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

道床板与支撑层间空隙、脱空、抗剪销钉

缺失

凿毛、去渣, 干缩, 道床板裂缝

等

未做抗剪销钉

承载力过低、道床板破

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。

图 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。

图 6 道床板中的配筋异常