高速铁路无砟轨道主要病害

高速铁路无砟轨道主要病害

混凝土无砟轨道病害类型及处理方法

高铁3103 第八组

组员：李红刚曾晔波张一格

马飞史琨赵凡

一、病害(缺陷)类型

目前国内高速铁路采用的

无砟轨道主要有两种, 即板式

无砟轨道与双块式无砟轨道。

图1给出的是路基段双块式无砟轨道结构病害分布示意图。图1中 a , b , c , d 4个虚圈圈定的是无砟轨道常见病害发育部位, 详细病害总结见表 1 。

表 1 高速铁路无砟轨道中的主要病害类型及其原因

病害部

位

病害类型可能原因发展结果

道床板表面裂缝设计配筋与施工

质量等

上下贯穿裂

缝

道床板内部不密实、空

隙、空洞、

钢筋异常

施工捣固不均等

配筋大小不一或

错位

承载力过

低、道床板

破裂

道床板承载

力不均、破

损

道床板

与空隙、脱

空、抗剪销

凿毛、去渣, 干

缩, 道床板裂缝

承载力过

低、道床板

支撑层间钉缺失等

未做抗剪销钉

破裂、支承

层破裂

道床板挠曲

变形、层间

空隙, 道床

板破裂

支撑层表层空隙、起伏找平或道床板下

部破坏摩擦引发

道床板、支

撑层整体破

损、破裂

支撑层内部空隙、不密

实、破裂

捣固不均, 异物

掺杂等

支撑层破

损、破裂

级配碎石下沉地基下沉等道床整体下

沉、破损等

双块轨枕周边空隙、裂缝捣固不均、干缩

等

道床板裂缝

等

二、病害(缺陷)处理方法

针对无砟轨道质量缺陷检测, 包含地质雷达法、瞬变电磁法、混凝土钢筋探测仪法、超声回弹法在内的多种方法可供考虑。然而, 针对无砟轨道中出现的混凝土结构层间裂隙、层内不密实或空隙、各混凝土层的破损或破裂及钢筋缺失和错位此类病害(缺

陷), 根据混凝土轨道内部配筋密度, 天窗点限制及对病害准确定位的检测要求, 采用地质雷达法是开展该项检测的最佳方法。

1、地质雷达法是一种地球物理探测方法, 它通过发射器向地下连续发射脉冲式高

频电磁波, 电磁波向下传播过程

中, 遇到有电性差异的界面或目

标体(介电常数和电导率不同)

时会发生反射和透射。接收器接收并记录在某界面或目标体( 介电常数和电导率不同)上反射回来的反射波。根据记录到的反射波的到达时间, 电磁波在该介质中的传播速度, 可以确定界面或目标体的深度, 根据反射波的形态、强弱及其频率特征等组合特征可以进一步判定目标体的形态和性质。如图2所示。

2 地质雷达探测原理示意图

地质雷达参数: 雷达主机为美国GSSI公司的SI R20主机, 开双通道; 天线为与SI R20配套的900 M

天线; 采集时窗分别为, 15 ns与30 ns ; 采样点数为2048 点。检测速度, 3 km /h 。

15 ns时窗, 主要考虑对45 cm 左右深度范围内

病害的检测, 能够有限识别出道床板、轨道板内诸如空隙、钢筋、含水等病害。

30 ns时窗, 主要考虑对1.5m 深度范围内病害的检测, 能够有效检测出支撑层内部、支撑层与级配碎石间的病害(缺陷)。

1.1 正常的无砟轨道

正常的无砟轨道, 钢筋混凝

土道床板(轨道板)、素混凝土

支撑层( CA砂浆层)与级配碎

石(路基基床表层)分层性特征

明显, 层间特征反射面光滑、平

整;道床板内部钢筋反应清晰明显, 钢筋粗细及位置均一,表现在地质雷达图像上为形态相似的强反射区点(图3中标识)。图3中已用黑色框线清楚标示出各层结构范围及钢筋反射特征。在该图中, 各结构层内除钢筋强反射外, 无强烈反射位置, 表征层内密实程度较好, 无不密实、空隙及空洞存在; 各层间反射同相轴较均一, 未见强烈反射, 表征道床板与支撑层, 支撑层与级配碎石层间接触良好, 无空隙或破损起伏。图 3 正常的无砟轨道典型检测图像

1.2 道床板与支撑层间病害

道床板施工过程中, 由于未

能对下层支撑层表面进行充分

凿毛、浮渣去除、粉尘清除或两

层施工间隔较长(尤其相隔冬

夏)等原因, 混凝土在干缩与长

期高速荷载冲击振动下, 导致道床板与支撑层间产生明显空隙或脱空现象。由于捣固不均或层间空隙发展, 致使素混凝土( CA 砂浆)层发生磨损、破损并表现为层面裂损、起伏。道床板与支撑层间空隙、裂缝的存在, 会加速道床板混凝土(垂向)裂缝的发育, 并最终两者贯通。道床板与支撑层间空隙与垂向裂缝的贯通, 使得降水在空隙中积聚且由于周边封闭无法排出。图4中, 展示了道床板与支撑层间的空隙、空隙含水及支撑层的磨(破)损起伏。图 4 道床板与支撑层间的空隙及支撑层起伏

1.3 道床板内部病害

由于混凝土施工质量或施工

过程中捣固不到位或捣固不均与

裂缝发育等多种原因, 道床板上下

两层钢筋网内部、下层钢筋与支撑层间混凝土常形成欠密实区域。在高速荷载冲击振动之下, 欠密实区域多发展成为空隙或空洞, 形成道床板内部的病害。图5

即是该种病害对应的典型图像, 图中椭圆形虚线圈圈定的强反射区域即为道床板内空隙病害。

图 5

道床板内部空隙或不密实探测典型图

像

1.4 道床板内钢筋异常

钢筋混凝土道床板或钢筋混凝土底座, 配筋过程中, 常有配筋缺陷: 配筋大小不一、配筋密度不够、配筋位置发生错位。这都影响着钢筋混凝土层的承载力和位置形态, 进而影响轨道的承载力和平顺性。图6展示了客运专线道床板上的配筋异常, 主要是左右段配筋粗细不一。

6 道床板中的配筋异常

1.5支撑层(CA砂浆层)裂损

双块式无砟轨道中的支撑层为素

混凝土层, 板式无砟轨道中的CA砂

浆层为素水泥乳化沥青砂浆层,皆无配筋。相对于钢筋混凝土构件, 在高速荷载冲击振动下, 无配筋混凝土或砂浆结构更易发生裂损破坏。尤其在混凝土捣固不均区域, 破损常有发生。图7即是对某双块式无砟轨道段检测得到的支撑层裂损典型图像, 如图中黑色椭