2010年一級建造師管理與實務輔導：雙塊式無砟軌道道床裂縫成因分析

裂縫產生的原因可分為兩類：一是結構型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規結構計算中的主要應力以及其他的結構次應力造成的受力裂縫；二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的。
1 溫度裂縫
溫度裂縫產生主要原因是由溫差造成的。溫差可分為以下三種：水化熱引起的混凝土內外溫差、結構整體的溫度升降差、結構從上表面至下的溫度遞度。
（1）水化熱引起內外溫差
混凝土澆注初期，水泥水化過程產生大量的水化熱，并且其大部分熱量是在3天以內放出，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內部不易散發，常使混凝土內部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外環境溫度，這就形成了內外溫差，這種內外溫差在混凝土凝結初期產生的拉應力當超過混凝土抗壓強度時，就會導致混凝土裂縫。
這種溫度差可以達到20℃以上，德國雷達軌道在設計時是取了25℃的溫度差。所以初期混凝土內外應變差可達0.25‰，在長期的使用過程中考慮到混凝土的徐變影響，這種應變仍然存在著近初始應變的1/2。
（2）整體溫度升降差
混凝土結構在隨季節性變化和日照的循環變化下，結構整體發生均勻的溫度升降變化，從而使混凝土結構發生伸縮。這種伸縮在沒有縱向約束或約束很小時，產生的溫度力可以不考慮，但由于無碴軌道混凝土結構縱向受到很多的約束，使混凝土結構越長引起的溫度應力越大，可導致混凝土出現貫通裂縫。
無碴軌道混凝土結構在一個日照的循環下，結構的整體溫差在炎熱的夏季可以達到25~30℃。在隨季節性變化的年溫度周期性變化中，混凝土溫度最高與最低時的溫度差可達50~70℃。
（3）溫度遞度
混凝土結構在太陽照射下，其上表面溫度高，下表面溫度低，由于混凝土的熱傳導性能差使軌道板在沿高度方向上存在溫度遞度。溫度遞度會導致軌道結構發生翹曲和表面出現橫向裂紋。
在重慶北碚的一次測量中，19cm厚的軌道板在當地最高氣溫為38℃時，上下表面的溫差達到了15℃，變化規律近似為指數函數曲線變化。
2 混凝土收縮引起裂縫
混凝土的收縮類型有很多種，其中引起混凝土開裂的主要包括干燥收縮和塑性收縮。
（1）干燥收縮
干燥收縮是指混凝土硬化后，在干燥或外界溫度很高的環境下，混凝土內部的水分不斷向外散失，引起混凝土由外向內的干縮變形裂縫。
（2）塑性收縮
塑性收縮是指混凝土澆注后仍處于塑性狀態時，由于表面水分蒸發過快而產生的裂縫，這類裂縫多在表面出現，形狀不規則、長短寬窄不一、呈龜裂狀，深度一般不超過50mm。但當軌道板是高度很小的薄板結構時，如果混凝土中摻有含泥量大的粉砂則可能被穿透。產生的原因主要是混凝土澆注后3～4小時左右表面沒有被覆蓋，軌道結構在炎熱或大風天氣混凝土表面水分蒸發過快，或者是被基礎、模板吸水過快，以及混凝土本身的水化熱高等原因造成混凝土產生急劇收縮，此時混凝土強度趨近于零，不能抵抗這種變形應力而導致開裂。
從混凝土中蒸發和吸收水分的速度越快，塑性收縮裂縫越易產生。而商品混凝土由于為了滿足可泵性、流動性，混凝土的塌落度和砂率比普通混凝土大很多，再加上夏季施工中及大體積混凝土中摻加緩凝劑，其緩凝時間達10小時左右，導致混凝土初凝時環境溫度處于最高狀態，表面失水嚴重，出現裂紋。
3 鋼軌的伸長引起裂縫
雙塊式和長枕埋入式無碴軌道施工時一般是先將鋼軌、雙塊式軌枕或長軌枕精確定位和扣件擰緊，然后再澆注混凝土。當白天太陽直射外界溫度比較高時，鋼軌的溫度發生急劇升高，鋼軌伸長，這時由于混凝土正處于初凝狀態混凝土強度趨近于零，不能抵抗這種變形應力而導致開裂。
4 混凝土骨料塑性沉落引起的裂縫
混凝土在澆注時，由于振動棒和重力的作用，骨料下沉、水泥漿上升，這種沉落直到混凝土硬化時方停止。當這種塑性沉落受到模板、鋼筋及預埋件的抑制(或者模板沉陷、移動時)就會出現裂縫。這種裂縫大多出現在混凝土澆注后半小時至3小時之間，混凝土尚處在塑性狀態，混凝土表面富余水消失時立即產生，沿著軌道板上面鋼筋的走向出現。其主要原因是混凝土塌落度大、沉陷過高所致，另外在施工過程中如果模板綁扎的不好、模板沉陷、移動時也會出現此類裂縫。
5 新舊混凝土不良粘結裂縫
雙塊式和長枕埋入式無碴軌道，由于軌枕是預先制作的，所以容易出現新舊混凝土粘結不良而出現裂縫。這在雙塊式和長枕埋入式無碴軌道中若不采用其它措施是很容易出現的。同時，運營后隨著列車運營次數的增加，裂縫還將進一步擴大。
6 結構設計存在的問題
（1）設置合理間距的預留縫。由于影響裂縫寬度和間距的因素很多，設計人員的計算結果往往與實際情況偏差比較大。目前從混凝土底座的設計來看，不管是鋼筋混凝土底座還是素混凝土底座，基本上多出現了裂縫，而且這些裂縫大多都貫穿混凝土的底座。究其原因主要是預裂縫的間距設置過大引起的。
（2）充分考慮施工荷載的影響。I型軌道板從目前來看，非預應力軌道板在吊裝和運輸過程中出現了一些裂紋，有的甚至導致了軌道板報廢，但預應力軌道板基本沒有出現可見的裂縫。所以需要充分的考慮施工荷載在結構設計中的因素。