寒冷地区高速铁路路基上无砟轨道伸缩缝防渗水优化设计

徐娟娟

寒冷地区高速铁路路基上无砟轨道伸缩缝防渗水优化设计

徐娟娟

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

针对严寒地区路基段板式无砟轨道伸缩缝封闭不严及裂缝过大引起的渗水问题,通过对不同密封材料的对比,提出了采用新型聚氨酯密封胶的封堵方案,并介绍伸缩缝整修的施工工艺。实践证明,使用聚氨酯密封胶对无砟轨道伸缩缝进行整修,施工操作简便,防水效果较好。

无砟轨道;伸缩缝;防渗水设计;聚氨酯密封胶

高速铁路运行速度高,无砟轨道对路基工后沉降要求非常严格,允许的工后沉降不大于15mm,差异沉降不大于5mm。特别是高寒地区,路基冻胀可能会使路基产生不均匀变形,从而破坏轨道的平顺性,影响乘车舒适性,严重的甚至会危及行车安全。因此,必须重视路基的防冻胀设计。除了加强路基结构设计,严格控制路基填料细颗粒的含量和压实质量,加强路基防、排水工程设计和施工质量监控外,做好无砟轨道伸缩缝处防渗水设计及施工也是十分必要的。本文以板式无砟轨道为例,介绍无砟轨道伸缩缝优化设计方案。

1 无砟轨道伸缩缝处原设计方案及存在的问题

1.1 底座伸缩缝设计

路基地段CRTSⅠ型板式无砟轨道由60 kg/m钢轨、WJ- 7B型扣件、预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆、混凝土凸形挡台及混凝土底座等部分组成。通常每2～3块轨道板长度底座设置1道宽20mm伸缩缝,伸缩缝对应凸形挡台中心并绕过凸形挡台,伸缩缝下部采用聚乙烯发泡板填充,上部50 mm范围采用改性沥青软膏封闭,伸缩缝平、立面布置见图1。

1.2 线间及两侧混凝土封闭层伸缩缝设计

为防止线间两侧及混凝土封闭层开裂,混凝土封闭层沿线路纵向每3m设一道宽12 mm的横向缝,上部50mm采用热融改性沥青灌注;混凝土封闭层与无砟轨道底座间设置宽12 mm的纵向伸缩缝,纵缝上部50mm采用热融改性沥青软膏灌注,下部采用聚乙烯泡沫板填充。封闭层纵向及横向伸缩缝结构如图2所示。

图1 伸缩缝平、立面(单位:mm)

图2 混凝土封闭层纵向及横向伸缩缝示意(单位:mm)

1.3 存在的问题

通过对路基地段无砟轨道排水系统、路基面混凝土封闭层及无砟轨道伸缩缝等相关部位无砟轨道路基面防排水情况进行了现场调查,发现路基地段个别伸缩缝存在以下问题:

(1)线路两侧封闭层有横向裂缝产生,裂缝宽度0.5～1mm;

(2)底座和两侧封闭层之间纵向有离缝产生,离缝宽度在1～2 mm;

(3)底座由于冬天温度低会产生收缩的现象,底座之间的伸缩缝变宽,填充的沥青软膏封闭层产生裂缝,裂缝宽度0.5～2mm。

裂缝过大,当地表积水时,将会通过缝隙渗入路基基床。

2 原因分析及解决方案

2.1 原因分析

严寒地区极端最低气温低,路基对地表水较敏感,伸缩缝封面材料的防水要求较高,根据《建筑防水沥青嵌缝油膏》相关技术指标,目前国内采用的沥青封面材料性能指标,低温柔性的试验温度通常为-20℃,对粘结拉伸强度无要求,由于粘结拉伸强度较小,低温季节伸缩缝混凝土基面伸缩量较大,伸缩缝上部嵌缝材料首先与混凝土界面脱离并产生缝隙,地表水容易进入伸缩缝。

2.2 解决方案

采用能够适应极端最低气温低、断裂伸长率较高的伸缩缝密封材料对伸缩缝表面进行密封。

3 伸缩缝防渗水优化设计

3.1 伸缩缝材料选择

伸缩缝常用的密封材料有聚氨酯密封胶、MS密封胶、聚硫密封胶、改性沥青密封胶4种[6],其性能对比见表1。

表1 几种常见的伸缩缝用密封胶性能对比

如表1所示,与聚硫密封胶、MS密封胶、改性沥青密封胶相比,聚氨酯密封胶具有以下优点:(1)新旧胶相容性好,易维修;(2)施工方便;(3)对基材无污染; (4)价格适中。因此,选择聚氨酯密封胶作为伸缩缝嵌缝材料。

为了满足路基面较高的防水要求,适应极端最低气温低、温差大等特殊条件,设计采用新型聚氨酯密封胶,根据研究试验,该嵌缝胶的断裂伸长率可达到800%。

3.2 设计原则

(1)伸缩缝宽度变化值与密封胶位移量

影响伸缩缝宽度变化值的主要因素包括:热位移、潮湿膨胀位移、荷载作用位移等。其中热位移是最主要影响因素,所以计算伸缩缝宽度变化值时可以只考虑热位移,可使用下列公式计算

式中,L是伸缩缝间距;αX是混凝土的线性热膨胀系数;ΔTX表示预期温差。

伸缩缝密封所选密封胶的位移量必须大于等于对应接缝宽度变化值与宽度的比值。经计算并结合现场实际情况,底座伸缩缝变化约为3～5 mm。

(2)形状系数

接缝设计除了接缝尺寸大小外,密封材料灌注于接缝内的形状、大小也影响到密封效果。厚度小的密封胶比厚度大的密封胶更有弹性,作用于胶体上之应力也较低。

根据国内外经验,密封层的宽深比宜为1∶0.5～1∶0.7,厚度最少不应小于6 mm,最多不宜大过15 mm。本次封堵整修设计嵌缝材料宽深比取1∶0.7。

(3)密封方式

接缝密封设计方式推荐采用嵌缝密封,过桥密封应慎重采用。

3.3 优化设计方案

(1)混凝土封闭层伸缩缝

对于无砟轨道底座与轨道之间及两侧混凝土封闭层纵向及横向伸缩缝,清理原伸缩缝内杂物,清理范围为12mm×20 mm(宽度×深度),新设纵向及横向缝在混凝土封闭层上部采用厚度为8 mm的新型聚氨酯密封胶封闭,下部采用直径不小于12 mm的圆柱形聚乙烯泡沫板作为背衬材料,如图3所示。

图3 封闭层纵横向伸缩缝封堵(单位:mm)

(2)底座伸缩缝

对于底座间伸缩缝,清理伸缩缝内杂物,清理范围为20mm×35 mm(宽度×深度),新设伸缩缝在底座上部采用厚度为15mm的新型聚氨酯密封胶封闭,下部采用直径不小于20mm的圆柱形聚乙烯泡沫板作为背衬材料,如图4所示。

图4 底座伸缩缝封堵(单位:mm)

3.4 施工工艺

(1)清缝

首先用机械或工具清除原接缝中的失效沥青,再用水泥混凝上切缝机将原缝清切2遍,在切缝过程中,切缝机一定要把握平稳、走直、均匀前进。然后用铁钩消除缝内残留废渣,再用空压机将缝内灰尘、杂物清除干净。

(2)安装背衬材料

接缝清洁完成后,应尽快安装背衬材料。安装过程可用木制专用工具,保证背衬材料嵌填至设计规定的深度。

背衬带的作用有2个:一是控制灌缝深度,使密封胶在缝内均匀一致,不漏胶,保证灌缝质量;二是使密封胶同底部不粘接,确保材料的延伸率。

(3)配料

聚氨酯密封胶为双组份胶,使用前需将2组份胶料按比例混合均匀。搅拌时先将乙组份材料搅拌均匀,然后按已试验好的配合比进行搅拌。配料完成后,应立即移至灌缝机内进行填缝。

(4)填缝

填缝是施工的重要环节,要严格把握。首先将嵌缝枪装上枪头后,对缝注入聚氨酯嵌缝胶;在注入过程中掌握好枪的板手用力和枪头移动速度,防止胶液流出缝外;打胶完成后,应检视接缝填缝情况,以确保胶无起泡、隆起等现象。若发现有不当之情形,应立即处理。

4 结论

针对高寒地区路基无砟轨道伸缩缝封闭效果不好及裂缝过大导致渗水的问题,提出了采用新型聚氨酯密封胶替代沥青软膏的伸缩缝整修方案。实践证明,使用聚氨酯密封胶,对伸缩缝裂缝进行维修,施工操作简便,防水效果较好。

[1] 赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[2] 中华人民共和国铁道部.高速铁路设计规范(试行)[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[3] 中华人民共和国铁道部.高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)[S].北京:中国铁道出版社,2012.

[4] 张鹏,肖绪文.哈大客运专线路基填料改良试验研究[J].铁道标准设计,2009(6):6- 8.

[5] 石刚强,张先军.严寒地区客运专线路基冻胀影响因素及防治技术[J].铁道建筑,2010(1):93- 95.

[6] 向凯,王好军,江琪.聚氨酯密封胶在混凝土路面切割缝中应用研究[J].中国建筑防水,2012(1):11- 13.

[7] 向凯,陈伟冬.聚氨酯建筑密封胶用底涂的应用研究[J].中国建筑防水,2011(2):42- 44.

[8] 庄守云,丁金勇.聚氨酯类灌缝胶在寒冷地区水泥混凝土路面的应用[J].黑龙江交通科技,2008(11):27- 28.

[9] 辛波,杨勇,徐海涛,王炳凯.聚氨酯密封胶及其在建筑行业中的应用[J].新型建筑材料,2005(3):34- 37.

[10]王孟玮.聚氨酯密封胶在轻质砂加气混凝土墙板接缝中的应用[J].防水材料与施工,2008(12):44- 47.

[11]陈宏喜,文举.SBS改性沥青弹性密封胶的研制及应用[J].中国建筑防水,2012(2):9- 12.

[12]尤士介,袁长海,王林,高武林.瀑布沟水电站坝基廊道结构缝渗水处理[J].人民长江,2011(24):38- 41.

Optim um Design for Expansion Joint Anti-seepage Slab Ballastless Track on Subgrade of Firgid District High-speed Railway

XU Juan-juan
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

There are seepage problems at expansion joints of slab blasstless track in severe cold area, because the expansion jointswere not tightly closed or the crack was too large.Based on the comparison among different sealing materials,the sealing scheme using new polyurethane sealant was put forward, and the construction technology of the expansion joint repair was introduced.It has been found that the use of polyurethane sealant for expansion joints repair is a method with simple construction and good waterproofing effect.

ballastless track;expansion joints;anti-seepage design;polyurethane sealant

U238;U213.2+44

A

1004- 2954(2013)07- 0019- 03

2012- 11- 30;

2013- 03- 07

徐娟娟(1981—),女,工程师,2006年毕业于西南交通大学道路与铁路工程专业,E-mail:xjj8119@163.com。