汉十高铁CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道裂缝原因及对策

孟雪罡

(中国铁路武汉局集团有限公司建设管理处，湖北武汉430071)

0 引言

我国高速铁路无砟轨道分为预制板式和现浇混凝土式，现浇混凝土式无砟轨道又分为CRTS-Ⅰ型双块式、CRTS-Ⅱ型双块式及道岔区轨枕埋入式。CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道是将预制双块式轨枕组装成轨排，以现浇混凝土的方式将轨排埋入道床板中，因其施工方便、结构受力好、适应性强等优点，被国内高速铁路和客运专线广泛采用。新建武汉—十堰高速铁路线路全长399.126 km，路基段全部采用CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道，工程于2016年1月开工建设，2018年2月轨道工程施工全面铺开。在对无砟轨道工程提前介入检查时，发现CRTS-I型双块式无砟轨道道床板出现不同程度的裂缝，特别是轨枕块四角的“八字形”裂缝较为普遍，不仅影响轨道结构的整体性，还降低了轨道结构的安全性、平顺性。

1 裂缝类型

CRTS-I型双块式无砟轨道结构，由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板、支承层或底座板等组成。道床板采用C40钢筋混凝土现场浇筑，道床板裂缝类型呈现出多样性，总体可以按以下两种方式进行分类。

1.1 按裂缝深度及危害程度分类

1)表面裂缝。主要为道床板表层的浅层裂缝，深度较浅，一般不会对道床板主体结构产生危害。

2)深层裂缝。裂缝宽度超过0.2 mm、深度延伸到道床板部分结构断面，在动荷载的反复作用下，会不断发展，进而对道床板结构产生危害。

3)贯穿裂纹。裂纹深度延伸到道床板整个结构断面，并纵向贯穿整个道床板，将道床板分离，直接危害道床板的整体安全性。

1.2 按裂缝形态和分布位置分类

1)横向裂缝。垂直于线路方向，多位于新旧混凝土结合部、支撑层预裂缝处或道床板边缘位置。

2)纵向裂缝。水平于线路方向，主要分布在道床板中部。

3)发散形裂缝。由多条裂缝组成，一般呈现为十字形、井字形等分散形态，多位于道床板中部。

4)“八字”形裂缝。裂缝位于轨枕块四角，沿30°～45°方向向外延伸，两条相邻裂缝呈“八字”，故称“八字”形裂缝。

通过对检查发现问题的统计分析，80%以上的裂缝为“八字”形裂缝，此类裂缝在动荷载的作用下，长期发展容易形成深层裂缝。

2 裂缝形成的机理与原因

CRTS-I型双块式无砟轨道是现浇混凝土结构物，裂缝形成的机理大致可分为两类，一是应力作用，预制轨枕块和现浇道床板的内部释放应力不一致、不同步，轨枕块采用预制方式施工，内部应力在先期已经得到一定释放，道床板为现浇混凝土施工，其内部应力释放较慢，轨枕块与道床板结合部分易产生内部应力差，当内部应力差超过混凝土抗拉强度时就会出现裂缝；二是材料变形，骨料粒径、外加剂、施工温度、拆模时间等控制不当时，道床板现浇混凝土发生水化反应，释放出大量热量，使混凝土内部温度迅速升高，生产温度应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会发生塑性收缩变形，进而造成道床板裂缝。

产生裂缝的原因大致有以下几个方面。

2.1 配筋不科学

没有充分考虑预制轨枕块内部应力与现浇道床板内应力释放的不同步性，在轨枕块四周配筋上没有进行科学检算，没有采取有针对性的补强措施，提高轨枕块四周混凝土的抗拉强度，以此抵消轨枕块与道床板结合部的内部应力差。

2.2 布料不均匀

道床板混凝土施工大多采取泵送方式，施工人员为图省事，集中在模板中部浇筑混凝土，混凝土由中部向四周自流，造成道床板混凝土整体不均匀，表层浮浆过厚，轨枕块底部混凝土不密实，降低了轨枕块与道床板混凝土之间的粘结性；在混凝土振动施工中，振动密度和深度不够，容易造成轨枕块四周及底部混凝土不实，甚至脱空。

2.3 配合比不合理

道床板施工多采用泵送混凝土，坍塌度较大，水泥、拌合水和外加剂的用量不合理，水泥浆含量过高，造成道床板混凝土收缩值过大；初期的水化速度快，水化热较多，降温时因自身的约束会引起较大温度应力；骨料粒径较小，粗骨料用量过少，增加了混凝土的收缩变形量；骨料中的含泥量过大，弱化了骨料与水泥石之间的粘结度，降低了混凝土的抗拉强度。

2.4 施工温差控制不严

施工时间选择不合理，特别是在夏、冬季施工时，没有根据气温变化调整施工作业时间，有的甚至在夏季10时～15时气温最高时浇筑混凝土，使外部环境温度远远大于混凝土自身温度，因温差过大造成混凝土结构应力不均匀，超过混凝土抗拉强度。

2.5 养护不到位

道床板混凝土还没有初凝就提早拆模，造成混凝土塌陷，引发变形裂缝；道床板混凝土浇筑后3 h～4 h左右表面没有采取覆盖、浇水等养护措施，混凝土表面的水分蒸发过快，造成混凝土急剧收缩变形。

3 裂缝防治措施

3.1 增强轨枕块周边混凝土抗拉性

对轨枕块四角配筋进行检算，科学确定钢筋直径，必要时在轨枕块四角设置倒角钢筋、四周设置环向钢筋，消除易出现应力集中的角点，从而提高道床板混凝土的抗拉性能，有效防止新旧混凝土内部应力释放不一致而产生裂缝。

3.2 提高轨枕块周边混凝土密实度

科学布料，每组双块轨排按等距选择三个布料点，从一侧向另一侧依次布料，防止混凝土从一侧自流到另一侧，保证混凝土入模时整体均匀性，降低混凝土表层浮浆厚度，防止出现离析；将轨枕块埋设在道床板混凝土中的部分设置成毛糙面，施工前用高压水枪对轨枕块表面进行冲洗，将浮灰、浮渣等杂质清除干净，提高轨枕块与道床混凝土之间的粘合力；加强轨枕块周边道床混凝土的振捣，振动棒宜粗细结合配置，宜先采用直径50 cm的粗振动棒先振捣，再用直径30 cm的细振动棒加强振捣，振动棒的移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍，振捣时间宜控制在25 s～40 s，避免漏振、过振，确保轨枕块四周及底部混凝土密实；把握收面时机，道床板混凝土需要3次～4次收面，要将最后一次收面严格控制在初凝前后。

3.3 优化道床板混凝土配合比

配合比采用低水灰比、低水泥用量、低用水量，降低粗骨料最大粒径，提高10 mm～20 mm粒径碎石比例，确保碎石含泥量不大于1%、针片状含量不大于8%；增加减水剂比例，混凝土外加剂进场后，要与胶凝材料进行相容性试验，保证减水率、含气量，在确保混凝土强度的前提下，提高混凝土的和易性；减少水的用量，严格控制坍塌度，泵送时坍塌度不大于160 mm，有效控制道床板混凝土收缩变形。

3.4 选择合适的施工时间

为最大限度的降低外界稳定对道床板混凝土质量造成的影响，尽量选择外界温度变化较小的春季、秋季施工；夏季施工时，选择在夜间22：00～凌晨5：00之间浇筑混凝土；冬季施工时，选择当日气温最高时进行，保证混凝土入模温度不低于5 ℃。施工前，密切关注天气情况，遇到大风、降温等恶劣天气，及时采取搭设遮阳棚、保温棚等防护措施。

3.5 加强混凝土养护

合理选择拆模时机，道床板混凝土强度达到5 MPa方可拆模；在混凝土初凝并压光后，采用土工布对道床板混凝土进行覆盖，土工布表面用喷雾器造潮处理；混凝土终凝后进行表面洒水降温，高温季节每隔1 h左右安排人员对道床板表面湿润情况进行检查，保证不间断保湿养护。

4 结语

CRTS-I型双块式无砟轨道道床板裂缝控制应以轨枕块四角“八字形”裂缝为主，且极易演变成为深度裂缝，危及高速铁路的安全性和平顺性，必须采取增加钢筋配置、优化混凝土配合比、严格施工过程控制等多方面措施，增强轨枕块周边混凝土抗拉性能、提高轨枕块与道床板混凝土粘结性、降低道床板混凝土的塑性变形，从而有效防止道床板裂缝问题的发生。