高速鐵路架梁施工中自流平支座砂漿的研究及應(yīng)用

張 勇，楊富民

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所 北京市鐵鋒建筑工程技術(shù)開發(fā)公司，北京 100081)

橋梁鋪架質(zhì)量是保證橋梁梁體受力是否均勻的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的預(yù)制梁體鋪架方法是將梁體直接安放在支承墊石上的干硬性砂漿上，依靠自重壓實(shí)干硬性砂漿，然后錨固支座螺栓。這種方法往往導(dǎo)致梁體四個(gè)支點(diǎn)不在一個(gè)水平面上，產(chǎn)生三點(diǎn)受力現(xiàn)象，而不能保證四支點(diǎn)受力完全相同。大量科研成果表明，橋梁支座四支點(diǎn)不平整將使梁體橫向承受附加應(yīng)力，當(dāng)不平整量較大時(shí)會引起梁頂板和底板的開裂。因此，在高速鐵路架梁時(shí)不再采用這種鋪架方式。

目前，國內(nèi)的橋梁鋪架主要根據(jù)國外的橋梁鋪架成功經(jīng)驗(yàn)，也就是采用先將梁落放在按架梁高程調(diào)平的墩臺上的千斤頂上，然后在與支座的縫隙間填充自流平無收縮灌漿料(或采用調(diào)高支座進(jìn)行調(diào)整)，避免三點(diǎn)受力現(xiàn)象的產(chǎn)生。國內(nèi)梁體架設(shè)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已逐步要求采用測力千斤頂作為臨時(shí)支點(diǎn)，確保梁四支點(diǎn)的反力差在5%之內(nèi)，在支承墊石與支座底面之間采用灌漿材料填實(shí)后落梁就位。

1 鐵路灌漿材料的技術(shù)要求

我國自流平灌漿材料開發(fā)比較晚，在20世紀(jì)90年代以前大部分采用的都是國外進(jìn)口材料，大約20世紀(jì)90年代后國內(nèi)才逐漸自行開發(fā)這類產(chǎn)品。目前，國內(nèi)灌漿材料已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有1998年冶金工業(yè)部建筑研究總院起草編制的《水泥基灌漿材料施工技術(shù)規(guī)程》(YB/T 9261—98)和2005年發(fā)布的中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料》(JC/T 986—2005)，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對指導(dǎo)我國灌漿材料的生產(chǎn)制造施工技術(shù)和質(zhì)量驗(yàn)收等方面起到了巨大的作用，已廣泛應(yīng)用于設(shè)備基礎(chǔ)二次灌漿、地腳螺栓錨固、混凝土結(jié)構(gòu)加固、修補(bǔ)和改造等方面。

在鐵路橋梁鋪架安裝的灌漿施工中，橋梁底端支座與橋墩支撐墊石之間的施工空間狹窄，一般僅有20～30 mm的施工空間，要求材料具有較高的早期強(qiáng)度和更好的流動性，以滿足施工進(jìn)度和施工質(zhì)量要求。因此，鐵路相關(guān)部門參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，針對鐵路支座安裝灌漿的特點(diǎn)，對支座灌漿材料的某些性能指標(biāo)做了規(guī)定。主要指標(biāo)如下:漿體水灰比不宜＞0.34，且不得泌水，流動度≥320 mm，30 min后流動度不應(yīng)＜240 mm;抗壓強(qiáng)度，28 d≥50 MPa，56 d和90 d后強(qiáng)度不降低;彈性模量，28 d≥30 GPa;抗折強(qiáng)度，24 h≥10 MPa;標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下漿體28 d膨脹率為0.02%～0.10%。

2 鐵路灌漿材料的試驗(yàn)研究

2.1 原材料

原材料主要有水泥、減水劑、石英砂、礦物摻合料、增稠組分、調(diào)凝組分和高分子聚合物。

2.2 性能測試

1)流動性能試驗(yàn)，鐵路支座灌漿材料由于其施工部位的特殊性，必須是一種高流態(tài)的漿體材料，流變性的好壞至關(guān)重要，也可以說，高流態(tài)是可施工的先決條件。影響流動性能的主要因素有:用水量、減水劑的減水率及用量、石英砂的粒形及級配。

2)漿體的凝結(jié)時(shí)間是支座灌漿材料的一項(xiàng)重要指標(biāo)，凝結(jié)時(shí)間的長短，既關(guān)系到漿體的可操作性時(shí)間，也對灌漿材料試件的早期強(qiáng)度有影響。根據(jù)橋梁的施工進(jìn)度要求，一般要求2 h后灌漿材料要有一定的強(qiáng)度。

環(huán)境溫度及漿體自身溫度對漿體的凝結(jié)時(shí)間有較大影響，相同條件下，溫度高，可操作時(shí)間和凝結(jié)時(shí)間縮短，早期強(qiáng)度高;溫度低，可操時(shí)間和凝結(jié)時(shí)間延長，早期強(qiáng)度低。凝結(jié)時(shí)間測定除采用在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下進(jìn)行外，還要求模擬工地實(shí)際溫度范圍進(jìn)行測試和配方的調(diào)整。

3)漿體勻質(zhì)性能的試驗(yàn)研究。勻質(zhì)性好的漿體材料，應(yīng)該具有較好的流態(tài)性和黏聚性，不泌水、不分層。可以通過摻加增稠組分、高分子聚合物和礦物摻合料等手段來改善漿體的勻質(zhì)性。

4)力學(xué)性能試驗(yàn)。兩種類型早強(qiáng)自流平灌漿材料(試驗(yàn)編號ZYY05，用水量14%，初凝60 min)和(試驗(yàn)編號ZYX05，用水量14%，初凝100 min)。2～24 h的抗折、抗壓強(qiáng)度，及其隨時(shí)間的發(fā)展變化曲線見圖1，長期強(qiáng)度主要測試結(jié)果見圖2。結(jié)果表明:抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度在早期發(fā)展迅速，24 h抗壓強(qiáng)度超過了40 MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到了11.3 MPa。漿體的早期強(qiáng)度發(fā)展迅速，漿體長期力學(xué)性能良好，后期強(qiáng)度繼續(xù)增加，沒有出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。

2.3 現(xiàn)場模擬試驗(yàn)

圖1 24 h抗折/抗壓強(qiáng)度發(fā)展曲線

圖2 90 d抗折/抗壓強(qiáng)度發(fā)展曲線

為了較真實(shí)地模擬灌注現(xiàn)場情況，試驗(yàn)采用尺寸1 000 mm×1 000 mm的透明玻璃板來模擬橋梁支座底面，尺寸1 200 mm×1 200 mm的混凝土板模擬橋墩上的支承墊石。模擬混凝土支承墊石四周用模板封閉，防止漏漿。玻璃板放在模擬支承墊石中央，玻璃板用混凝土塊墊起與模擬支承墊石距離保持25 mm。試驗(yàn)結(jié)果見表1。結(jié)果表明，灌漿材料2 h抗壓強(qiáng)度為26.0 MPa，24 h抗折強(qiáng)度為 12.5 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為75.2 MPa，自由膨脹率0.04%，長期強(qiáng)度發(fā)展良好，符合技術(shù)要求。

經(jīng)模擬試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，由于玻璃板與支承墊石間距非常小，支座灌漿材料在灌注過程中流動速度比沒有覆蓋玻璃板的灌漿材料流動慢，我們把這一現(xiàn)象稱為“黏滯效應(yīng)”，施工時(shí)應(yīng)密切注意漿體流動度的變化。經(jīng)分析可以得知漿體流動度、支座尺寸和支座與墊石的間隙三者之間存在一定的關(guān)系。漿體流動度好、支座與支承墊石間隙大、支座尺寸較小則容易灌實(shí);反之，則不易灌實(shí)或灌注時(shí)間較長。因此，施工前進(jìn)行現(xiàn)場模擬試驗(yàn)是非常有必要的。

表1 灌漿材料技術(shù)指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果

3 鐵路灌漿材料的施工應(yīng)用

在初步定位后下落箱梁，箱梁下落至距支承墊石50 cm時(shí)減緩下落速度，檢查箱梁底部十字線與支承墊石頂面十字線之間的偏差，調(diào)整天車后下落箱梁至墩頂上，采用測力千斤頂作為臨時(shí)支點(diǎn)，確保箱梁四支點(diǎn)的反力差在5%之內(nèi)，利用精確定位裝置和4臺500 t千斤頂將箱梁調(diào)整至設(shè)計(jì)位置。然后采用重力灌漿方式對支承墊石與支座底面及錨栓孔處空隙進(jìn)行灌注，灌漿從支座中心部位向四周注漿，直至從模板與支座底板周邊間隙處觀察到灌漿材料全部灌滿為止。灌漿前應(yīng)初步計(jì)算所需漿體體積，實(shí)際灌注漿體數(shù)量不應(yīng)與計(jì)算值產(chǎn)生過大的誤差，防止中間缺漿。灌漿材料達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，拆除模板，檢查是否有漏漿處，對漏漿處進(jìn)行補(bǔ)漿。擰緊下支座板地腳螺栓，拆除上、下支座板連接角鋼，拆除臨時(shí)千斤頂。鐵路預(yù)制梁鋪架見圖3，重力灌漿施工示意如圖4。

圖3 高速鐵路預(yù)制梁鋪架

目前，項(xiàng)目研制生產(chǎn)的TK-Z系列支座灌漿材料產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于合武、武廣、溫福、福廈、哈大、京滬、鄭西等多條高速鐵路客運(yùn)專線上。使用單位普遍反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、使用方便，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

1)在支承墊石與支座底面之間采用灌漿材料填實(shí)后再落梁就位的施工工藝提高了橋梁鋪架質(zhì)量，避免了梁頂或底板可能產(chǎn)生的開裂，提高了橋上線路的平順性，具有良好的推廣前景。

圖4 重力灌漿施工示意

2)通過對灌漿材料性能影響較系統(tǒng)的研究，結(jié)合鐵路工程特點(diǎn)成功研制出性能良好，價(jià)格適宜的TK-Z系列支座灌漿材料。

3)研制的灌漿材料具有如下特點(diǎn):流動性能好，能夠依靠自重充滿支座與支承墊石之間的間隙，具有自流平、自密實(shí)特點(diǎn);對鋼筋無銹蝕作用、微膨脹、不泌水、耐久性能好;工作性可控，根據(jù)施工和環(huán)境要求進(jìn)行調(diào)整，凝結(jié)時(shí)間可控制在0.5～12.0 h，能夠完全滿足5℃ ～35℃溫度條件下的施工;早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度不倒縮，2 h抗壓強(qiáng)度可大于20 MPa，24 h抗折強(qiáng)度可大于10 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度可大于60 MPa，滿足施工進(jìn)度的要求。

4)通過技術(shù)推廣，TK-Z系列支座灌漿材料產(chǎn)品已在多條高速鐵路中應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］中國鐵道科學(xué)研究院.高流態(tài)鐵路橋梁支座灌漿材料的開發(fā)、生產(chǎn)及施工應(yīng)用試驗(yàn)研究［R］.北京:中國鐵道科學(xué)研究院，2008.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵科技函［2004］120號 客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［3］中華人民共和國鐵道部.科技基［2005］101號 客運(yùn)專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］李勤銘.客運(yùn)專線橋梁盆式橡膠支座安裝施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(5):38-39.