局部甚至整体结构发生破坏的可能。虽然混凝土的裂缝是不可避免的，但它的有害程度是可以避免，只要人们在混凝土结构工程中采取综合技术措施，便可以变有害为无害，并达到设计、施工和使用的要求。

注浆法修补温度变形裂缝通过在新建石家庄至武汉客运专线的应用，证明此种施工方法能保证混凝土的施工质量，今后可以在铁路客运专线及类似工程施工中推广。

[1]姜绍飞主编.混凝土裂缝分析.北京：建筑工业出版社，1999，2.

[2]客运专线铁路工程施工质量验收标准使用手册.北京：中国铁道出版社，2007，7.

[3]薛吉岗主编.客运专线铁路工程施工质量验收标准应用指南.北京：中国铁道出版社，2005，11.