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高鐵軌道板及底座板缺陷成因及檢測方法

作者:蠟筆小董 時間:2023-01-03 來源:互聯網

隨著國內外高速鐵路的發展和客運專線的大范圍修建,無砟軌道的病害日益顯現。由于我國高鐵正式投入運營的時間尚短,相關病害的研究工作開展相對滯后。


我國的無砟軌道線路類型主要有3種:CRTSⅠ型、CRTSⅡ型、CRTSⅢ型。


京津線、京滬線、滬杭線、石武線大都采用CRTSⅡ型板式軌道,根據現場調研發現,CRTSⅡ型板式軌道病害主要有:


(1)承軌臺破損、軌道板裂紋、寬接縫開裂;

(2)砂漿層裂紋、破損、掉塊;

(3)軌道板與砂漿層離縫;

(4)底座開裂、側向擋塊破損、橋面防水層破壞;

(5)軌道板上拱和軌道整體下沉等病害。


軌道板脫空的病害特征


板式軌道結構是由軌道板、CA砂漿支承層以及混凝土底座板組成的層狀結構,在理想狀態下,各層之間相互密貼,協同受力,層與層之間是不存在離縫的,軌道板處于完全支撐狀態。由于軌道結構各部件力學特性不同,在材料差異、溫度、列車荷載、收縮徐變、施工影響等多種因素作用下,軌道板與CA砂漿層之間往往存在離縫,使軌道板處于不完全支撐的狀態。


當離縫區域較大時, 結構整體性遭到破壞,并影響軌道結構的受力性能,這種現象即為軌道板脫空病害。實地調研和分析表明軌道板脫空的主要特征為:

軌道板板底與CA砂漿表層結合不密實,存在1 mm及以上的縫隙,且縫隙長度大于5 cm。


軌道板脫空的病害成因


根據現場調研以及理論分析認為,導致軌道板脫空的原因主要有以下幾方面:


1、前期灌漿施工不規范


CA砂漿主要靠瀝青砂漿和水泥水化兩種過程作用形成,其施工工藝好壞直接影響后期質量。如封邊的水泥砂漿及精調限位裝置去除不及時,軌道板受力約束,無法與CA砂漿共同釋放溫度應力,導致相互運動,產生離縫。另外,灌注速度不當,會使砂漿層排氣不暢,產生氣泡,砂漿凝固后,就會在軌道板與砂漿層間出現空洞。


2、材料特性


CA砂漿與軌道板主要由乳化瀝青與混凝土構成。瀝青在高溫與低溫時,會分別呈現粘滯性與脆性,這也導致了CA砂漿在溫度過高或過低時抗壓性和韌性下降。另外, 砂漿達到一定溫度后,會產生高溫收縮現象,而混凝土是熱脹冷縮材料,高溫時,砂漿和混凝土將分別發生收縮和膨脹,導致結合處產生張力,使軌道板與砂漿層相對伸縮,從而易使其脫離、剝落。


3、溫度梯度


根據相關研究,無論在夏季還是冬季,晴天或是陰天,軌道板內不同深度處的溫度是不同的,由此引起軌道板的豎向變形也隨之不同。理論計算表明,在正溫度梯度條件下,容易形成軌道板中部離縫;負溫度梯度條件下,容易引發軌道板端部離縫。


4、列車荷載作用


CRTSⅡ型無砟軌道中,軌道板、CA砂漿層及底座板為整體連接承載系統。其中,CA砂漿屬于高彈性材料,抗壓縮能力強,且容易老化變形,是軌道結構中的*薄弱層。在長期列車荷載作用下,軌道板會發生翹曲變形,使其與砂漿在端部產生脫粘,再經雨雪的侵襲,及列車荷載的耦合作用,砂漿層會從邊緣向內部開裂,甚至掉塊,*終形成軌道板脫空病害。


軌道系統一旦出現軌道板脫空現象,在受到溫度梯度荷載和列車動荷載的反復作用,脫空區域與非脫空區域交界處的受力*不利,很容易使脫空區域增大。同時列車荷載的作用會強化軌道板對砂漿層的拍打效應,使砂漿層性能逐漸劣化,導致軌道板脫空現象日益加劇。


測試項目


測試對象: CRTSⅠ型板、CRTSⅡ型板、CRTSⅢ型板、道岔板、底座板、寬窄接縫等病害;


測試內容:軌道板、底座板損傷及內部缺陷、軌道板離縫檢測等項目。


測試原理


沖擊回波法:通過沖擊方式產生瞬態沖擊彈性波并接收沖擊彈性波信號,通過分析沖擊彈性波及回波的波速、波形和制品頻率等參數的變化,判斷混凝土結構的厚度或內部缺陷的方法。


當被測對象存在缺陷或離縫時,沖擊彈性波信號會產生反射,通過對信號的提取及分析,*終可確定缺陷面積及位置。


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