路桥建设 高速铁路黄河特大桥无砟轨道道床板裂纹问题研究及防治措施 吴占东 中铁上海工程集团有限公司 ２００４３６ 摘要：通过对大西客专晋陕黄河特大桥无砟轨道试验段，双块式现浇混凝土道床板出现裂缝现象的成囡分析，提出了防治双块 式无砟轨道道床板裂缝的具体措施，对今后客运专线现浇混凝土道床板的施工具有借鉴意义。 关键词：无砟轨道；裂纹；混凝土；防治 １、前言 无砟轨道作为一种露天放置、反复承受列车荷载的结构物，在列车荷载、 温度变化、基础变形以及混凝土自身收缩变形的影响下容易产生裂缝。裂缝 一５、预防裂缝的相关措施 ５ １控制原材料质量，优化配合比设计 混凝土原材料要求粗细骨料要级配良好，以降低孔隙率，还要严格控制 含泥量，细骨料宜采用级配良好的干净的中砂和中粗砂，粗骨料可通过冲洗 的方法降低含泥量。 在优化配合比的过程中发现，在同等施工条件下和满足最小水泥用量前 提下，通过降低水泥用量，调整水灰比到合理范围，混凝土的性能得到明显改 善，混凝土收缩速度变慢，早期裂纹减少，这就给出较充足的施工时间，有利 于控制施工质量，防止裂纹产生。此外由于粉煤灰的火山灰反应能进一步改 旦形成则危害较大，它会降低无砟轨道的绝缘性能，削弱轨道的承载力，同 时还可能会危害到无砟轨道的使用安全。 ２、工程概况 晋陕黄河特大桥位于陕西省与山西省交界处禹门口至潼关段黄河上，桥 梁全长９．９６９ｋｍ。梁部组合为简支梁＋连续梁＋单Ｔ刚构，大部分墩高在４５ｍ以 上，跨越黄河主河道。轨道采用ＣＲＴＳ Ｉ型双块式无砟轨道，无砟轨道结构类 型全部为桥梁地段，轨道结构高度７２５ｍｍ。 ３、裂缝的形式及分类 试验段道床板裂纹多数在表面抹光过程中和混凝土初龄期出现， 少数在混凝土中后期和养护期结束后出现。裂纹有以下几种形式：① 善混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化， 分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值减少。通过试验混凝 土配合比，改变粉煤灰等胶凝材料的掺合量，提高混凝土抗裂性能。 ５．２改善施工工艺．减少裂纹的产生 混凝土浇筑过程中布料一定要均匀，从一端到另一端均匀浇筑，将每一 根轨枕下布满混凝土，不可从一侧自流到另一侧。按照作业指导书中的要求 使道床板内混凝土材料分布均匀，减小不均匀收缩差 双块式轨枕四个角处出现斜向角裂纹，裂纹宽度一般都小于０．２ｍｍ。② 做到匀布料、规范振捣， 轨枕四周与道床板新浇混凝土的结合处粘结不良，出现裂纹。③桥纵 值，防止裂纹产生。道床板混凝土抹面收光时先用木抹抹平、提浆，在表面形成５～１０ｍｍ的 向两轨枕之间的裂纹，此裂纹为顺桥向，长度小于轨枕间距。④轨枕外 在用铁抹进行一次收光，此时混凝土基本初凝，用钢球试验确定 缘至道床板侧面的长裂纹，从轨枕外缘开始，沿道床板顶面延伸至侧 水泥砂浆层，面，继续沿侧面向下发展，裂纹在侧面的长度为５～１８ｃｍ。⑤表面的龟 混凝土初凝后及时松开螺杆、扣件及鱼尾板螺栓，释放混凝土收缩和轨排变 形应力，避免裂纹产生，然后进行二次抹压及三次压光。压光的作用一是消除 裂纹。 混凝土的表面缺陷，提高平整度及光洁度；二是提高混凝土表层的密实度和 ４、产生裂缝原因分析 强度；三是阻断表层毛细管，减缓了混凝土内水分迁移蒸发的速度，提高了混 道床板产生裂纹的原因较多，有变形引起的裂纹：如温度变化、收缩、膨 胀、不均匀、沉陷等原因引起的裂纹；有外力作用引起的裂纹，如荷载及振动 等；有养护环境不当和化学作用引起的裂纹。本文从混凝土、施工工艺、养护、 外荷载等方面探讨道床板裂纹产生的机理。 ４ １混凝土材料 凝土的抗裂能力。在正常施工养护的条件下，寻找最佳的二次抹压时间，破坏 毛细管微泵，阻止水分上升预防由于内部水分迁移引起的内应力产生，是预 防混凝土收缩形成裂缝的一项重要工序。 ５．３制定有效的养护措施 混凝土浇筑完成，不仅要求养护及时，而且要求覆盖严密，防止过快干 燥。为防止抹面过程中早期裂纹的出现，可利用几次抹面压光的间隔用防雨 布或者稍微湿润的土工布对道床板进行临时覆盖，防止混凝土失水过快而产 生早期裂纹，这在大风天尤其重要。在混凝土收面完成后要及时进行覆盖养 生，但不可过早浇水，否则使混凝土表面起皮、起砂，可先用湿润土工布覆盖 塑性收缩是造成道床板混凝土产生早期裂纹的主要原因。针对混凝土收 缩的分析，如果水灰比过大，则混凝土收缩值较大，抗拉强度也较低，塑性收 缩较大，后期干燥收缩也较大，容易产生裂纹；水灰比过小，自身收缩作用占 比明显增加，自身收缩作用发生在混凝土初龄期，如果这时养护不及时，塑性 收缩和自身收缩共同作用，将很快产生裂纹。如果水泥用量过多或者水泥浆 过多。其自身收缩和塑性收缩也较明显，容易产生早期裂纹，并且水化热大， 道床板，并用喷雾器保持土工布湿润，混凝土终凝后方可用水管直接浇水养 生。遇大风天气需在土工布外面再覆盖防雨布，并用沙袋将雨布边角压实，使 混凝土内部温度增加快，产生内外温度差将外表面混凝土拉裂。此外，粗细骨 水分不至于过快挥发，防止裂纹产生。 料的孔隙率过大为保证塌落度和流动度会导致水泥浆用量增大，也容易产生 ５．４减少施工动荷载振动 裂纹。 在桥面道床板混凝土施工作业区尽量减少施工车流量，施工材料可通过 ４．２施工工艺不当引起的裂纹 其他方式运至施工作业面，如塔吊、汽车吊、混凝土泵等。如不可避免，应慢速 施工丁艺不当引起的裂纹包括很多因素。布料振捣不符合要求，抹面压 通过，使桥梁振动效应降到最小。 光，新旧混凝土结合不良，松扣件时机把握不准确，混凝土养护不到位及桥面 ５．５其他措施 动荷载振动等都可以会引起裂纹。 建议，不可片面追求混凝土早期高强度。否则，将造成在约束状态下的混 混凝土施工振捣时布料不均匀、过振、欠振、用振捣棒拖拉混凝土、洒 凝土因温度收缩、自收缩、干燥收缩和较高的早期弹性模量而产生较大的内 部应力，早期的低徐变无法缓解这种应力而产生早期裂缝；内部不可见的微 水抹面等现象很容易引起混凝土材料不均匀，会导致道床板混凝土在垂 直、水平方向和局部产生分布不均匀现象，不均匀材料问存在较大变形的 差异，易导致混凝土开裂。混凝土浇筑面不及时覆盖、浇水养护，表面水分 迅速蒸发，很容易产生初期塑性裂缝。尤其是本桥面相对湿度低、风速大， 表面水分蒸发更加剧烈，收缩更容易发生裂纹。此外，本桥连续梁跨度大， 施工动荷载振动效应明显。在新浇筑混凝土强度增长前期，道床板混凝土 长期处在桥梁振动效应中，很容易产生裂缝。 ・ｑ２８・ 裂缝在混凝土使用过程中遇到振动效应、温度变形等将继续发展，造成混凝 土后期出现裂纹和提早劣化。如无特殊要求，不宜提高混凝土早期强度，以保 证混凝土耐久性。 目前的矩形轨枕的四个角处的道床板混凝土也容易因收缩变形产生应 力集中现象而首先开裂，若设计为圆端形则会减少应力集中的发生，将更好 地防止道床板裂纹的产生。 （下转第３３４页） 路桥建设 轴力较大，８ｍ长的锚杆最大轴力为１７．２４ＫＮ，约为设计值的２５％，为运营及其 它荷载工况提供了充足的安全储备。 糜一 Ａ竖向应力（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔｘ＇ｃＳＳ） Ｂ水平应力（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｔｒｅｓ￣ 图３三级开挖 ５结语 广东省某高速公路典型土质路堑高边坡坡高２５ｍ，数值模拟了其分级开 挖及锚杆支护过程。结论如下： ①开挖量对坡体变形影响较大。开挖量小，表现为弹性卸载，开挖量大， 坡体以水平位移为主，并形成圆弧状的潜在滑裂面。 ②锚杆支护有效阻止了坡体的持续变形，最大水平位移增加Ｏ．８ｒａｍ后坡 体达到稳定，最大锚杆轴力约为设计值的２５％。 针对图３中滑裂面形状，提出锚杆支护加固边坡方案。为确保锚杆穿过滑 参考文献 裂面的长度超过１．５ｍ，确定锚杆长度及数量如下：二级边坡布置４根长１５ｍ的 …廖小平．路堑边坡工程理论与实践【Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２０１１，Ｐ３ 锚杆，三级边坡布置１根长１５ｍ、２根长１２ｍ、１根长８ｍ锚杆。锚杆钻孔直径 ［２】徐前卫。丁文其，朱合华，马静．不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进式 ｌＯＯｍｍ，锚杆采用口２８ｍｍ的ＨＲＢ３３５钢筋。采用一次注浆，灌注强度为Ｍ３０的 破坏特性的模型试验研究盯］岩土工程学报，２０１２，３４（６）：１０６９—１０７９ 水泥砂浆，注浆压力不小于０．６ＭＰａ。锚杆用ｃａｂｌｅ单元模拟，弹性模量２００ＧＰａ， 【３】叶海林，郑颖人，陆新，李安洪边坡锚杆地震动特性的振动台试验研究Ｕ］． 锚杆横截面积６．１６ｅ一４ ，钻孔周长０．３４１５９ｍ，砂浆摩擦角２５。，倾角２Ｏ。，单 土木工程学报，２０１１，４４（增），１５２－１５７＋１７６ 位长度上砂浆刚度按式（２）计算取１．０ｅ９Ｎ／ｒｄ。 ［４】吴礼舟，黄润秋．锚杆框架梁加固膨胀土边坡的数值模拟及优化Ｕ］．岩土力 ４锚杆支护分析 设置不平衡率为１．０ｅ一５，获得稳定后坡体水平位移及锚杆轴力。最大水 平位移增至１９．２ｒａｍ，仅增加Ｏ．８ｍｍ，表明锚杆有效阻止了变形的持续增大，发 学，２００６，２７（４）：６０５—６１４ ［５】朱势军锚杆框格梁施工及验收的探究卟黑龙江交通科技，２０１３，（６）：１３５ 挥了良好的支护加固作用。锚杆在靠近临空面一侧轴力值较小，滑裂面附近 （上接第３２２页）重视对不适应的桥梁进行加固或改建，提高其承载能力和通 行能力，使之处于正常使用状态，以促进经济发展和社会和谐。 参考文献 【６】曹平，林杭，李江腾，何忠明，黄杰安．竹城公路层状岩质边坡的稳定性研究 作者简介： 王佳（１９８６一），男，湖北天门人，广东平兴高速公路有限公司。 （８）：９－１２． ｆ２１谌润水．胡钊芳帅长斌．公路旧桥加固技术与实例【Ｍ］．北京：人民交通出版 社．２００２．１ …惠云玲．混凝土结构中裂缝的分类、特征、原因及处理办法Ⅱ］．工业建筑１９９５ 【３】叶见曙．桥梁技术改造 ．北京：人民交通出版社．１９９１． （上接第３２８页）６、结语 本文以晋陕黄河特大桥无砟轨道试验段实际施工为依托，对道床板施工 裂纹产生进行归因。文中分析不尽全面，仍有诸多方面，如水泥细度、减水剂 等，以及其他施工方面的原因未进行逐一分析，仅针对本桥施工的具体问题 （上接第３２９页）机动车混行。横断面的空间资源的设计中，需考虑盲道的布设 位置及宽度。 进行分析并提出防治措施。成功解决了无砟轨道道床板这种特殊板结构的施 工裂纹问题。谨以本桥的实际施工，能对解决同类问题有借鉴意义。 参考文献： 【１】龙广成．低水胶比水泥基材料的自收缩硼．混凝土与水泥制品．２００１（０４）：３—５ Ｉ２］唐明述．谈水泥基材料的体积稳定性Ｕ】．中国建材．２００２（３）：３５—３６ 设置摩托车专用车道后，需对有关摩托车的交通标志进行相应设计。 路灯的设计与布设位置，需考虑行人与非机动车的有效照明及安全、舒 适性。 １ ０ 虑公交车专用车道 随着城市规模的变大，城市人口及人均机动车保有量增加，特别在大城 ８、考虑设置自行车道 在环境问题日益突出，机动车尾气污染日益严重的今天，绿色环保的出 行工具，自行车，日宜为民众所提倡，那对于如何合理设置自行车道即成为需 要重视的问题。 一市，交通堵塞日益严重，只有大力发展公共交通系统，才是解决交通拥挤问题 的出路。 公共交通有很多种，有地铁，轻轨、公交车、出租车等，其中利用公交车出 行无疑是最普遍的一种方式。 对于如何提高公交车的通行能力，是公路横断面设计中需要重点考虑的 问题。 般情况下，对有辅道路段，可在辅道用彩色沥青单独划分出２ｍ一２．５ｍ 宽自行车道，若无辅道路段，可采用１．５ｍ～２ｍ宽绿化进行隔开后，单独设置自 行车道。 最简单有效的办法，莫过于，在公路横断面设计中，预留公交车专用车 道，若对现有道路进行改造，则需通过交通标志，同时采用必要的监控系统， 除此之外，当断面宽度受限时，自行车道亦可利用现有的人行道，采用彩 色沥青进行设置。这就为所谓的人非共板断面，曾经有一段时间，这种断面非 设置专门的公交车专用车道，这对提高公共交通的通行能力，对人们快速有 效的出行，有重大的作用。 常流行，认为可实现慢行交通一体化的设计。 结语： 然而，多年使用下来，效果并不是很理想，人非干扰很大，交通安全性差。 因此，在道路横断面设计时，应慎重考虑，在非机动车交通量不大的路段或人 对于城市道路横断面的设计的合理设计还有许多需要探讨的问题，其影 行道宽度很大的路段，方可考虑。 响因素很多，不但要重视各类宏观的因素，更要重视微观的细节因素，让细节 ９、考虑设置摩托车道 现阶段，国内汽车快速发展，人均汽车量不断增加，但不可否认，在中小 城市，摩托车仍为人民日常出行的主要交通工具，在进行横断面设计时，需考 虑在道路前进方向右侧，适当地设置小型车车道用做摩托车专用车道，宽度 以３ｍ～３．２５ｍ为宜。对规范交通，避免汽车与摩托车混行，降低交通事故，提高 通行能力，有重要作用。 体现出人文关怀，从而提高整个道路工程的设计水平。 参考文献： 【１１李朝阳，徐循初口城市道路横断面规划设计研究Ⅱ】口城市规划汇，２００８，（２）： ４７－４９ ［２］张勇强，王伟，祁祥，等道路交通与绿化协调设计研究Ｕ］中国 【３１市政工程，２００８，（４）：８—１￣［３１杨晓光．城市道路交通设计指南 口北京：人民 交通出版社 ‘３３４‘