CRTSII型无砟轨道板宽接缝界面裂缝分析及控制

CRTSII型无砟轨道系统中，标准轨道板板长6450 mm、宽2550 mm、厚度200 mm，混凝土的设计强度为C55，板重约8.6 t。轨道板横向配置60根￠1 0预应力钢筋，纵向配置6根Φ20精轧螺纹钢筋，用于轨道板的纵向联接(图1)，轨道板间的接缝宽度为200mm，采用C55高性能混凝土现浇施工(图2)。该混凝土是按耐久性设计的混凝土，要求混凝土具有体积稳定性和高密实度，它能更好地满足结构功能和施工工艺要求，能最大限度地延长混凝土构件的使用年限，降低工程造价。实际施工中宽接缝后浇混凝土与轨道板接触面之间常常出现开裂现象，也就是新老混凝土之间的界面裂缝。裂缝宽度通常为为0.1～2mm，最宽时可达2~3mm，最终导致道床板沿线路横向完全开裂，尽管II型板在设计时允许其从预裂缝处开裂，但水和有害介质渗透到轨道板内部，腐蚀钢筋及张拉锁件，这势将降低无砟轨道的绝缘性能，削弱了轨道板承载力，影响轨道使用功能及寿命，危及到列车行车安全。因此，应采取相关措施，最大限度的降低裂缝出现几率，减小裂缝发展趋势和宽度。

图2 TSII型无砟轨道板宽接缝构造图

我单位在京沪高速铁路施工中，负责施工了五千余道的轨道板后浇带施工，针对前期施工中普遍出现的界面裂缝，经过现场认真细致的研究分析，分析了界面裂缝的产生机理和导致其产生的各类因素，并采取了针对性控制措施，后期施工的后浇带界面裂缝出现率大大降低。本文对此进行简明阐述，以期对类似工程提供借鉴。

1 界面裂缝产生的原因

工程实践表明，轨道板间界面裂缝产生的原因主要有以下两个方面：一是施工工艺存在问题，主要是施工技术要求不明确和施工过程把控不到位;二是混凝土配合比选用不当，在水化热产生的温度应力和混凝土收缩作用下，在最薄弱环节产生开裂。

1.1 施工工艺问题

图3 宽接缝钢筋笼构造图

施工工艺的影响主要包括宽接缝施工以前轨道板纵连和钢筋笼安装工序的影响和宽接缝混凝土施工工艺的影响。

1.1.1纵连时工序的影响

轨道板纵连和钢筋笼安装工序对混凝土的影响主要有两点：一是张拉锁件安装时，没有达到设计要求的250N·M的设计张拉力，或者因为轨道板灌浆时涌出的CA砂浆污染了轨道板间连接的精轧螺纹钢导致张拉锁件无法安装或安装不符合设计要求;二是宽接缝内放置的连接钢筋笼(图3)安装位置不符合设计要求或者在施工中造成钢筋笼变形，从而失去其防裂效用。

轨道板精调灌浆完成后，主要通过每两块板之间的6个张拉锁件(锁扣在精轧螺纹钢上，且张拉力要求达到250N·M)将其相互连成整体，使全线轨道板连接成一个纵向整体板式道床。如果张拉锁件没有正确安装或者张拉力达不到设计要求，则轨道板在这个部位仅靠混凝土的抗拉力是不能满足其在整体温度升降或轨道板温度梯度影响下的翘曲或伸缩变形的，从而造成混凝土在薄弱部分(新老混凝土结合处)产生裂缝。根据日本日野土木试验所实测得到的轨道板翘曲的最大最小值之差达到0.8mm，施工现场曾经对裂缝较大的宽接缝混凝土凿开处理，发现部分断缝接缝就存在张拉锁件没有正确安装现场，通过分析，认为这导致了裂纹的产生。

接缝内的钢筋笼，在制作和运输过程中，非常容易产生变形，由原来的长方形变为扁平状。而且该钢筋笼仅靠下部两根横向钢筋卡在张拉锁件上，没有绑扎或其他固定方式，而实际施工中往往由于制作尺寸问题，往往无法卡紧而产生位移，这就改变了混凝土内的配筋形式，从而改变了混凝土应力分布的形式，起不到防裂的效果。

1.1.2 混凝土施工工艺的影响

由于宽接缝混凝土方量较小，施工中往往对作用认识不足，对施工的质量要求，技术措施没有进行详细交底;二是对缝内清理不到位，导致新老混凝土粘合性较差，形成薄弱环节;三是混凝土运输、吊装、振捣工艺不规范，造成混凝土离析、钢筋笼变形或振捣不密实;四是浇筑后养护工作不到位，造成混凝土干缩。

1.2 混凝土配比选用不当

如果混凝土配合比选用不当，会造成混凝土凝固过程中产生大量的水化热，从而导致新浇混凝土内外温差较大形成较大的温度梯度，而这种温度梯度在混凝土凝结初期产生的拉应力超过了混凝土初期的抗拉强度，就会造成混凝土开裂。

以混凝土收缩为主引起的裂缝也是混凝土固有的特性之一。混凝土浇筑成型后，在凝结过程中和硬化后的一段时间内，混凝土体积将收缩，混凝土的收缩值随时间而增加。混凝土一年的收缩量约为0.3～0.6mm/m。由于混凝土的收缩，在其表面或内部产生裂缝。但通过优化施工配合比，可以有效减小其收缩。

2 界面裂缝的预防控制措施

2.1 对连接工序施工质量的预防控制

2.1.1 对张拉过程施工质量的控制

张拉锁具安装时，应对残留在轨道板端的精轧螺纹钢上和张拉槽口内的CA砂浆进行彻底清理，确保锁件安装到位，锁件张拉时有专人复核张拉力。同时张拉完毕后，应尽量保证锁具处于水平状态，以保证下一步安装钢筋笼时钢筋笼的保护层厚度符合设计要求。

2.1.2 对连接钢筋笼的控制

连接钢筋笼(如图2.1)的制作应严格按照设计尺寸进行加工，以免制作完成后造成混凝土保护层过大或过小。同时由于其设计形式，在制作和运输过程中极以造成钢筋笼变形，应明确钢筋笼绑扎形式，采取八字扣，不宜采用顺扣，绑扎要达到三扣以上。在运输过程中，一要轻拿轻放，二是在吊装时应采用吊篮或其他硬质箱具或托具，严禁直接套捆吊装。

2.2 混凝土施工工艺的控制

2.2.1 施工界面的清理预湿

混凝土浇筑前应采用高压风或高压水将轨道板端头清理干净，使新旧混凝土可以得到较好的结合。特别需要注意的时要将CA砂浆灌筑作业时侵入宽接缝和窄接缝范围内的CA砂浆清除干净。板缝底部需要用CA砂浆灌筑的部分在窄接缝和宽接缝混凝土施工前，一定要灌筑砂浆，不得直接用混凝土和宽接缝或窄接缝一起浇筑，否则，在外荷作用下会造成轨道板无法滑动而挤裂甚至挤碎宽接缝混凝土。

混凝土的接触面在施工前应提前3~4h洒水浸透，尽大可能的减少其在混凝土施工时可能的吸水量，这也是减少混凝土收缩裂缝的有效途径，洒水浸透时要避免水分聚积在基层低洼处或准备浇灌混凝土的部位。

2.2.2 浇筑时间的选择

根据无砟轨道设计文件，宽接缝混凝土浇筑时，外界温度最好控制在25℃左右，夏季施工在施工组织设计允许的情况下，应尽量避开高温时段施工。高温时段施工会对混凝土产生一定负面影响：首先，高温促使混凝土水化热在短时间内集中产生而造成混凝土裂缝;其次，高温照射下集料蕴含着大量热能，使混凝土入模温度过高加剧了已浇筑混凝土早期热量增加，进而影响到混凝土内部应力应变的变衡，因为在白天气温较高时进行浇筑，由于混凝土的热传导性能较差，混凝土在受太阳照射或骤然降温引起温度变化时，会使混凝土内外形成较大的温度梯度，从而造成混凝土开裂，根据混凝土的线膨胀系数，如果温度梯度达到10℃，产生的冷缩值为0.01%~0.014%，如温度梯度达到20℃，产生的冷缩值为0.02%~0.03%，当其超过混凝土的极限拉伸值时，就会造成混凝土开裂。

2.2.3 混凝土的运输和灌筑

由于每道缝的混凝土方量较小(每道缝约为0.02m3),所以，混凝土在运输和吊装属于小方量、大跨度作业，导致施工时段较长，坍落度损失过大，从而造成混凝土无法振捣密实而开裂。因此，在运输时每车运输方量应控制在2 m3左右，不宜一次运输过多。吊装倒运时宜选用车载带有搅拌装置的吊斗进行，不宜采用桶提或小型翻斗车倒运。尽可能的减少混凝土在运输和吊装过程中的坍落度损失。

2.2.4 混凝土的振捣收面

混凝土振捣时，既要保证振捣密实，又要防止振捣时间过长，实践证明振捣的最佳时长为5~10s。如果振捣时间过长，石子下沉,混凝土表面就会出现一层浮浆层,因而降低了混凝土表面粗骨料含量,加大了收缩,导致混凝土表面出现网状裂纹。同时振捣是应尽量避免振捣棒直接贴连接钢筋笼振捣，以免钢筋笼变形。

夏季混凝土施工时，由于外界环境温度较高，内外温差较大时，初凝时的混凝土表面会出现干缩裂纹，而预防这些裂纹出现的有效途径就是进行二次收面。也就是在混凝土初凝刚刚开始时，对混凝土土表面在第一次整平收面的基础上进行第二次收面，通过抹面消除细小的裂纹。收面时同时注意对新旧混凝土的表面接缝位置处进行处理，首先采用木抹子进行拍打按压，确保接缝处浆体饱满。然后采用铁抹子进行二次收面。

2.2.5 混凝土的养护

养护指是混凝土拌合物成型后，保证水泥能正常完成早期水化反应，以使获得预定的物理力学性能和耐久性能所采取的工艺控制措施，是获得优质混凝土的关键工艺之一。混凝土终凝后应及时覆盖进行带模养护，防止混凝土出现裂缝。养护一般采用土工布覆盖浇水养护或滴灌养护，由于宽接缝每道缝表面积较小，浇水养护或滴灌养护工作量较大，建议涂刷养护液进行养护。养护液涂刷后在表面覆盖一层塑料薄膜进行密封，同时根据天气情况进行土工布覆盖。

2.3 混凝土配合比的优化

对于普通混凝土，由于水灰比较大，其自收缩很小，裂缝的产生采用单因素的“温控防裂”即可。但对于高性能混凝土，由于水灰比较小，其自收缩很大，因此必须从温度控制和防止(减小)混凝土自收缩两个方面进行控制。高性能混凝土在配合比设计过程中,已经采取了降低混凝土收缩的多种措施。但在实际施工中，还应根据不同的原材料，针对粗细骨料、原材料入仓温度、环境温度等外部因素不同的组合情况，从外加剂、掺和料进行优化设计配合比。在保证混凝土强度和工作性的前提下，尽量降低水泥用量，较小胶集比。

2.3.1 水泥的选用

施工实践证明，水泥粗细颗粒适当级配，可得到良好的流动性，如果选用颗粒较细的水泥，虽然可以提高混凝土强度，但会造成用水量加大，运输和施工过程中的混凝土坍落度损失也会增大;在水泥用量相同的条件下，用熟料中A3C含量高的水泥时，达到相同坍落度的混凝土水灰比不可能很低。因此，也就不可能配制更高强度的泵送混凝土，应选用颗粒级配理想、A3C含量较低的水泥。

2.3.2 石子的选用

在选用石子时，除应和常规混凝土的骨料选用一样考虑石子的强度外，在高性能混凝土配制时还应考虑石子的粒径、粒形、级配以及粉尘含量和含泥量，这些因素不仅会影响混凝土的强度，又会影响新拌混凝土的和易性。

主要是保证级配连续，特别是控制大粒径含量不超标，大粒径超标将直接影响保护层外侧混凝土的质量，会导致混凝土的表面出现干裂纹，影响表观质量。良好的级配能增加混凝土强度，由于宽接缝混凝土体积较少，为便于施工，选用了一级配5~10mm的石子。

2.3.3 细骨料的选用

高强度混凝土要用中粗砂，尤其当石子的级配较差时，砂子以偏粗为好，应严格控制砂中粉尘颗粒和含泥量的控制。级配良好、空隙率小的粗细集料可以有效降低混凝土的用水量和胶凝用量,从而降低混凝土水化热,减小裂纹产生的可能性。

2.3.4粉煤灰的选用

工程实践证明,掺加粉煤灰是降低混凝土水化热的主要措施之一，配制混凝土时加入较大量的粉煤灰，可达到降低温升，防止因混凝土温度应力过大产生裂缝，改善和易性，增进后期强度的目的。

粉煤灰的烧失量过大，会吸附大量的外加剂，将直接影响混凝土的坍落度和流动度;采用二次加水搅拌时，就会出现混凝土离析、泌水等现象，造成大量的游离水，影响混凝土的外观质量;粉煤灰质量不稳定，需水比较大，都能够导致混凝土在施工过程中有泌水现象发生。因此，在选用粉煤灰时，应选用优质Ⅰ级粉煤灰，并在施工过程中及时检查检验。

2.3.5配合比中掺加膨胀剂

混凝土中应适度惨加膨胀剂，配制成微膨胀混凝土，这种混凝土具有适度膨胀行，它可以用膨胀来抵消混凝土全部或部分收缩，从而避免或大大减轻混凝土的开裂。

膨胀剂的选用和掺量是控制施工时是否会出现离缝的关键，我们在京沪高速铁路施工过程汇中经过大量实验，选用了LGN-S型膨胀剂(固体)。根据《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003规定，膨胀剂的掺量要满足以下两个条件：①限制膨胀率(水中14d)≥2.5×10-4;②限制干缩率(水中14d，空气中28d)≤3.0×10-4。

2.3.6 配合比中掺加高效减水剂

通过配合比试配，在混凝土中适当增加减水剂，可以大大减少拌合用水量，较少混凝土的收缩性，防止了裂纹的产生。外加剂与水泥相适应性、减水率、流动性、含气量、掺量都将影响混凝土的工作性。因此，应采用高温型缓凝高效减水剂。采用高温型缓凝高效减水剂能降低水泥早期水化热,延缓混凝土的凝结时间。我们在京沪高速公路施工中选用了陕西省建筑高新技术开发公司生产的XC聚羚酸高性能减水剂。

3结束语

轨道板宽接缝的界面裂缝形成往往是几种因素综合作用的结果，原因非常复杂。如果措施不力，工艺不正确，极容易产生裂纹。工程实践证明，通过对原材料、配合比、施工工艺等的控制，混凝土界面裂缝可以得到有效的控制。

参考文献

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