戈壁荒漠地区CRTSI型双块式无砟轨道裂纹研究

戈壁荒漠地区CRTSI型双块式无砟轨道裂纹研究【摘要】根据兰新二线crtsi型双块式无砟轨道道床板8月份现场裂纹状况，从无砟轨道道床板的设计原则、施工控制分析得出道床板裂纹的成因，并通过分析总结提出在极旱荒漠地区道床板裂纹防治措施，对为今后本地区高速铁路建设具有指导意义。

【关键词】兰新二线；设计理论；施工控制；裂纹防治
1.概述
兰新二线高速铁路是我国铁路《中长期铁路网规划》重点项目，是我国内地贯穿亚欧大陆的动脉，线路全长1776公里，设计时速300km/h，线路形式采用crtsi型双块式无砟轨道，本条线路穿越极旱荒漠地区，环境条件恶劣，工艺复杂，施工难度大，本文就目前现场道床板施工情况，主要介绍路基上道床板裂纹产生机理，控制措施。

路基上crtsi型无砟轨道结构介绍：轨道系统由钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、道床板、支撑层组成。

1.1 具有连续的层状结构体系，以上而下刚度逐层递减。

1.2 道床板采用单元式（11.7m）浇筑，单元与单元之间设纵向传力杆连接。

1.3 道床板与支撑层之间采用锚固钢筋连接，位置设在单元道床板中部。

1.4 双块式轨用集中预制，输送现场定位后再浇筑道床板。

2.设计理论分析
2.1 在轴向受拉的钢筋混凝土构件中，裂缝将呈现出两种不同形式，即不稳定裂缝和稳定裂缝形式。

不稳定裂缝是指随着荷载的增大，最大裂缝宽度保持不变，裂缝数量随之增多、间距随之减小的裂缝形式；而稳定裂缝则是指随着荷载的增大，裂缝数量保持不变，裂缝宽度不断增大的裂缝形式。

一般要求将道床板的裂缝控制为不稳定裂缝形式。

2.2 无砟轨道道床板采用纵向传力杆连接，可视为连续式无咋轨道，温度变形受阻，因此温度变化和混凝土收缩都将在道床板内引起巨大温度力，进而引发裂纹。

2.3 道床板的开裂轴力主要取决混凝土的抗拉强度和道床板断面面积，一般情况下，混凝土受拉开裂后由钢筋承担拉力。

2.4 钢筋应力与钢筋直径无关，仅与配筋率、混凝土抗拉强度以及钢筋与混凝土的弹性模量有关，最大裂纹宽度和最小裂纹间距与钢筋直径成正比。

2.5 道床板混凝土去强度等级等于或高于c40时，由于钢筋与混凝土之间的黏结强度不变，但混凝土抗拉强度增大，裂纹间距和混凝土抗拉强度成正比，最大裂纹宽度与混凝土抗拉强度的平方成正比。

2.6 配筋率与裂纹宽度和裂纹间距成反比，与钢筋应力成正比。

2.7 轴力—钢筋与混凝土应力关系。

图中：
np—混凝土拉应力达到其抗拉强度时道床板内的温度应力
ft—混凝土抗拉强度
nu—道床板能承受的最大拉力
ny—道床板内钢筋能承受的最大拉力
fy—钢筋抗拉强度
ac—道床板截面面积
3.裂纹产生原因
裂纹产生的原因主要有两种：温度变化和混凝土收缩。

3.1 温度变化
3.1.1 日温度变化是指无砟轨道道床板随气温发生的白天与晚上交替变化，白天温度高而夜间温度低，一天一个循环，无砟轨道地处戈壁荒漠地区，日温差经常在20℃以上，结构整体温差最大也在70℃左右，混凝土伸缩变形受阻进而引发裂纹。

3.1.2 道床板在太阳照射下，其上表面温度高，下表面温度低，而混凝土的热传导性能差导致道床板在厚度方向存在温度梯度，道床板在不均匀温度作用下的热胀冷缩致使道床板发生裂纹。

3.1.3 戈壁滩气温变化无常，在炎炎夏日气温经常也会急剧下降，而混凝土来不及发生徐变，这也是引起裂纹的重要原因。

3.2 混凝土收缩
混凝土收缩主要与混凝土的材料性质有关，影响因素比较复杂。

3.2.1 混凝土水化热
混凝土硬化初期，水泥水化过程释放水化热，并且其大部分热量是在3～5天以内放出，由于混凝土是热的不良导体，水化热积
聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂纹。

3.2.2 混凝土干缩
干缩变形是混凝土养护完成后出现，混凝土硬化后，在干燥或外界温度很高的环境下，混凝土水分蒸发引起混凝土表面干缩，而干缩变形受到内部约束时，就会在混凝土内部产生温度应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面将会产生裂纹。

3.2.3 混凝土自身缩变
自收缩是在外界无水分交换情况下因水泥水化消耗浆体内部自身的水分而产生的。

自收缩从混凝土初凝就开始产生，在1d以内发展最快，3d以后减慢，后期发展更加缓慢。

混凝土在初凝后导致体系产生孔隙，而对体系体积无影响；自收缩则导致毛细孔收缩而产生体系的收缩。

胶凝材料的活性越大、水灰比越低，则自收缩越大。

3.2.4 混凝土塑性收缩
塑性收缩是指混凝土浇注后仍处于塑性状态时，由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝，产生的原因主要是混凝土浇注后3～4小时左右表面没有被覆盖，轨道结构在炎热或大风天气混凝土表面水分蒸发过快，或者是被基础、模板吸水过快，以及混凝土本身的水化热高等原因造成混凝土产生急剧收缩，此时混凝土强度趋近于
零，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。

此外，工具钢轨受温度变化而伸长或缩短，而混凝土还处于初凝阶段，不能抵抗钢轨变形进而引发裂纹；预制轨枕和新混凝土黏结工况处理不善也将引发裂纹。

4.道床板裂纹控制
4.1 原材控制
进场材料应验收外观质量和数量，收集相关质量证明书、合格证等技术资料，验证其是否有效，并按相应标准进行检验和试验，出具书面检验、试验报告。

4.2 施工过程控制
4.2.1 严格按照道床板混凝土试验配合比控制混凝土质量，控制入模温度，钢筋和模板温度及相邻介质温度，必要时要采取降温措施，混凝土二次抹面就及时，并注意控制抹面质量。

4.2.2 现浇混凝土与预制轨枕现浇混凝土与双块式轨枕结合表面使用混凝土界面剂，加强界面粘结强度，加强振捣，防止漏振或过振。

4.2.3 混凝土浇筑完毕后及时松开系统扣件防止产生温度力，过程认真操作，防止随时混凝土。

4.3 养护控制
4.3.1 混凝土收面完成后，及时进行二次压光技术，轨道板混凝土用土工膜及时进行带模养护，尽量减少暴露时间，防止表面水分蒸发。

4.3.2 养护时间越早，养护有效性越高，在内部结构中的水挥发之前就开始养护。

一般情况下，当混凝土表面从全湿到半湿转化时就立即进行养护。

4.3.3 混凝土初凝后立即喷涂养护液养护，确保不漏喷，且施工缝处混凝土不得喷涂养护液，喷涂完成后立即采用土工膜覆盖养护，养护期不少于14天。

4.3.4 混凝土养护期间，应对有代表性的结构进行温度监控，定时测定混凝土表层温度、环境气温、及相对湿度、风速等参数，并根据混凝土温度和环境参数的变化情况及时调整养护措施，确保混凝土的内外温差满足要求。

参考文献：
[1]刘学毅，赵坪锐，杨荣山，王平.客运专线无砟轨道设计理论与方法.西南交通大学出版社，2010
[2]何华武.无砟轨道技术.中国铁道出版社，2005
[3]崔国庆.双块式无砟轨道道床板裂缝控制研究.铁道标准设计，2010
作者简介：
苏小强，男，陕西渭南人，在读硕士研究生，研究方向：道路与铁道工程轨道。

刘凤奎，男，河北保定人，兰州交通大学土木学院教授。