严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道底座板病害修复技术

刘井林， 陈刚， 高东泉

（中国铁路哈尔滨局集团有限公司哈尔滨工务段，黑龙江哈尔滨 150001）

1 研究背景

轨道的高平顺性是列车安全运行的前提，无砟轨道结构因平稳定性好、使用寿命长、后期维护作业量相对少等优点，在高速铁路中得到广泛的应用。我国北方严寒地区大范围采用CRTSⅠ型板式无砟轨道结构［1-2］，其主要由钢轨、扣件、垫板、轨道板、CA 砂浆垫层、混凝土底座板、凸形挡台及周围填充树脂等组成。

严寒地区的高速铁路上，CRTSⅠ型板式无砟轨道结构所处服役环境昼夜温差较大，如果雨雪频繁，质量不好的混凝土受冻融循环作用，造成混凝土表面起壳、粉化［3-5］等现象（见图1）。为抑制严寒地区高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道底座板病害进一步发展［3-4］，确保线路运营安全，亟须展开修复整治技术研究。

2 底座板病害特性及成因

图1 严寒地区高速铁路底座板病害

作为高速列车安全通行的直接载体，无砟轨道长期承受着列车动载荷及其他因素（如温度载荷）的耦合作用，其结构质量的好坏、伤损程度等均影响列车运营安全［3］。在严寒地区的高速铁路上，CRTSⅠ型板式无砟轨道结构所处服役环境昼夜温差较大，如果混凝土质量不稳定，将出现部分拌合水上浮至混凝土表面的现象（泌水现象）［4］；当混凝土黏聚力小于粗骨料重力时，导致混凝土拌合物中各组分分层（离析现象）。泌水现象发生时通常伴随抓底、板结等现象；离析现象大都伴随泌水现象的出现，均对混凝土的强度、耐久性、施工质量造成严重影响，导致局部结构强度不高、振捣不到位、局部结构不密实等问题。

当底座板伤损严重时，轨道板受力平衡状态的改变导致轨道板发生偏移，破坏轨道结构的稳定状态，甚至出现砂浆层剥离，底座板、轨道板局部开裂等病害，增加车辆运行安全隐患。所以，高速铁路底座板出现伤损后需及时修复，抑制底座板伤损病害［5-8］，提高底座板耐久性。

3 整治措施及工艺

3.1 工艺及流程

普通混凝土因拉压比低，干缩变形大，抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性差，密度大等缺陷，使用范围受到较大限制。随着工业的发展，出现了钢筋混凝土、自应力混凝土和纤维混凝土，但胶结材料水泥［5］的性能没有发生改变，限制了混凝土性能的提高。高速铁路使用的混凝土是普通水泥，是非匀质、多相无机脆性材料，骨料之间的结构结合力低，水泥在硬化过程中内部产生较多空腔易注入水。随着硬化过程的完成、水分的消失，在水泥固结体内，这些空腔呈毛细管状，在应力集中时产生微裂纹，在外作用下结构容易被破坏［9］。要进一步提高混凝土性能，就要改进胶结材料性能，因此出现改性混凝土。在保持水泥原有的无机材料抗压强度、抗折强度、耐老化的优点时，具备增加有机材料黏结力、变形性好、密封性强的特点，使水泥砂浆的黏结力和抗渗力都有了较大提高。丙烯酸柔性砂浆［10］就是其中具有代表性的一种，但是由于各种材料对水泥砂浆的改性程度不同，即各种水泥基复合材料自身的技术水平有显著的差异，以及水泥砂浆的改性机理的不同，丙烯酸柔性砂浆各项性能均符合标准要求，不仅具有较高的黏结强度和耐久性，并且具有优异的综合性能，满足高铁底座板混凝土病害整治要求。

针对严寒地区高铁混凝土底座板伤损病害，采用丙烯酸柔性砂浆的修复技术，施工包括：混凝土基础清理、涂刷界面剂、安装模板、灌注丙烯酸柔性砂浆、伸缩缝嵌缝封闭等。病害修复施工作业流程见图2。

3.2 施工条件

为保证施工质量，施工条件为：（1）施工时基面应干燥，含水率不大于10%，雨天不能施工；（2）施工时环境温度为5～35 ℃，雨雪天气时不得进行施工；（3）丙烯酸柔性砂浆应在有效期内使用。

3.3 施工关键技术

3．3．1 缺陷基面处理

图2 病害修复施工作业流程

伤损较为严重的底座板，采用电镐将修补区域内松散的底座板混凝土全部凿除，基础清理必须将粉化混凝土凿除干净，直至露出坚硬的混凝土基体。若混凝土凿除深度≥6 cm，则在凿除后的混凝土进行钻孔植入L 形螺纹钢筋，钢筋直径8 mm，植筋深度约5 cm。同时，将底座板两侧伸缩缝内原失效嵌缝材料进行清除。

3．3．2 混凝土深层固化

将底座板表面打磨和凿除后，混凝土表面用大型吹风机进行除尘，除尘后在底座板表面涂刷丙烯酸基面处理剂。涂刷在底座板上的处理剂，应涂刷均匀，根据底座板破损程度，可继续涂刷第2遍。涂刷丙烯酸基面处理剂后，下一步施工工序需间隔1 d，待其丙烯酸基面处理剂彻底凝固后再进行后续施工。丙烯酸基面处理剂可深入混凝土100 mm下进行密封固化。

3．3．3 涂刷丙烯酸界面剂

底座板表面的丙烯酸基面处理剂干燥后，在其表面涂刷丙烯酸界面剂。涂刷界面剂前，要保证涂刷基面潮湿且无明水渍、无油渍或无明显灰尘，涂刷均匀，无需反复涂刷。

3．3．4 支立模板

如凿除厚度大于3 cm，必须支立模板，支立的模板与底座板的厚度要达到原设计厚度。凿模板应与底座板混凝土密贴，防止灌注浆液渗漏；要确保安装模板在浇筑完后，底座板尺寸与原尺寸相同；支立的模板接触的底座板面，要涂刷1层脱模剂，以便脱模。

3．3．5 底座板双侧伸缩缝的缝隙封闭

对底座板两侧的伸缩缝内混凝土进行打磨处理，用大型吹风机进行除尘，用水将表面润湿，待表面干燥且无潮湿水渍后，采用硅酮密封胶填充至伸缩缝内，进行密封处理，硅酮密封胶填充厚度为30 mm。直线段不进行封闭，仅对曲线段超高一侧采用硅酮密封胶进行封闭，处理流程见图3。

图3 底座板两侧嵌缝处理

3.4 技术要求

3．4．1 丙烯酸柔性砂浆施工

现场搅拌丙烯酸柔性砂浆，现场要严格按照丙烯酸柔性砂浆A∶B∶C=2∶1∶1 的配合比搅拌，搅拌采用卧轴强制式搅拌机现场拌合。将搅拌好的丙烯酸柔性砂浆涂抹底座板表面或浇筑在涂刷丙烯酸界面剂后的模板内，施工现场环境不得低于5 ℃，搅拌好的丙烯酸柔性砂浆凝结时间在0.5～2.0 h（砂浆凝结时间可根据施工现场环境的温度适当调整砂浆配合比，满足施工要求），单次搅拌不要太多，防止浪费；要保证涂抹或浇筑砂浆层厚度达到原底座板设计厚度，采用振捣棒进行轻微振捣。底座板上表面要预留向外3°～5°的排水坡度，在丙烯酸柔性砂浆完全硬化前，要保证丙烯酸柔性砂浆表面施工后的平整度，并预留底座板上下侧伸缩缝。丙烯酸柔性砂浆采用快干施工，常温搅拌后0.5～2.0 h会迅速凝固，凝固后将无法施工。

3．4．2 涂刷丙烯酸防水剂

涂刷丙烯酸防水剂是保护整个整治工序的必要步骤。在丙烯酸柔性砂浆和硅酮密封胶硬化后，涂刷丙烯酸防水剂，起到防水保护效果。根据现场实际情况，可涂刷2～3层；伸缩缝位置涂刷至少3层。

3．4．3 清洁

清洁主要包括3个方面：（1）施工时要避免施工材料对轨道板等高铁基础设施的污染，可采用角磨机合金磨片将其轻微打磨干净。（2）完成后应清理干净现场残留垃圾，确保现场干净整洁。（3）施工工具及设备以丙酮、醋酸酯、二甲苯、天那水等溶剂清洁。

4 病害整治实践

2017 年7 月下旬—10 月末，对京哈高铁K1191—1230病害地段进行试验整治，共计完成200延长米整治任务，现场作业最高温度23 ℃，最低温度0 ℃。后期现场检查底座板整治效果良好，利用检查锤对整修后地段进行敲击，无异响，目视检查表面无裂纹、离缝脱落。

5 结束语

高铁线路的轨道底座板受到高速列车剧烈的反复冲击振动，在动载荷作用下其本身将发生微小的弯曲变形，无砟轨道结构底座板混凝土易发生粉化层基面缺陷。维护人员在利用丙烯酸柔性砂浆进行修补时，应保证施工作业质量，使修复后的底座板整体性能良好。在底座板修补后，混凝土层除自身应具备足够的强度和抗裂性外，与底座板原有混凝土之间应具备足够的黏结及抗冻性能，应适应严寒地区寒冷气候的条件，确保维护高速铁路的运行安全。