高铁轨道板及底座板缺陷成因及检测方法
高铁轨道板及底座板缺陷成因及检测方法
前 言
introduction
随着国内外高速铁路的发展和客运专线的大范围修建,无砟轨道的病害日益显现。由于我国高铁正式投入运营的时间尚短,相关病害的研究工作开展相对滞后。
1
CRTSⅠ型
CRTSⅡ型
2
3
CRTSⅢ型
京津线、京沪线、沪杭线、石武线大都采用CRTSⅡ型板式轨道,根据现场调研发现，CRTSⅡ型板式轨道病害主要有:
（1）承轨台破损、轨道板裂纹、宽接缝开裂;
（2）砂浆层裂纹、破损、掉块;
（3）轨道板与砂浆层离缝;
（4）底座开裂、侧向挡块破损、桥面防水层破坏;
（5）轨道板上拱和轨道整体下沉等病害。
轨道板脱空的病害特征
板式轨道结构是由轨道板、CA砂浆支承层以及混凝土底座板组成的层状结构，在理想状态下,各层之间相互密贴,协同受力,层与层之间是不存在离缝的,轨道板处于完全支撑状态。由于轨道结构各部件力学特性不同，在材料差异、温度、列车荷载、收缩徐变、施工影响等多种因素作用下,轨道板与CA砂浆层之间往往存在离缝,使轨道板处于不完全支撑的状态。
当离缝区域较大时, 结构整体性遭到破坏,并影响轨道结构的受力性能,这种现象即为轨道板脱空病害。实地调研和分析表明轨道板脱空的主要特征为:
轨道板板底与CA砂浆表层结合不密实,存在1 mm及以上的缝隙,且缝隙长度大于5 cm。
轨道板脱空的病害成因
根据现场调研以及理论分析认为,导致轨道板脱空的原因主要有以下几方面：
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前期灌浆施工不规范
CA砂浆主要靠沥青砂浆和水泥水化两种过程作用形成,其施工工艺好坏直接影响后期质量。如封边的水泥砂浆及精调限位装置去除不及时,轨道板受力约束,无法与CA砂浆共同释放温度应力,导致相互运动,产生离缝。另外,灌注速度不当,会使砂浆层排气不畅,产生气泡，砂浆凝固后，就会在轨道板与砂浆层间出现空洞。
2
材料特性
CA砂浆与轨道板主要由乳化沥青与混凝土构成。沥青在高温与低温时，会分别呈现粘滞性与脆性,这也导致了CA砂浆在温度过高或过低时抗压性和韧性下降。另外, 砂浆达到一定温度后,会产生高温收缩现象,而混凝土是热胀冷缩材料,高温时,砂浆和混凝土将分别发生收缩和膨胀,导致结合处产生张力,使轨道板与砂浆层相对伸缩,从而易使其脱离、剥落。
3
温度梯度
根据相关研究,无论在夏季还是冬季,晴天或是阴天,轨道板内不同深度处的温度是不同的，由此引起轨道板的竖向变形也随之不同。理论计算表明,在正温度梯度条件下,容易形成轨道板中部离缝;负温度梯度条件下,容易引发轨道板端部离缝。
4
列车荷载作用
CRTSⅡ型无砟轨道中,轨道板、CA砂浆层及底座板为整体连接承载系统。其中，CA砂浆属于高弹性材料,抗压缩能力强，且容易老化变形,是轨道结构中的最薄弱层。在长期列车荷载作用下,轨道板会发生翘曲变形,使其与砂浆在端部产生脱粘,再经雨雪的侵袭,及列车荷载的耦合作用，砂浆层会从边缘向内部开裂,甚至掉块,最终形成轨道板脱空病害。
轨道系统一旦出现轨道板脱空现象,在受到温度梯度荷载和列车动荷载的反复作用,脱空区域与非脱空区域交界处的受力最不利,很容易使脱空区域增大。同时列车荷载的作用会强化轨道板对砂浆层的拍打效应,使砂浆层性能逐渐劣化,导致轨道板脱空现象日益加剧。
针对轨道板病害四川陆通检测科技有限公司自主研发生产了“高铁轨道基础综合质量检测仪”。
通过冲击回波法和走时成像原理综合确定轨道板病害、缺陷范围及程度。为轨道板的加固维修和养护提供技术支撑。
高铁轨道基础综合质量检测仪
测试项目
测试对象： CRTSⅠ型板、CRTSⅡ型板、CRTSⅢ型板、道岔板、底座板、宽窄接缝等病害；
测试内容：轨道板、底座板损伤及内部缺陷、轨道板离缝检测等项目。
产品优势
重复性好，受人为影响因素小；
操作简便：智能化程度高、操作简单，效率高；
可快速准确判断轨道板缺陷类型；
主要元器件均由欧美等国家进口，可靠性高、精度高、耐久性强。
测试原理
冲击回波法：通过冲击方式产生瞬态冲击弹性波并接收冲击弹性波信号，通过分析冲击弹性波及回波的波速、波形和制品频率等参数的变化，判断混凝土结构的厚度或内部缺陷的方法。
当被测对象存在缺陷或离缝时，冲击弹性波信号会产生反射，通过对信号的提取及分析，最终可确定缺陷面积及位置。
测 试 示 意 图
四川陆通生产的“高铁轨道基础综合质量检测仪”得到了大量的工程现场应用，并受到了各大业主和检测单位的认可。
图1 现场通过冲击回波法检测道岔板轨枕离缝
图2 现场测试云图
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欢迎工程各界朋友垂询！
END
供稿：四川陆通检测 崔财华
编辑：小小墁
