高速铁路CRTSII型轨道板裂缝的成因分析与防治措施 石武项目部 杨格

高速铁路CRTSⅡ型轨道板裂缝分析与预防

中铁二局新运公司石武项目部杨格

摘要: 通过对石武高速铁路客运专线CRT SⅡ型轨道板预制过程中板体出现裂缝进行系统地分类，就各类裂缝的形成原因和机理进行详细地分析，最后针对不同的裂缝类型提出了相应的预防措施。

关键词：轨道板；裂缝；分析；预防

1、概述

目前，我国高速铁路建设处于迅猛发展的阶段。高速铁路多采用无砟轨道，它是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境，而且列车时速可以达到200公里以上，目前在建的京沪高铁、京石高铁、石武高铁、广深港高铁、京沈高铁、哈大高铁均采用了板式无砟轨道技术。轨道板的制造是无砟轨道技术系统的关键，无砟轨道板分为CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型，均为单向预应力混凝土结构，由于混凝土抗拉能力差，因此如果设计或施工不当，容易造成轨道板开裂。以下为笔者通过对石武高速客专元氏轨道板场生产CRTSⅡ型轨道板过程中各种裂缝的观察、分析和研究并不断探索，找到的一些可控制方法，供参考和探讨(见图1)。

图1 轨道板标准化施工现场

2、轨道板裂缝的分类及成因分析

轨道板为钢筋混凝土预应力结构，元氏轨道板场生产过程中的CRTSⅡ型轨道板混凝土裂缝，追溯其产生的原因可分为以下几类：

（1）由荷载效应产生的裂缝；

（2）混凝土收缩产生的裂缝；

（3）碱骨料反应产生的裂缝；

（4）预应力张拉不当产生的裂缝；

（5）温度裂缝；

（6）施工工艺不当产生的裂缝；

2.1荷载裂缝

在设计计算过程中，荷载工况考虑不周，配筋不合理，结构尺寸不足，构造处理不当，刚度不足，且施工阶段不按图纸施工等均有可能产生荷载裂缝。由于轨道板有“真空吊具起吊”这一工序，在起吊过程中如果真空吊具吊点位置设计不合理，将在吊点处板内产生较大的弯矩，而使得轨道

板受弯开裂。

荷载裂缝一般与受力钢筋呈正交或斜交状态。若裂缝是由于钢筋与混凝土粘结应力过大造成的，则该裂缝方向与钢筋长度方向一致，且呈放射状或劈裂状(见图2)。

图2 轨道板荷载裂缝

2.2收缩裂缝

混凝土是由气、液、固三相组成的假固体（指浇筑过程到养护），其中尚有未水化的水泥颗粒，还要吸收周围的水分。液、固相间的胶凝体，因水分散失，体积会缩小，引起收缩裂缝。在实际施工工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩裂缝可分为以下4种：干燥收缩裂缝、自生收缩裂缝、碳化收缩裂缝、塑性收缩裂缝。

2.2.1干燥收缩裂缝

混凝土凝结硬化之后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，产生缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当此拉力超过其抗拉强度，

便产生收缩裂缝，混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。

2.2.2自生收缩裂缝

在水泥水化的过程中，水泥与水发生水化反应，水化后体积会收缩，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土），也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。

2.2.3碳化收缩裂缝

此类裂缝是因受空气中CO₂的作用而导致水泥砂浆体积缩小现象。影响混凝土碳化收缩的两个最基本因素是：①CO₂的浓度；②湿度。CO₂作为一个反应物，当然浓度越高，碳化反应越迅速，因而碳化收缩也越大。但湿度却不然，当相对湿度为55％时，碳化收缩达最大值。当相对湿度大于55％时，碳化收缩随相对湿度的增加而减小；当相对湿度小于55％时，碳化收缩则随相对湿度的减小而减小；当相对湿度低于25％时，碳化收缩几乎停止。

2.2.4塑性收缩裂缝

塑性收缩往往发生在施工过程中，混凝土浇筑后4h～5h左右，此时水泥水化反应剧烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉。因此时混凝土尚未硬化，所以成为塑性收缩。塑性收缩时产生的毛细管压力值可达到0.021MPa左右，毛细管压力引起的拉应力使固体颗粒凝聚而使混凝土表面收缩，就产生塑性收缩裂缝(见图3)。

图3 轨道板收缩裂缝

2.3碱骨料反应裂缝

碱骨料反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应,引起混凝土内部自膨胀而产生内应力而开裂的现象。碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的。因碱骨料反应时间较为缓慢,短则几年,长则几十年才能被发现。

发生碱骨料反应需要具有三个条件:首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量的活性成分；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。因元氏轨道板场地处河北腹地，空气干燥，且各项原材料指标多方控制较严，目前还未检测到此类裂缝。

2.4预应力施工不当产生的裂缝

在混凝土没有达到规定强度时就进行预应力放张作业或放张施工方法不当，都会引起放张裂缝。

2.5温度裂缝

轨道板混凝土同样具有热胀冷缩的性质，特别是冬季施工时厂房内温度只能达到10℃～15℃之间，而混凝土浇注完成养护16小时脱模时，板体

表面温度在30℃～40℃之间，较大的温差使轨道板预裂缝处出现细小裂纹，这已影响板场轨道板体质量。当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在内部将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝(见图4)。

图4 轨道板温度裂缝

2.6施工工艺不当造成的裂缝

混凝土施工过程中未严格按照工艺要求进行质量控制，则有可能产生施工裂缝，主要有以下三个成因：

2.6.1拌制混凝土时不按配合比计量，任意加水，致使浇筑质量不均匀，收缩不一致产生裂缝。

2.6.2混凝土从搅拌到浇筑的时间过长，致使大量网状不规则的裂缝产生；

2.6.3由于未按照规范要求养护造成轨道板表面混凝土开裂(见图5)；