桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道伤损研究

姜子清，王继军，江 成

(1.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081;2.高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081)

2008年我国首条高速京津城际铁路开通，此后我国高速铁路建设得到了迅猛发展，武广、郑西、沪宁、沪杭、京沪等多条高速铁路无砟轨道线路相继开通运营[1]。我国无砟轨道线路中轨道结构分为预制板式和现浇混凝土式两大类，共6种结构形式:CRTSⅠ型板式、CRTSⅡ型板式、CRTSⅢ型板式、双块式以及岔区轨枕埋入式和板式无砟轨道，其中，京津城际、京沪、沪杭、杭长、京石、石武、合蚌、合福等高速铁路均采用CRTSⅡ型板式无砟轨道。CRTSⅡ型板式无砟轨道是我国目前铺设里程最长的轨道结构形式，所经区段具有桥梁所占比例大、桥梁温度跨度大、地质条件复杂等特点。结合秦沈线、遂渝线等无砟轨道试验段的铺设试验和运营经验[2-3]，建立一套较为完善的轨道结构养护维修技术体系，成为当前亟待解决的问题。

无砟道床混凝土开裂是影响轨道结构主要伤损形式之一，不但影响结构耐久性、正常使用性，增加养护维修工作量，甚至影响结构安全。通过对无砟道床开裂伤损的汇总分类，综合分析伤损产生的原因，并提出修复方法及预防技术措施。

1 桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构

1.1 结构组成

桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道由钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、高强度挤塑板、侧向挡块及弹性限位板等部分组成，桥台后路基设置锚固结构(摩擦板、土工布及端刺)及过渡板，曲线超高在底座板上设置，长大桥区段底座板设有钢板连接器后浇带，如图1所示。

图1 桥梁地段CRTSⅡ型板式无砟轨道

1)扣件系统。CRTSⅡ型板式无砟轨道配套采用弹性不分开式扣件系统(如WJ-8型和300-1型等)。其主要功能是保持轨距，提供轨道弹性，调整轨道几何形位，满足轨道绝缘性能要求。

2)预制轨道板。轨道板为横向预应力混凝土结构。其主要功能是承受列车荷载、温度荷载等;轨道板通过承轨部位的高精度打磨和线路位置上的对应精准定位，为钢轨空间几何位置的固定和扣件系统的安装提供平台;提供轨道系统适应轨道电路和综合接地技术要求的接口。

3)砂浆层。采用强度、弹模相对较高的水泥乳化沥青砂浆，厚度30 mm，实现轨道板的均匀支承及其与底座板的可靠连接。

4)滑动层。滑动层由两层土工布和一层土工膜组成。底座板与梁面间“两布一膜”滑动层的主要功能是减小桥梁温度伸缩变形对钢轨纵向受力的影响;为底座板跨梁缝连续铺设、避免设置大跨桥梁钢轨伸缩调节器、扣件系统纵向阻力的统一创造条件。

5)底座板。跨梁缝连续铺设的底座板是桥上CRTSⅡ板式轨道结构的主要承重构件。其主要功能是承受荷载，包括列车活载、温度荷载、混凝土收缩徐变等效荷载及制动荷载等;传递荷载，将垂向、纵向荷载传递至桥梁基础，横向荷载传递至侧向挡块;为桥梁地段曲线超高设置提供条件。

6)高强度挤塑板。在梁缝两侧一定距离的梁面上设置，以减小梁端转角对轨道结构受力的影响。

7)侧向挡块。桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板两侧设置侧向挡块，侧向挡块与底座板间设置由橡胶垫层、不锈钢钢板等组成的弹性限位板，保证无砟轨道系统横向和竖向抗屈曲稳定性，实现桥梁与轨道间纵向自由伸缩。

8)台后锚固结构。由端刺、摩擦板和过渡板等组成，其主要功能为保证桥梁结构传来的纵向荷载不影响路基段轨道系统稳定性，降低不同结构物间的刚度差，保证不同结构物协调变形与纵向刚度的平顺性。

1.2 技术要求

CRTSⅡ型板式无砟轨道通过对预制轨道板的打磨和精密测量定位等技术措施，实现轨道高平顺性的要求。桥上轨道结构通过梁面铺设“两布一膜”滑动层、桥梁固定支座上方梁面设置抗剪齿槽和锚固筋、台后设置端刺和摩擦板等技术措施，实现了轨道结构跨梁缝连续铺设，使轨道结构体现出较好的整体性和纵向连续性。其轨道结构主要技术要求如下。

1)预制轨道板。轨道板为横向先张预应力结构，混凝土强度等级为C55。相邻轨道板之间通过6根φ20精轧螺纹钢筋，在砂浆层达到9 MPa或窄接缝混凝土强度达到20 MPa时，进行纵向张拉连接。板间接缝处裂纹不得大于0.2 mm，离缝不得大于0.3 mm。轨道板除预裂缝(不允许通裂)处以外，其他部位不允许开裂。

2)砂浆层。砂浆层28 d抗压强度不低于15 MPa，弹性模量7 000～10 000 MPa，砂浆层应与轨道板底部和支承层或底座板密贴，厚度为30 mm，不应小于20 mm，不宜超过40 mm。通过较高的粘结强度使轨道板与底座板形成整体性较好的无砟道床。

3)底座板。桥上底座板采用C30混凝土纵向连续铺设，结构配筋采用58根φ16的HRB500级钢筋，宽度为2 950 mm，厚度为200 mm。桥梁地段连续底座板(含后浇带部位)混凝土裂缝不得大于0.3 mm，如图2所示。

4)侧向挡块。底座板两侧设置扣压型侧向挡块进行横向限位，扣压型侧向挡块长度为800 mm，顶面宽度为590 mm，底面宽度为400 mm，采用C35混凝土现场浇注，施工及维修过程中应注意侧向挡块与底座板不得粘连，如图3所示。

图2 桥上底座板后浇带示意

图3 桥上侧向挡块示意

5)滑动层。桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道梁面与底座板之间铺设“两布一膜”滑动层，即两层聚丙烯土工布夹一层厚度1 mm的高密度聚乙烯土工膜，两层土工布在摩擦板与底座板间铺设。运营中应注意滑动层土工布吸水会加速其老化及底座板混凝土开裂。

6)高强度挤塑板。桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道通过在梁缝前后3 m范围内在梁面上设置高强度挤塑板，减小梁端转角对轨道结构的影响。

2 桥上无砟轨道开裂伤损分类

2.1 预制轨道板伤损

轨道板主要伤损形式有轨道板混凝土裂缝，包括预裂缝处裂缝和非预裂缝处裂缝;轨道板混凝土缺损;轨道板板间混凝土裂缝、缺损以及板间混凝土与轨道板之间离缝伤损等。轨道板及板间接缝混凝土伤损如图4和图5所示。

图4 轨道板伤损

图5 板间接缝伤损

轨道板裂缝主要以预裂缝处开裂为主，非预裂缝处开裂相对较少;部分板间混凝土与轨道板间存在离缝，这些裂缝及离缝受环境温度影响较为明显。通过对运营线路中轨道板预裂缝处的一条裂缝的连续跟踪观测发现，不同季节温度条件下裂缝宽度如图6所示，裂缝宽度随着季节温度的变化而变化。

图6 轨道板预裂缝处裂缝宽度变化特征

预制轨道板个别挡肩位置出现裂缝，包括挡肩斜向环裂和沿轨道板横向穿过套管和挡肩的裂缝，如图7所示。

图7 轨道板挡肩混凝土裂缝

2.2 砂浆层伤损

砂浆层伤损类型主要有砂浆层与轨道板(底座板)或支承层离缝、竖向裂缝、缺损掉块及泛白浆等，其中，对轨道结构整体功能性和耐久性影响最大的是砂浆层离缝伤损。砂浆层不同的伤损形式产生的原因各有不同，且往往是多个原因综合作用的结果。

2.2.1 离缝

砂浆层与轨道板或底座板或支承层之间出现离缝伤损是无砟轨道结构中较为常见的伤损形式之一，如图8所示。砂浆层离缝伤损将会使砂浆层与轨道板(底座板)或支承层粘结失效，削弱无砟道床的整体性，影响轨道静态几何形位和动态稳定性。

图8 砂浆层与轨道板间离缝

砂浆层离缝伤损产生的原因主要有轨道板温度梯度引起的板端翘曲、轴向温度荷载引起的轨道板(底座板)或支承层伸缩、砂浆层灌注不饱满、列车动力荷载及基础不均匀沉降等。虽然砂浆层离缝产生的主要原因各有不同，其离缝宽度、深度等表现形式亦有所不同，且现场往往是多因素共同作用所致，但分析其产生的主要原因很有必要。如果砂浆层离缝由于板端翘曲、灌注不饱满等原因引起的，对轨道结构耐久性会产生一定的不利影响;如果砂浆层离缝主要是由于轴向温度荷载引起的轨道板上拱离缝，则会影响轨道结构整体性和结构安全性，伤损修复处理时也要考虑轨道结构温度荷载和温度变形的影响。

2.2.2 竖向裂缝

砂浆层竖向裂缝是其伤损的另一主要形式，砂浆层竖向裂缝间距一般在20～50 cm不等，裂缝宽度多在0.1 mm左右，如图9所示。砂浆层竖向裂缝将会影响其耐久性，如果伤损未进行及时修补，在列车动荷载作用下还将会出现缺损掉块伤损。砂浆层竖向裂缝与砂浆配方、现场施工工艺、运营条件以及温度变化均有密切关系，其产生的原因主要有砂浆自收缩及轨道板或底座板开裂引起的延伸裂缝。

图9 砂浆层裂缝间距和宽度

2.2.3 缺损掉块

砂浆层存在缺损掉块或剥离的现象，尤其是轨道板板间接缝部位和轨道板精调爪附近的砂浆层缺损掉块伤损较为突出，如图10所示。砂浆层缺损掉块伤损多是由于在列车荷载下砂浆层离缝和竖向裂缝等伤损诱发产生的。砂浆层缺损掉块容易积水，影响砂浆层耐久性。

图10 精调爪部位砂浆层缺损掉块

2.3 底座板伤损

桥上底座板(含后浇带)伤损主要有混凝土裂缝和缺损两种，桥上混凝土底座板裂缝伤损较为普遍，裂缝宽度多在0.1 mm左右，裂缝间距在15～100 cm不等。以一处裂缝的连续跟踪观测为例，裂缝随季节温度的变化呈现出张合现象，如图11所示。底座板后浇带处裂缝相较于普通区段而言，裂缝宽度较大，主要出现在后浇带混凝土的结合面处，如图12所示。

图11 底座板裂缝宽度变化特征

图12 底座板后浇带混凝土裂缝

2.4 侧向挡块伤损

侧向挡块伤损主要有混凝土裂缝、侧向挡块与底座板未完全隔离造成的挡块混凝土拉裂或缺损掉块、弹性限位板失效等，如图13所示。调研中发现多处侧向挡块存在拉裂、破损，甚至钢筋外露现象，其主要原因是施工期间在工艺细节上处理不当，造成侧向挡块与轨道板(或底座板)粘连，阻碍了桥梁与轨道间的纵向相对运动。

图13 侧向挡块伤损

3 无砟道床伤损影响

无砟道床伤损根据混凝土结构裂缝产生的部位、产生的原因及其影响不同，可以将裂缝分为影响结构安全性、影响结构功能性、影响结构耐久性、影响结构平顺性4种类型。

1)影响结构安全性

无砟道床混凝土结构裂缝直接影响结构安全性的伤损并不常见，仅在个别位置出现预制轨道板承轨台部位混凝土裂缝、挡肩裂缝等伤损，可能会影响轨道结构限位功能，存在安全隐患。这种混凝土裂缝伤损多为制造或施工过程中的各种不当操作或外部偶然因素造成，具有一定偶然性。

2)影响结构功能性

无砟轨道钢筋混凝土结构部件裂缝发展到一定程度，不但会影响结构耐久性，而且会影响到轨道结构部件的功能，对无砟轨道线路平顺性、稳定性等产生危害，影响轨道部件的正常使用。这类伤损主要包括侧向挡块混凝土裂缝、底座板后浇带裂缝等，伤损产生的原因有多方面，包括列车动荷载作用下的“桥梁—轨道”反相位相互拍打作用、整体温度荷载变化作用下连续钢筋混凝土结构拉裂等多种因素。

3)影响结构耐久性

无砟道床混凝土结构裂缝伤损虽然开裂部位、开裂程度各有不同，除少部分裂缝对轨道结构安全性和功能性有影响外，绝大部分裂缝主要对轨道结构耐久性产生影响，包括预制轨道板预裂缝侧面、轨道板板体、底座板及支承层裂缝等。裂缝主要有间接裂缝和荷载裂缝两种形式。实际运营线路中，两种工况往往同时存在，相互作用。

混凝土间接裂缝是指由于混凝土温度收缩(包括温度梯度效应、升降温荷载及混凝土自收缩等)、结构内力(预应力施加不到位或不均匀等)造成轨道板、道床板、底座板或支承层结构开裂，未开通前发现的轨道板侧面不同程度开裂现象即属于此种类型裂缝。这种裂缝一般对轨道板承载能力削弱较小，但可能会引起钢筋锈蚀等危害，从而对轨道板结构耐久性产生不利影响。

混凝土荷载裂缝是指由于列车荷载作用，使结构层底部由于弯拉作用产生裂缝或由于下部砂浆层支撑状态不良引起混凝土表面开裂等现象。在列车荷载条件下，这种荷载裂缝具有宽度较大的特点，对轨道结构、轨道几何状态等影响均较大，如果未及时进行处理，甚至可能会使轨道板或砂浆层等道床结构损坏失效。

4)影响结构平顺性

对于桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构，结构层间离缝形式主要有砂浆层与轨道板或底座板之间离缝、轨道板间接缝处离缝等。结构层间离缝产生的原因有多方面，包括施工因素、整体温度变化、列车动荷载及材料老化失效等。

结构层间离缝直接影响轨道结构整体性，在列车动荷载作用下，轨道结构部件振动、受力变形等均会出现明显异常，且离缝在雨水进入后，容易产生冲蚀效应，引起结构层间粘结不断恶化，甚至影响无砟轨道线路平顺性。

4 轨道结构修复方法

对于高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟道床离缝伤损，在对其产生的主要原因进行分析的基础上，按混凝土裂缝影响进行分类，根据裂缝产生的部位及其影响采取局部裂缝伤损修补或结构伤损修复两种不同的方法。局部离缝修补主要针对无砟道床结构出现的影响结构耐久性的裂缝、离缝等常见伤损的修补。这类伤损在《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》中有明确的修补方法，维修管理部门需结合实际伤损情况，依据规范中的原则要求进行维修材料、机具及施工组织设计细化。如果混凝土道床开裂影响轨道结构功能使用或结构安全，则需对伤损结构进行伤损修复处理，如更换开裂严重的轨道板、离缝较大的砂浆层及轨道结构整体抬升等。虽然规范中已有原则性要求，但由于这类伤损修复较为困难，对轨道结构影响较大，一般需针对具体工况进行修复方案专题研究后方可实施。

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构养护维修在对不同伤损的修复过程中，通过对不同环境条件下各种原因引起的伤损案例的研究分析，不断归纳、汇总，依据相关规范的维修原则性要求[4]，建立一套针对各种类型伤损的标准维修方法，为运营过程中可能出现的类似伤损提供维修技术支撑。

5 结语

轨道结构养护维修技术是高速铁路无砟轨道系统技术的重要组成部分，无砟道床伤损修复应贯彻“严检慎修”的理念，在保证轨道几何形位的前提下，更加注重轨道结构检查和维修。通过对桥上CRTSⅡ型板式无砟道床混凝土开裂的伤损修复研究，得到如下主要结论:

1)桥上CRTSⅡ型板式无砟道床混凝土开裂产生的部位主要有轨道板预裂缝处、轨道板板体、砂浆层、底座板等，开裂部位不同，对结构产生的影响也不同，相应的修复处理方法也不同。

2)桥上CRTSⅡ型板式无砟道床混凝土开裂产生的影响主要分为影响结构耐久性、功能使用性和结构安全性等，其中轨道板挡肩和承轨台混凝土开裂、轨道板上拱引起的砂浆层离缝等伤损将对结构安全产生不利影响;轨道板板体混凝土开裂、底座板裂缝等将会影响结构使用性和耐久性。

3)对于无砟道床结构出现的影响结构耐久性的裂缝、离缝等常见伤损，应依据《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》，结合现场实际情况进行修复处理;对于影响轨道结构功能使用或结构安全的混凝土道床开裂，需对伤损结构进行伤损修复处理，由于这类伤损修复较为困难，对轨道结构影响较大，一般需针对具体工况进行修复方案专题研究后方可实施。

[1]中国铁道科学研究院.高速铁路无砟轨道养护维修技术深化研究[R].北京:中国铁道科学研究院，2012.

[2]赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].北京:中国铁道出版社，2006.

[3]中国铁道科学研究院.CRTSⅡ型板式无砟轨道可适应的长大混凝土桥梁温度跨长研究[R].北京:中国铁道科学研究院，2011.

[4]中华人民共和国铁道部.铁运[2012]83号 高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)[S].北京:中国铁道出版社，2012.