铁路路基双块式无砟轨道裂缝控制策略

作者:未知

  摘 要:相关研究显示,无砟轨道建设及运行过程中存在裂缝问题,尤其是钢筋混凝土结构。受环境因素、梯度荷载、轴向荷载及列车荷载的影响,高速铁路无砟轨道混凝土结构会出现裂缝、断裂及扩展,严重影响无砟轨道的使用寿命和安全。因此,本文分析了铁路路基双块式无砟轨道裂缝控制策略。
  关键词:铁路路基;无砟轨道;钢筋混凝土;裂缝
  中图分类号:U213.244 文献标识码:A 文章编号:1003-5168(2019)02-0105-02
  Control Strategy for Cracks in Railway Subgrade with Double Block Blast Track
  Abstract: Related research shows that cracks occure during the construction and operation of ballastless tracks. In the course of work, crack problem appeare in reinforced concrete structure. Due to environmental factors, gradient loads, axial loads and train loads, the concrete structure of ballastless track of high-speed railway have cracks, fractures and extensions, which seriously affect the service life and safety of ballastless track.Therefore, the control strategy of railway roadbed double-block ballastless track crack was analyzed.
  Keywords: railway subgrade;ballastless track;reinforced concrete;cracks
  由于路基地段雙块式无砟轨道道床属于纵向连续现浇钢筋混凝土结构,轨道裂缝不可避免。为保证无砟轨道的使用寿命,需重视无砟轨道的设计与施工,并使用相应的预防措施减少道床裂缝。
  1 工程概况
  新建武汉至十堰铁路HSSG-4标项目经理部五分部起止里程DK428+111.6~DK445+927.637。其中,五分部线路长度17.816km,无砟轨道单线总长度32.442km。项目施工管段位于武当山低山区,十堰段位于秦岭南麓武当山北坡低山区,地形起伏较大,沟谷纵横曲折,最高山峰高程大于481m,相对高差200~300m;河谷区地形起伏不大,河流两岸阶地断续残存,地面相对高差50~100m;河谷区和谷地地表分布水塘、养鱼池及小型水库;沿线村庄多集中于河谷区,交通便利;铁路工程以隧道为主[1]。
  2 裂缝的形成原因
  出现裂缝的主要设计原因包括四个方面。第一,设计结构中,断面突然出现变化,导致应力过于集中而出现构件裂缝。第二,设计中对构件施加的预应力出现问题,导致构件裂缝。第三,未考虑到混凝土结构的收缩变形。第四,创建钢筋配置较少或较粗,导致构件裂缝。出现裂缝的混凝土配合比原因包括四个方面。第一,水泥等级及品种选择不当。第二,混凝土配合比中的水灰比较大。第三,单方水泥使用量及用水量较大,主要为水泥浆的体积、收缩及塌落度较大。第四,水灰比及砂率选择不当,导致混凝土存在异性偏差而提高收缩值[2]。
  此外,出现裂缝的原因还包括施工时间和养护措施问题。施工中,无砟轨道混凝土对温度要求较高,浇筑混凝土后的水泥水化较快,使混凝土在短时间内出现温度收缩、塑性收缩、干燥收缩及自生收缩等,最终导致表面裂缝。混凝土养护过程中,未及时洒水,导致混凝土表面出现龟裂情况;混凝土养护过程中,未在水泥水化混凝土凝固过程中的升温阶段采取降温措施,从而提高了混凝土的内外温差,导致混凝土出现裂缝。
  3 无砟轨道裂缝的控制策略
  3.1 混凝土裂纹控制标准
  根据混凝土的不同暴露种类和德国DIN1045-1标准,对混凝土结构进行分析,从而确定钢筋混凝土构件的裂缝宽度值。欧洲混凝土委员会规定了容许混凝土裂纹宽度值,并制定了承受荷载、环境条件及耐久度的值,如表1所示。
  充分考虑混凝土构件,根据不同的环境类别和使用要求,我国相关规范使用裂缝控制等级实现宽度验算。表2为我国裂纹等级和宽度容许值,其中第一种类别为无裂缝构件,第二种类别为无裂纹构件,第三种类别为存在裂纹,但需验算构件。
  3.2 混凝土保护层
  一般上层纵向钢筋配置在轨枕桁架钢筋中,混凝土保护层厚度设置为50mm。直线地段中,道床板表面设置有横向配水坡,道床板边缘的地方纵向钢筋保护层厚度为50mm以下。基于此,需调整纵向钢筋到横向钢筋下方。
  3.3 钢筋的配置
  裂缝的宽度和钢筋量存在一定关系。道床板配筋率越大,最大裂缝宽度越小,裂缝间距也越小。铁路路基双块式无砟轨道设计过程中,道床板根据0.8%~0.9%的配筋率实现配筋,裂缝控制宽度的设计为0.5mm,裂缝间距为1~2mm。基于确定的钢筋量,使用小直径钢筋提高钢筋和混凝土的接触面,以提高混凝土的抗裂性。此外,布置钢筋的过程中,要和混凝土表面接近,从而提高混凝土的抗裂性。
  3.4 温度裂缝控制策略
  3.4.1 限制能量释放和扩散。此措施主要是以水化热和水化热释放速度的降低为基础,降低水泥使用量或添加矿料和地热水泥等。早强水泥的发热量较大,不能在大体积混凝土构件中使用。利用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料代替水泥,可吸收水化热的能量,降低水化热,防止混凝土裂纹。
  3.4.2 限制自身温度。为使混凝土在规定时间中强度硬化,避免出现温度收缩裂纹,可降低混凝土浇筑温度。一般控制浇筑温度为18~25℃,从而提高入模温度来满足需求。
  3.4.3 温差限制。突然改变混凝土的温度,将导致混凝土开裂。冷却混凝土的过程中,控制降温的速度在0.5~1℃/h。此外,可在混凝土表面设置隔热层,使混凝土表面温度无法迅速降至环境温度,从而控制开裂。根据实际现场情况选择材料隔热率、隔热层厚度及使用时间,避免出现降低内部温度的情况。
  3.4.4 提高自身性能。为避免开裂,可对混凝土自身进行要求。例如,通过一系列先进措施,提高混凝土的抗拉性能;改变骨料的类型,降低混凝土的膨胀系数,从而减少混凝土的收缩裂纹。
  4 结语
  铁路路基地段双块式无砟轨道使用连续结构会出现裂缝。为保证无砟轨道60年的使用寿命,本文分析了铁路路基双块式无砟轨道裂缝的控制策略,即出现裂缝后,应深入分析不同宽度道床板裂缝,采用合理的处理方法,以保证无砟轨道的稳定、安全。
  参考文献:
  [1]张书国.双块式无砟轨道混凝土裂缝成因及控制措施[J].现代城市轨道交通,2015(2):46-47.
  [2]王枢.高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板混凝土裂纹综合防治技术[J].铁道建筑技术,2014(10):122-125.
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