高速铁路双块式无砟轨道道床板裂缝成因分析及

2019-09-08 17:45 admin
高速铁路双块式无砟轨道道床板裂缝成因分析及改善措施
 
摘要:高速铁路双块式无砟轨道的建设,它一方面反映了国家总体的综合实力,同时也为这个人口众多的大国缓解了交通运输压力,高铁的建设可谓是“功在当代,利在千秋!”但是在建设的过程中,我们却经常遇到一些难解的问题,其中,无咋轨道道床板四周的“八字”裂缝就是高铁建设中一个普遍又难以处理的问题,本文将对轨枕四周的“八字”裂缝所形成的原因进行一下分析并结合现场的施工工艺给予相应的解决方案。
关键词:高速铁路  轨枕  裂缝  施工工艺
1、工程概况
    兰新铁路第二双线新疆段LXTJ-2标段二工区的施工段从DK1216+000至DK1235+000,正线全长19.0km,其中路基长度15.3km。段内有一座大桥和三座特大桥,共3.7km。整个施工段都位于新疆哈密的戈壁滩内,并且属于烟墩风区,其环境特点为干旱,常年风沙较大,昼夜温差大,一年四季最高温度达50℃以上,地表温度可达60℃。环境条件恶劣。轨道工程采用CRTS-I型双块式无砟轨道。
2、轨枕四周“八字”裂缝的现象
    在双块式无砟轨道的现浇过程中我们会发现,当混凝土初凝后就会在每一个轨枕的四个角上形成沿45°方向向外延伸的裂缝,并且这种现象十分普遍,如果稍处理不好,可以说是每个轨枕的四周都会出现,更有严重的就会在两轨枕之间贯通,形成贯通裂缝。因为两条相邻的裂缝就会组成一个“八字”,故称“八字”裂缝。
 
 
 
3、裂缝所产生的影响
     由于戈壁滩的白昼温差比较大,又加之兰新铁路第二双线是客运专线,从火 车上排到道床板上的污水会比货车上排出的多很多,所以单从这一点来考虑裂缝对结构的影响就会比其他地方的大很多,尤其是在春秋冬三个季节,白天还是零上十几度,而到了晚上却是零下好几度,这样在白天洒入裂缝中的水在夜间就会结冰,结冰后体积的膨胀使裂缝不断的发展,在良好的环境下也许一年只有一个冻融循环而在这里也许一天就是一个冻融循环。
    裂缝一旦形成,尤其是可见宏观裂缝发展到较宽较深时,就会使受力筋的保护层厚度减小,甚至到没有保护层,这样就会诱发钢筋的锈蚀和混凝土的自然老化,同时,钢筋在锈蚀的过程中体积还会膨胀,使道床板混凝土产生二次破坏。严重的就会影响到结构的承载能力、使用功能和耐久性,所以控制裂缝的产生将十分重要。
4、浅析裂缝产生的原因
     混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多,每一条裂缝都有其产生的一种或几种主 要原因。根据引起因素的不同所产生的裂缝形式也不同,但占主要因素的大体为混凝土本身的性质(包括塌落度、水灰比、外加剂、水泥颗细度和配合比等)、施工工艺、和施工环境等。
4.1 内因—混凝土本身对裂缝产生的影响
4.1.1 水泥浆含量高塌落度大,由于打道床板为泵送混凝土,为了便于泵送,塌落度往往比较大,大约控制在140mm-160mm,为了达到这个塌落度,必然要求增加较多的水泥用量、拌合水用量和外加剂的用量,由于这三种因素共同的影响,造成泵送的混凝土比普通混凝土的收缩值要大得多,极易导致混凝土开裂 。
 4.1.2 水化热的影响        由于泵送混凝土的水泥用量比普通混凝土的大,而且又加入了外加剂,造 成初期的水化速度快,产生的水化热也比较多,从而降温时因自身的约束引起的温度应力也比较大,当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时,便开始裂缝
 4.1.3 骨料粒径的影响        为了满足混凝土的泵送要求,泵送混凝土都采用粒径较小的骨料,有的还 会减少粗骨料的用量,这样就导致了单位水泥用量和拌合水量比普通混凝土多,而在混凝土中粗骨料是制约水泥石收缩的主要成分,因此粗骨料的用量少,水和水泥用量多这三种因素加到一起又增加了混凝土的收缩量,使裂缝产生。
 4.1.4 含泥量和外加剂的影响        骨料中的含泥量如果大了,泥就会弱化骨料与水泥石之间的粘结面,降低 了界面的粘结度,也降低了混凝土的抗拉强度,导致混凝土容易开裂。      现在的施工中不可避免的就会使用外加剂,而外加剂兼有减水、缓凝等综合作用的高效复合外加剂,由于缺少外加剂对混凝土影响上午系统理论研究,所以如果不能科学的控制外加剂的加入,就会在一些部位形成薄弱环节,在外力的作用下很容易产生裂缝。
 4.1.5从宏观分析轨枕四周开裂的原因        我们可以看见,轨枕四个角处的圆弧半径很小,所以在这里的混凝土在收 缩时就会产生应力的集中,轨枕是预制的,不变的,而且表面比较光滑,与现浇的混凝土不能紧密结合,也可以比喻成一个小的施工缝,轨枕四周的混凝土初凝收缩时,轨枕不能给与周围混凝土拉力,在两轨枕之间的混凝土就会有一种沿线路纵向方向收缩到一起的趋势,而在轨枕与模板之间的混凝土也是相同的原理,模板是涂过脱模剂的,所以模板和轨枕之间的混凝土就会有一种沿线路横向方向收缩的趋势,加之轨枕角处的应力集中,就会将混凝土沿45°的方向拉开,即
我们见到的裂缝。(见图)
 
 
从图中的力的箭头也就看出了为什么有的裂缝直接横向贯通到模板,有的裂缝直接在轨枕间贯通,两个八字相连。
 
 
4.2外因—施工工艺和气候环境  首先来说气候环境,我们知道混凝土道床板是一种大面积暴漏与空气之中的薄壁结构,所以它受周围环境的温度、湿度、风吹等影比较严重,混凝土的干燥收缩与温降收缩较大,结合戈壁滩的自然环境—干燥,大风,温差大。导致道床板混凝土表面很容易开裂。  其次就是施工工艺,施工工艺的好坏对裂缝的影响是不言而喻的,比如底部的支承层混凝土如果过于干燥,就会吸收道床板混凝土的水分,使道床板混凝土局部出现过干,引起混凝土的塑性收缩。还有就是振捣,过分的振捣就会使粗骨料下沉,挤出水分很空气,使表面形成一层砂浆层,这样表面的混凝土就会比下层混凝土有较大的干缩性,待水分蒸发后,易形成凝缩裂缝。  最后说一下养护,虽然养护是最后一道施工工序,但就其重要性,它也是我们工作中的重点之一,特别是在戈壁滩集不良因素于一体的条件下,如果养护不当、混凝土浇水养护不及时,就会使混凝土表面的水分迅速蒸发,造成混凝土干燥收缩开裂。
 5.针对以上问题我们的施工工艺 
 5.1施工前的准备工作  在绑扎混凝土钢筋之前,我们首先要对支承层表面进行清理,以便道床板混凝土与支承层之间能够良好的结合,支承层清理干净以后开始绑扎钢筋,钢筋的数量按图纸设计施工,不同的是我们在每个轨枕的四周放了四根HRB335级Φ12涂层钢筋,涂层钢筋的外表涂有环氧树脂,保证了与其他钢筋之间的绝缘性,长度为300mm,两边有60mm的弯钩,方向与道床板纵向钢筋成45°,它不但对防止裂缝有一定的帮助,而且对防止以后微小裂缝的发展也起到了相当重要的作用。      
 
 
 
 
     为了防止支承层混凝土的吸水,我们提前两个小时左右用水对支承层表面进行清洗,保证在浇道床板混凝土之前是湿润状态,但没有多余的水分,这样就减少了支承层因为吸水对道床板混凝土的影响。模板采用钢模板,纵向为3.25米,假缝和伸缩缝也用钢模板,长度为2.8米。  5.2浇筑及抹面过程  在混凝土的浇筑过程中,振捣要控制好,既不要过振也不要漏振,一般控制在每振20s左右,并且要注意每次的搭接,遵循快插慢拔的原则。在振捣的同时工人紧跟在后边开始第一次抹面,这次主要是为了提浆,为下一步做准备。随后就开始第二次的抹面,这次是为了抹平凹凸不平的混凝土表面。而第三次抹面就要看情况,如果风比较大,或者太阳光过于强烈,这时就要在第二次抹完面用土工布或者棉被盖上(要注意不要让土工布或者棉被与混凝土粘在一起 )等待混凝土的初凝,当用2kg,直径75mm的钢球静置时,如果所留下圆痕迹的直径小于30mm时就可以判定是初凝了,初凝后,松开全部扣件和鱼尾板,同时开始第三次抹面,这次抹面是为了压光,同时也是为了将发展出来的裂缝压平,这时也许局部地方还会有浮浆,还不能涂养护剂,我们继续盖上棉被等到全部初凝完成。最后,我们开始涂养护剂,这时一定要在配上三到四个工人师傅在涂养护剂的前面检查是否有裂缝,如果有,立即用自制的长抹刀压光,尤其是轨枕四周和框架底部,在我观察的一短时间内我觉得最后这次压光尤其重要,因为这次和上一次的抹面有一定的时间间隔,表面水分会蒸发,加上混凝土本身的水化作用,
避免不了还会有裂纹的产生,所以一定要仔细的检查,做到不放过任何一个微小裂缝。前边压光后边紧跟着涂养护液,涂的过程中注意要涂均匀,不漏涂。  5.3养护  养护的重要性在这里我不多说了,我介绍一下我们的养护方式:涂完养护剂,我们首先用棉被盖好,中间由轨排支撑,两边除了轨排适当用木棍支撑,防止棉被和养护液粘在一起。但是一定要注意不要让两边进风,尤其是大风天气。喷涂养护液大约3个小时以后立即向棉被上浇水养护使混凝土表面全部用水淹没(当温度变低以后,就不在浇水养护了,防止水结冰对道床板产生破坏),最后用油布全部盖上。养护二十八天,期间要每天三次向棉被补水。
 
 
 
 6 总结 
 高速铁路是我国未来铁路建设发展的必然趋势,保证高铁的质量是我们每个施工单位义不容辞的责任和义务,要想把质量提高、避免裂缝的产生,首先我们就要从我们的原材料入手,改进混凝土的质量,更重要的是我们的施工工艺,我们不但要把理论应用于实践,还要在实践中不断的总结经验,做到理论与实践相结合,同时由于戈壁滩特殊的自然环境,我们还要提高对养护的认识,通过这次领导的正确指导和我们不断的努力,使所浇筑的道床板混凝土在凝结前的塑性裂缝和干缩裂缝得到了有效地控制,希望其它兄弟单位借鉴和指正,我相信在我们工程人共同的努力之下,未来的高速之路一定会有一个良好的基石。