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摘要:文章結(jié)合新建太原至焦作鐵路工程為例,詳細(xì)闡述了無(wú)砟軌道裂縫形成的原因及分類(lèi),包括無(wú)砟軌道工點(diǎn)外部環(huán)境影響、新、老混凝土面結(jié)合差等因素,在此基礎(chǔ)上全面探討了預(yù)防裂紋施工關(guān)鍵技術(shù),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析可知最后取得了良好的防治效果。
關(guān)鍵詞:高速鐵路;無(wú)砟軌道裂紋;裂縫防治
1工程概況
新建太原至焦作鐵路線(xiàn)路長(zhǎng)度358.8km,其中山西省境內(nèi)325.4km,河南省境內(nèi)33.4km。太原至焦作鐵路(山西段)橋梁共計(jì)103座,長(zhǎng)95.9km,占線(xiàn)路長(zhǎng)度的29.5%;隧道共計(jì)35.5座,長(zhǎng)145.2km,占線(xiàn)路長(zhǎng)度的44.6%,其中,L>10km隧道5座57.239km,4km<L≤10km隧道8.5座54.980km,1km<L≤4km隧道10座25.195km,L≤1km隧道12座7.769km;路基長(zhǎng)84.3km,占線(xiàn)路長(zhǎng)度的25.9%。正線(xiàn)鋪軌共計(jì)637.1鋪軌公里,其中有砟軌道341.4鋪軌公里,無(wú)砟軌道295.7鋪軌公里,無(wú)砟軌道占比46.4%。太焦鐵路TJZQ-3標(biāo)起訖里程DK65+340.35~DK81+407.5,線(xiàn)路長(zhǎng)度16.07km。其中,無(wú)砟軌道長(zhǎng)度15.99km,工點(diǎn)依次為區(qū)間路基、白北隧道、白北村烏馬河大橋、區(qū)間路基、榆社隧道。標(biāo)段位于山西省榆社縣,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,晝夜溫差大,冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨,降水量多集中在七、八月份,季風(fēng)氣候明顯。全線(xiàn)采用CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道,軌枕采用SK-2型雙塊式軌枕,扣件采用WJ-8B型扣件,道床板寬度為2800mm,厚度260mm。路基與隧道段落道床混凝土采用連續(xù)鋪設(shè)(道床混凝土施工縫位置鋼筋連續(xù)設(shè)置)、雙層配筋結(jié)構(gòu);橋梁地段道床混凝土采用分塊式(鋼筋斷開(kāi)設(shè)置)、雙層配筋結(jié)構(gòu)。近年來(lái),因?yàn)楦咚勹F路無(wú)砟軌道道床板混凝土各種類(lèi)型裂紋頻繁出現(xiàn),針對(duì)無(wú)砟軌道裂紋原因分析及防治技術(shù)的相關(guān)研究越來(lái)越多[1~2]。本文結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工中已經(jīng)采取的措施實(shí)際情況對(duì)比,對(duì)無(wú)砟軌道裂紋防治技術(shù)進(jìn)行研究。
2無(wú)砟軌道裂縫形成原因分析及分類(lèi)
2.1無(wú)砟軌道工點(diǎn)外部環(huán)境影響目前,高速鐵路無(wú)砟軌道主要位于長(zhǎng)大隧道或者隧道群段落,中間零散分布路基、橋梁等工點(diǎn)。隧道口及臨近洞口附近橋梁、路基一般位于山區(qū),外部自然環(huán)境惡劣,主要包括氣溫的變化多端伴隨大風(fēng)天氣,對(duì)隧道口、路基、橋梁道床混凝土質(zhì)量影響較大。
2.2新、老混凝土面結(jié)合差
雙塊式無(wú)砟軌道軌枕由預(yù)制廠(chǎng)集中生產(chǎn),軌枕面及四周均為混凝土光面,與道床混凝土結(jié)合較差,軌枕四周與道床混凝土中間易出現(xiàn)矩形(局部)裂縫。
2.3隧道內(nèi)、路基(支承層段)產(chǎn)生的反射裂縫
路基與橋隧過(guò)渡段28m設(shè)計(jì)為混凝土底座板,其余段落設(shè)計(jì)為水硬性混合料支承層,切縫距離約5m/處,局部存在反射裂紋。隧道每板襯砌鋼筋單獨(dú)設(shè)計(jì),縱向鋼筋在施工縫位置斷開(kāi)做彎頭處理。隧道襯砌完成3個(gè)月后,沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足要求后施作無(wú)砟軌道,但后續(xù)因?yàn)橐r砌存在沉降,隧道內(nèi)襯砌施工縫位置道床板易產(chǎn)生反射橫向裂紋。
2.4路基、隧道地段混凝土連續(xù)設(shè)計(jì)
路基、隧道段落道床混凝土為連續(xù)設(shè)計(jì),在軌枕邊緣易產(chǎn)生四角裂紋,具體表現(xiàn)為“八”字裂紋,嚴(yán)重的局部橫向之間形成貫通裂紋或“人”字裂紋;路基、隧道地段現(xiàn)場(chǎng)裂紋數(shù)量較橋梁段落明顯增加。目前,四角裂紋占所有類(lèi)型裂紋總量的85%或者更高。已有研究表明,通過(guò)分段澆筑或設(shè)置后澆帶可明顯減少道床板橫向裂縫。圖1為無(wú)砟軌道不同類(lèi)型裂紋分布示意圖。
3預(yù)防裂紋施工關(guān)鍵技術(shù)
3.1新、老混凝土結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)
軌排組裝前,清理所有軌枕表面的雜物,并對(duì)軌枕四周埋設(shè)于混凝土內(nèi)位置涂刷界面劑,確保軌枕與道床混凝土有效結(jié)合。道床混凝土澆筑前安排專(zhuān)人對(duì)基層以及軌枕進(jìn)行噴霧,確?;炷粒ㄖС袑樱┟鏉駶?rùn)無(wú)積水,提高新、老混凝結(jié)合質(zhì)量?;炷劣砂韬驼炯猩a(chǎn)運(yùn)輸,應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的坍落度及含氣量,符合混凝土理論配合比的控制范圍?;炷翝仓^(guò)程中嚴(yán)格控制混凝土入模溫度,與既有的軌枕及基礎(chǔ)基面溫差不超過(guò)15℃。混凝土澆筑過(guò)程中采用“之”字形沿一個(gè)方向布料,以便排出軌枕下方的空氣。振搗采用2次振搗技術(shù),第一次利用Φ50振搗棒初振,第二次利用Φ30振搗棒主要對(duì)軌枕四周進(jìn)行加密振搗,確保新、老混凝土有效結(jié)合。
3.2預(yù)防八角裂紋關(guān)鍵技術(shù)
施工過(guò)程中,在路基、橋梁、隧道洞口200m范圍以?xún)?nèi),軌枕四角處增設(shè)防裂鋼筋+金屬網(wǎng)片,每根軌枕共設(shè)置8處,每處設(shè)置防裂鋼筋2根+1塊金屬網(wǎng)片,防裂鋼筋采用Φ6鋼筋,水平長(zhǎng)度為200mm~300mm,防裂鋼筋距混凝土頂面保護(hù)層為35mm;第一根防裂鋼筋距離軌枕邊緣為50mm,兩根防裂鋼筋間距為100mm,防裂鋼筋必須采用絕緣處理。金屬網(wǎng)片尺寸為15cm×20cm,置于防裂鋼筋上方。隧道內(nèi)其他段落軌枕四角處增設(shè)金屬網(wǎng)片,尺寸一致,與主筋通過(guò)絕緣卡進(jìn)行絕緣處理。3.3預(yù)防反射裂紋關(guān)鍵技術(shù)隧道內(nèi)襯砌施工縫位置,為避免出現(xiàn)反射裂縫,首先必須保證隧道內(nèi)仰拱、填充、襯砌施工縫同縫,后續(xù)存在仰拱回填層施工的,在隧道施工縫位置對(duì)仰拱回填層進(jìn)行切縫處理。同時(shí)在施工縫位置增加一層0.3mm厚的滑動(dòng)膜進(jìn)行隔離,滑動(dòng)膜鋪設(shè)在混凝土道床板下,縱向長(zhǎng)度300mm,寬度與道床板等寬。
3.4其他措施
3.4.1優(yōu)化混凝土配合比目前,雙塊式無(wú)砟軌道主要利用軌排框架法施工,除橋梁段落采用泵送混凝土外,路基、隧道段落利用料斗澆筑(非泵送)。施工前應(yīng)優(yōu)化混凝土性能,按照“三低一高”原則配置,具體可按照低膠材、低用水量、低坍落度、高含氣量控制。
3.4.2適時(shí)解除軌排支撐系統(tǒng)混凝土澆筑完成后,當(dāng)混凝土達(dá)到初凝時(shí)及時(shí)松開(kāi)扣件和軌排間魚(yú)尾板,防止溫度變化時(shí)鋼軌伸縮對(duì)混凝土造成破壞,初凝時(shí)間由試驗(yàn)人員根據(jù)鋼球壓痕試驗(yàn)確定。具體操作為使用質(zhì)量為2kg直徑75mm的鐵球輕輕放在混凝土表面靜置1min,然后將鐵球拿起,測(cè)量混凝土表面壓痕,當(dāng)直徑小于15mm時(shí)即表示混凝土已初凝。
3.4.3加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)無(wú)砟軌道施工精度要求高,為避免陽(yáng)光影響精調(diào)結(jié)果,路基、橋梁段落精調(diào)工序一般在晚上或者凌晨進(jìn)行,同時(shí)為保證混凝土入模溫度,一般早上開(kāi)始澆筑。混凝土連續(xù)澆筑,一般在當(dāng)日下午3點(diǎn)左右完成,混凝土施工期間環(huán)境溫度變化較大。澆筑完成后應(yīng)及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù),避免混凝土水分損失過(guò)快,后期出現(xiàn)裂紋。混凝土收面時(shí)嚴(yán)禁加水,利用木模找平,鋼模精平?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配足收面人員,縮短每次收面時(shí)間?,F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)采取土工布+塑料膜結(jié)合措施確?;炷临|(zhì)量,混凝土面布設(shè)2根Φ5cm塑料管,管壁按梅花形布置出水孔,間距50cm。直線(xiàn)段水管布置于線(xiàn)路中線(xiàn)兩側(cè)40cm位置,曲線(xiàn)段布置于超高側(cè)距離混凝土邊緣15cm及線(xiàn)路中線(xiàn)位置?,F(xiàn)場(chǎng)指定專(zhuān)人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況定時(shí)通過(guò)預(yù)埋花管補(bǔ)充養(yǎng)護(hù)水,確保做好水分預(yù)儲(chǔ)存,減少水分收縮,提高混凝土抗裂能力。養(yǎng)護(hù)時(shí)間具體結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可參照表1執(zhí)行。
4現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析
太焦鐵路3標(biāo)無(wú)砟軌道主要分兩個(gè)時(shí)間段施工。2019年10月5日開(kāi)始橋梁工點(diǎn)無(wú)砟軌道施工,于2020年1月10日完成橋梁、白北隧道段落無(wú)砟軌道施工;榆社隧道、區(qū)間路基無(wú)砟軌道于2020年3月1日開(kāi)始施工,4月9日全部完成?,F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)施工時(shí)間、工點(diǎn)類(lèi)型、過(guò)程中采取的措施,各選取左線(xiàn)無(wú)砟軌道100m(50m)做數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)兩個(gè)時(shí)間段無(wú)砟軌道裂紋統(tǒng)計(jì)分析,主要以軌枕四角裂紋為主,占比約為85%。采取措施后,路基段落裂紋長(zhǎng)度整體下降75%,隧道洞口200m范圍內(nèi)裂紋長(zhǎng)度下降34%,其他段落裂紋長(zhǎng)度下降40%。圖2為采取措施前、后各種類(lèi)型裂紋長(zhǎng)度對(duì)比柱狀圖。
5結(jié)束語(yǔ)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平越來(lái)越高,“綠色出行”理念越來(lái)越深入,出行舒適度要求越來(lái)越高,高速鐵路必將成為大家出行的日常工具。鐵路運(yùn)行安全也必將是關(guān)注重點(diǎn)。其中,無(wú)砟軌道施工質(zhì)量控制從源頭抓,主要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn);從施工過(guò)程抓,主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化混凝土配合比、加強(qiáng)過(guò)程措施控制、嚴(yán)格落實(shí)養(yǎng)護(hù)措施實(shí)現(xiàn)。有效降低或避免道床板裂紋出現(xiàn),確保鐵路運(yùn)行安全,將是以后無(wú)砟軌道施工的重點(diǎn)。
參考文獻(xiàn):
[1]楊文.CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道道床板混凝土開(kāi)裂原因分析及防治措施[J].工程技術(shù)研究,2019(6):76~77.
[2]范偉.高速鐵路CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道道床裂紋缺陷成因及防治[J].建材與裝飾,201(9):259~260.
作者:齊少華 單位:中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司