1前言

目前我国有多条铁路采用CRTSI型无砟轨道结构，由于底座板为薄壁结构，开裂的主要表现形式为横跨混凝土底座板的通长横向裂缝。它会降低无砟轨道的耐久性，同时还可能会危害到无砟轨道的使用安全。成绵乐铁路客运专线是西南地区第一条客运专线，冬季气候温和，夏季高温多雨。如何根据环境特点选择合适的措施，成为需要解决的问题。

2工程概况

成都至绵阳至乐山铁路客运专线北起江油，经成都，南抵乐山。采用时速250km的无砟轨道铺设技术，在钢筋混凝土底座上铺设CRTSI型无砟道板后再铺设60km/m钢轨轨道。混凝土底座板采用C40钢筋混凝土结构，直线段桥梁上混凝土底座板宽2800mm，高200mm，路基上混凝土底座板宽3000mm，高300mm，曲线上存在超高。桥梁段每一块板间设置一道伸缩缝；路基地段每隔3～4块标准板长设置一道横向伸缩缝。底座板中采用CRB550级冷轧带肋钢筋焊接网，底座内附加绑扎钢筋、连接钢筋和架立钢筋均采用CRB550级冷轧钢筋。路基段底座板内钢筋焊接网片分片搭接，网片长度一般为2-4m左右，网片之间采用平搭法，搭接长度一般为450mm，且上下两层网片的搭接部位必须错开。成绵乐客运专线无砟轨道先导试验段全长2.05km，起止里程为D3K60+206.4～D3K62+257.9，含两座桥和两段路基，包含直线和曲线地段，曲线半径5000m，曲线段设置超高，左线超高125mm，右线超高105mm。通过无砟轨道先导段试验进行总结解决相关问题。

3.裂缝发展情况及特征

谭家坝特大桥和小石村中桥之间于2011年3月至6月进行了底座板施工，桥梁段每一块板间设置一道伸缩缝，截止当年底未出现裂纹。两段路基上的底座板位于谭家坝特大桥和小石村中桥之间以及小石村中桥和金家坝大桥之间，长度692m。该路基底座板于2011年5月至8月施工，共浇筑78块单元板，先后共计出现了50多条裂缝。

4裂缝形成原因分析

1）地基沉降变形

地基的沉降对轨道板的结构稳定有着重要的影响。局部的不均匀沉降或整体的沉降较大均会对轨道板底座造成受力不均匀等不利影响。当底座板受力不均匀时，自身荷载及外荷载对其造成偏压，极易产生裂缝。所以由于地基变形造成的应力相对较大，使得裂纹一般是贯穿性的。先导段两段路基共埋设了13个测点进行沉降观测，由评估单位组织了沉降评估，沉降评估以后的观测数据均未发生连续沉降，沉降已稳定。

2）外荷载作用

由于外荷载作用引起的裂缝称为荷载裂缝，这类裂纹一般出现在构件受力后的应力较大或构件承载力相对薄弱的部位。根据图纸的要求，当底座板砼强度没有达到设计强度的75%前，不能在上面行车。实际施工要求在底座板达到设计强度的100%后才上车，且左侧底座板有带施工荷载作业，右侧底座板无施工荷载作业，但两侧均出现了基本相同多的裂缝，从上往下、从高端往低端发展，与荷载作用的裂缝应该从下往上、从低端向高端发展不相同。另桥梁上的底座板也是同样的工况，但却没有出现裂缝。

3）干燥及塑性收缩

干燥及塑性收缩是指混凝土硬化后，在干燥或外界温度很高的环境下，混凝土内部的水分不断向外散失，引起混凝土由外向内的干缩变形裂缝。在浇筑后砼初凝时直到强度上升过程中的养生期间内，由于养生不到位，砼表面水分蒸发，引起表面收缩，砼内、外部产生约束，表面产生拉应力，造成砼表面开裂，这种裂纹会在砼养生期间急剧增加，主要表现在砼表面形成不规则的裂纹，成龟裂状，纵横交错，分布范围广，大部分在砼表面，不规则，很少贯通。但此种裂纹在砼早期就出现并迅速发展完成，在砼后期基本上不会产生此类裂纹。

4）混凝土质量及配合比设计

混凝土的配合设计直接影响到轨道板底座钢筋混凝土的力学性能。根据配合比浇筑的底座板钢筋混凝土必须满足相关规范的各项性能指标。如果其性能指标不能满足相关规范要求，极易产生局部不均匀裂缝。在该段底座板混凝土施工中，混凝土的力学性能及耐久性能指标均满足验标要求。

5）水化热引起内外温差

混凝土浇注初期，水泥水化过程产生大量的水化热，并且其大部分热量是在3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，就会导致混凝土裂缝。但这种水化热引起裂纹出现的时间较早，多为3～5天以内。而先导段底座板的裂纹最早出现时间是混凝土浇筑完14天后。

6）整体温度升降差

一年四季温度不断变化，混凝土结构在随季节性变化和日照的循环变化下，结构整体发生均匀的温度升降变化，从而使混凝土结构发生伸缩。这种伸缩在没有纵向约束或约束很小时，产生的温度力可以不考虑，但由于无砟轨道混凝土结构纵向受到很多的约束，使混凝土结构越长引起的温度应力越大，可导致混凝土出现贯通裂纹。

7）温度梯度

混凝土结构在太阳曝晒照射下，其上表面温度明显偏高，下表面温度低，由于混凝土的热传导性能差使底座板在沿高度方向上存在温度递度。温度递度会导致底座板发生翘曲和表面出现横向裂纹。温度梯度呈非线形分布，由于受到自身约束作用，导致局部结构拉应力较大，出现裂缝。施工中选取了具有代表性的底座板在七月份连续观测了一个星期的温度，从观测结果可见，在炎热气温条件下（每日14：00），其上下平均温差为37.7℃，最大温差为45.4℃，最小温差为30.2℃。另夏季高温多雨，常突降大雨骤然降温等可导致结构外表温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温差裂缝。底座板温度梯度较大，导致混凝土温度应力较大，应是裂纹产生的主要原因。

8）结构设计

由于影响裂缝宽度和间距的因素很多，设计计算工况常与实际情况偏差比较大。目前从混凝土底座的设计来看，路基段混凝土底座板板带较长，设计主要为4块板为一个单元板，受温度应力的影响较大；底座板内钢筋较小和间接较大时，不足以抵抗温度应力；路基基层较为粗糙时，在底座板浇筑后，基层与底座底部连接对底座板底层的伸缩有约束作用，路基段底座板基本上都出现了裂缝，而且这些裂缝大多贯穿混凝土的底座。但桥梁上均未出现裂缝，设置间距合理的单元板长度可以控制裂缝。

5底座板裂缝控制

混凝土底座板裂缝的产生因素是多方面的，只有减少各方面的影响，才能尽量少的出现底座板裂缝。从以下几个方面进行控制混凝土底座板裂缝。

5.1提升砼品质，增强砼自身抗裂能力

1）混凝土原材料质量控制

控制好混凝土质量，首先就要控制好混凝土原材料质量，只有合格的原材料才能保证混凝土质量的合格。

水泥我们选用了四川亚东普通硅酸盐水泥，与厂家协调进一步减低水泥熟料的C3A含量，进一步减低混凝土的早期水化热。矿物掺和料应选用品质稳定的产品，粉煤灰不宜使用磨细粉煤灰，细度、烧失量和需水比均应满足要求，材料进场应车车必检，合格后方可使用。外加剂应选用质量稳定的产品，并与水泥及矿物掺和料之间应具有良好的相容性，外加剂应要一定的保坍性，以保证混凝土在运输过程中的稳定。细骨料应选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净中粗砂。粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地坚固、线胀系数小的洁净碎石，且应采用二级或多级级配骨料混配而成，并分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量。粗、细骨料应进行碱活性检验，当含有碱硅酸反应活性矿物，应进行快速砂浆棒膨胀率检验，并按相关要求采取抑制碱-骨料反应的技术措施，并经试验证明抑制有效。粗、细骨料须严格控制含泥量和泥块含量指标，不合格应采取清洗措施或清退出场。

2）混凝土配合比优化设计

混凝土的配合设计直接影响到轨道板底座钢筋混凝土的力学性能和耐久性能。本标段底座板采用的是C40钢筋混凝土结构。根据施工情况对混凝土的配合进行了优化。

优化前在该段路基用了1个配合比，其配合比材料用量见表1，拌合物性能、混凝土力学性能和耐久性能等各项指标要求均能满足设计和规范要求。根据底座板性能要求，主要从降低混凝土早期水化热和56d收缩率方面入手，对配合比进行了优化，一种就是单掺35%粉煤灰、一种就是双掺粉煤灰和矿渣粉，粉煤灰掺量为24%，矿渣粉掺量为16%，通过降低胶凝材料用量、加大矿物外掺料用量来调整配合比，这样有效降低了混凝土早期水化热，改善了混凝土耐久性，降低混凝土收缩率，有效抑制混凝土的收缩；根据新的标准《铁路混凝土》（TB/T3275-2011），调整混凝土坍落度控制要求为100-140mm，这样能更好的控制混凝土拌合物和易性。配合比材料用量见表1，混凝土配合比56d强度、28d弹性模量、56d收缩率等主要力学性能和耐久性能指标见表2。通过优化后，在后续工程施工中，采用了双掺矿物掺合料的优化配合比3。

3）混凝土施工过程质量控制

⑴混凝土搅拌生产

拌和站试验人员在搅拌混凝土前应严格测定粗细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量的变化，以便及时调整施工配合比，由试验人员进行配合比输入，搅拌操作人员进行配合比输入复核。在生产前搅拌人员须对搅拌计量设备进行零点校核。在生产称量过程中，采用用量不应超过允许误差范围。搅拌时，宜先向搅拌机投入细骨料、水泥、矿物掺合料，搅拌均匀后加水并将其搅拌成砂浆，再向搅拌机投入粗骨料，充分搅拌后再投入外加剂，并搅拌均匀。自全部材料装入搅拌机开始搅拌起，至开始卸料时止，延续搅拌混凝土的最短时间不应少于2min。在混凝土出厂前，应对其工作性能（坍落度、含气量、泌水率、拌合物温度等）进行检测，合格后方可出厂。

⑵混凝土运输

应采用混凝土搅拌运输车运送混凝土。运输过程中宜以2～4r/min的转速搅动，当车到达浇筑现场时，应使罐车高速旋转20s～30s后再将混凝土拌合物喂入泵车受料斗或混凝土料斗。严禁在运输过程中向混凝土内加水。混凝土运输过程中，应尽量减少混凝土的转载次数和运输时间。混凝土从加水拌合到入模的最长时间，应由试验室根据水泥初凝时间及施工气温确定，掺有缓凝型外加剂时，应根据配合比试验的混凝土凝结时间，确定运输时间。

⑶混凝土浇筑

混凝土浇筑前应根据结构物的具体情况制定浇筑工艺，确保混凝土施工质量。混凝土入模前，应测定混凝土的温度、坍落度、含气量、泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇筑。新浇筑与邻接的已硬化混凝土或岩土介质间的温差不得大于15℃。混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于2m；当大于2m时，应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土，保证混凝土不出分层离析现象。混凝土浇筑过程中，应随时对混凝土进行振捣并使其均匀密实。每单元板应一次连续浇筑完成，不得中断。根据频率制作试件进行强度及耐久性指标检查。

4）混凝土养护

常规养护控制：在混凝土浇筑后，应避免与流动水相接触，并应在浇筑完毕12小时内对混凝土加以全面覆盖及保湿养护，防止表面水分蒸发。混凝土养护期间，应重点加强混凝土的湿度和温度控制，尽量减少表面混凝土的暴露时间，及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖，覆盖物在混凝土终凝前尽量不要接触混凝土表面。混凝土的拆模时间还应考虑拆模时混凝土的温度（由水泥水化热引起）不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂。不能在混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时拆模，拆模后不能立即浇凉水，且应注意保温。混凝土养护期间，混凝土表面覆盖一层5mm厚土工布，土工布上面再覆盖一层土工塑料膜，并采用滴灌法进行洒水滴灌保湿养护。养护时间夏季不应低于14d。

5.2优化钢筋配置，加大对砼变形的内约束控制

1）减少钢筋网片搭接接头

底座板中采用CRB550级冷轧带肋钢筋焊接网，底座内附加绑扎钢筋、连接钢筋和架立钢筋均采用CRB550级冷轧钢筋。路基段底座板内钢筋焊接网片分片搭接，设计网片长度一般为2.15m左右，对于一个单元板上配置4块轨道板的，我们优化增加长度2片6.75m和1片2.374m的为主要长度、再根据不同的板型配置5.674m、4.624m、4.024m等多种调节钢筋焊接网片，以减少网片的搭接次数。

2）调整钢筋保护层厚度

严格控制钢筋间距及钢筋保护层厚度，间距过大、钢筋保护层厚度过大或过小，均易产生裂纹。例如直线段底座板侧面设计钢筋保护层厚度为100mm，顶面保护层厚度67.5mm，我们通过调整减少底座板侧面设计钢筋保护层厚度和顶面保护层厚度来约束混凝土的开裂趋势，减少混凝土的开裂。

5.3调整外部界面约束

当砼结构物产生变形时，在结构的内部、结构与结构之间都会受到相互影响、相互制约，这种现象称之为约束。

1）减小级配碎石表面对底座板的约束

路基段底座板设计为3～4块板为一个单元板，板带较长，路基基床表层采用加3%水泥的级配卵碎石，基层表面较粗糙，且浇筑底座后，基层与底座底部连接，对底座的伸缩具有约束作用。在底座板与基床表层基面的连接处理上，我们对基层表面进行了光面清理，以减少基层对底座板的约束影响。

2）级配碎石表面预切缝

为减少基床表层水泥级配碎石层对底座板的影响，我们增加了底座板单元板之间对应伸缩缝处对基床表层水泥级配碎石表面切割8cm深的横向预切缝，并用嵌缝胶或沥青等弹性防水材料嵌缝并密实。

5.4调节外部环境减小整体温度升降差及温度梯度影响

在施工组织安排尽量避开高温季节施工，在一天中避开中午时间浇筑砼；在高温施工时采取移动遮阳棚等一定的遮阳覆盖措施；在裂缝稳定后及时铺设轨道板灌注CA砂浆。

5.5裂缝的处理

底座板裂缝处理应按《高速铁路无砟轨道线路维修规则》（铁运[2012]83号）要求进行处理。在底座板裂缝发展稳定后，对裂缝做出伤损等级判定，做好记录并编制修补计划。对于不大于0.2mm的裂缝，进行表面封闭处理；大于0.2mm以上的裂缝，应采用无压注浆法或低压注浆法进行修补，并进行表面封闭。

6经验与体会

根据先导段底座板砼前期裂缝产生的特征，结合对比试验分析得出以下经验与体会：

1）整体温度升降差、温度梯度形成的温度应力是底座板产生裂缝的直接原因。

2）通过精选原材料、优化配合比提升砼品质增强砼自身抗裂能力在规范允许范围内有较大提升空间，考虑地区气候条件夏季高温多雨但时间不长施工安排宜尽量避开，调整界面约束、改变环境温度条件可以减少裂缝的产生和发展，增加钢筋焊接网长度减少搭接接头既有利控制裂缝又减少成本。

3）砼结构中裂缝是绝对存在的，只是将其控制和处理在符合规范要求范围内。

参考文献：

[1]路基地段CRTSI型板式无砟轨道结构设计图成绵乐施轨（07）中铁二院2012.10

[2]TB10424-2010.铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].北京.中国铁道出版社.2011下载本文