極旱荒漠區(qū)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制技術(shù)

楊惠民

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西西安 710043)

1 工程概況

蘭新鐵路第二雙線是我國(guó)首條在高海拔、大溫差、大風(fēng)沙和強(qiáng)日照地區(qū)修建的客運(yùn)專線鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速超過(guò)200 km/h，項(xiàng)目建成后將形成蘭新通道內(nèi)新的大能力鐵路干線，實(shí)現(xiàn)新疆等西部地區(qū)與內(nèi)地的快速客運(yùn)連接，使既有蘭新鐵路貨運(yùn)得到釋放。蘭新鐵路甘青LXS-17標(biāo)位于甘肅省安西極旱荒漠自然保護(hù)區(qū)，路線全長(zhǎng)104.6 km，其中路基占線路全長(zhǎng)的95%，采用無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。

2 極旱荒漠區(qū)無(wú)砟軌道工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)

1)路基段無(wú)砟軌道比例大。LXS-17標(biāo)段線路總長(zhǎng)104.6 km，其中路基長(zhǎng)99.8 km，所占比例高達(dá)95.3%。2)自然環(huán)境惡劣。溫差大:平均日較差16.1℃，年較差35.3℃，極端最高氣溫42.8℃，極端最低氣溫－29.1℃。日照強(qiáng):全年日照總時(shí)數(shù)約為3 360 h，不小于10℃的積溫3 661.5℃。風(fēng)沙大:年平均風(fēng)速達(dá)到5.7 m/s，年累計(jì)刮風(fēng)時(shí)間為6 300 h以上。干旱缺水:年均降水量45.7mm，年蒸發(fā)量3 140.6 mm，長(zhǎng)年干燥少雨。3)道床板混凝土施工質(zhì)量控制難度大。由于氣候干燥、蒸發(fā)量大、溫差大、大風(fēng)天氣頻繁，惡劣的自然環(huán)境使混凝土很容易產(chǎn)生開裂，這成為施工過(guò)程質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

3 線外先導(dǎo)試驗(yàn)段無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)施工發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

先導(dǎo)試驗(yàn)段我們是在線外無(wú)砟軌道試驗(yàn)基地按照內(nèi)地混凝土泵送、道床板收面露天施作、濕法灑水養(yǎng)護(hù)等常規(guī)的工藝進(jìn)行施工的，試驗(yàn)結(jié)束后發(fā)現(xiàn)了如下幾個(gè)問(wèn)題:

1)道床板裂紋較多，有的非常明顯，寬度個(gè)別超過(guò)0.2 mm以上。裂紋主要有三種情況:a.軌枕四角的八字形裂紋，每個(gè)軌枕四角均有，長(zhǎng)度有的延伸至道床板側(cè)面(見圖1，圖2);b.在道床板兩側(cè)的“7”字形裂紋，側(cè)面部分垂直貫通，平面向里延伸長(zhǎng)度不一，每個(gè)枕木頭對(duì)應(yīng)均存在一道或兩道;c.混凝土表面出現(xiàn)小范圍的龜裂，深度較淺，寬度小于0.2mm。從裂紋發(fā)現(xiàn)時(shí)間看，軌枕八字角個(gè)別裂紋是在混凝土澆筑完成后兩天內(nèi)出現(xiàn)的，其他裂紋大部分是在一個(gè)月后出現(xiàn)和發(fā)展的。2)假縫和伸縮縫存在垂直度偏差較大，縫兩側(cè)混凝土標(biāo)高不一致，縫內(nèi)漏漿將縫堵塞，縫兩側(cè)拆模掉塊等問(wèn)題，外觀質(zhì)量控制有待提高。3)有的支承層存在橫向貫通裂紋。

圖1 八字角和橫向裂紋

我們分析出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因有:1)蘭新線所處地理位置與內(nèi)地的自然環(huán)境存在天壤之別，此種惡劣的環(huán)境施工對(duì)混凝土的影響較大，正式施工應(yīng)該提高混凝土的勻質(zhì)性，減少材料收縮變形，改進(jìn)施工工藝方法;2)設(shè)計(jì)上要降低道床板的累計(jì)約束，同時(shí)減少支承層對(duì)道床板的約束(在前期科研中就針對(duì)支承層假縫切割距離進(jìn)行了專項(xiàng)研究，分別針對(duì)3.25 m，3.9 m，4.55 m 進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試鋪，最終結(jié)合19.5 m單元式道床板結(jié)構(gòu)(3.9 m小單元)確定采用3.9 m設(shè)置一處假縫)，此方面的問(wèn)題在前期課題研究中基本解決，此文不再贅述。

4 極旱荒漠區(qū)無(wú)砟軌道質(zhì)量控制關(guān)鍵

從上述發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和原因分析說(shuō)明，針對(duì)蘭新二線大溫差、大風(fēng)沙和極干旱環(huán)境，用內(nèi)地常規(guī)的方法控制無(wú)砟軌道質(zhì)量是行不通的。結(jié)合實(shí)際加強(qiáng)改進(jìn)了以下幾個(gè)方面的質(zhì)量控制:

4.1 混凝土配合比的控制

道床板混凝土配合比除應(yīng)滿足TB/T 3275-2011鐵路混凝土的相關(guān)要求外，還要根據(jù)環(huán)境條件、施工條件、施工工藝以及原材料情況進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，加強(qiáng)混凝土抗裂性和收縮變形性能的對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)總結(jié)，道床板混凝土采用減水劑和引氣劑雙摻的方式配制，單方最大漿體體積不應(yīng)大于0.3 m3，膠凝材料用量不宜超過(guò)380 kg/m3，水膠比不宜大于0.4，用水量不宜大于150 kg/m3，混凝土入模含氣量不宜小于4%，入模坍落度不應(yīng)大于140 mm，1 h坍落度損失不大于20 mm。針對(duì)氣候特點(diǎn)，混凝土內(nèi)摻入了能夠降低混凝土塑性階段水分散失、提高混凝土硬化階段內(nèi)部持續(xù)補(bǔ)水能力的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。

圖2 軌枕四周和側(cè)面裂紋

支承層采用干硬性混合料滑模攤鋪機(jī)攤鋪，放棄傳統(tǒng)的模筑法施工，干硬性混合料膠凝材料用量不宜超過(guò)220 kg/m3，用水量不宜超過(guò)140 kg/m3。

4.2 施工過(guò)程的控制

1)道床板混凝土必須采用吊車斗送法施工，且混凝土的初始坍落度不得大于160 mm，混凝土澆筑按“之”字形三點(diǎn)澆筑，澆筑后立即用干毛刷將散落在軌枕上的混凝土清除，不得用水清理。振搗時(shí)為減少八字角位置裂紋及軌枕周邊裂縫，要采用二次振搗工藝:第一次采用φ50振搗棒在軌枕之間振搗，第二次采用φ30振搗棒在軌枕四周進(jìn)行振搗。

2)混凝土抹面至少進(jìn)行四次:第一次為提漿粗平，第二次1 h后再用鋼抹抹平，第三次壓平收光，第四次為軌枕周邊、橫梁下部、軌底局部處理。抹面時(shí)一定要原漿收平，不能追求“鏡面”效果，人為造成表層浮漿過(guò)厚，而引起道床板后期的表面龜裂現(xiàn)象。后3次的抹面必須在防風(fēng)棚內(nèi)完成，防止混凝土表面水分的蒸發(fā)(見圖3)。

圖3 防風(fēng)棚和混凝土抹面

3)為減少道床板混凝土旱期失水，混凝土抹面和養(yǎng)護(hù)實(shí)施必須在防風(fēng)棚內(nèi)完成，養(yǎng)護(hù)時(shí)采用養(yǎng)護(hù)劑噴涂養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)盡可能提前，即最后一次抹面后立即噴涂養(yǎng)護(hù)劑，并覆蓋土工膜保濕。TKC-Ⅰ養(yǎng)護(hù)劑噴涂量控制在0.3 kg/m2～0.4 kg/m2，成膜厚度不得小于0.2 mm，養(yǎng)護(hù)劑成膜前嚴(yán)禁灑水。拆模后，立即對(duì)側(cè)面涂抹養(yǎng)護(hù)劑，涂抹養(yǎng)護(hù)劑時(shí)先涂抹迎風(fēng)面，然后涂另一面，迎風(fēng)面的成膜厚度適當(dāng)加厚，并換用土工布密貼覆蓋防風(fēng)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)(見圖4)。

圖4 噴涂養(yǎng)護(hù)劑

4)魚尾板和扣件松開時(shí)間的掌握，一般混凝土澆筑后1 h內(nèi)將調(diào)節(jié)器高程松動(dòng)1/4圈以使軌枕與混凝土密貼，混凝土終凝后4 h將扣件及軌道夾板全部松開，降低溫度裂紋的產(chǎn)生。

5)支承層鋸縫要在支承層硬化前進(jìn)行，時(shí)機(jī)根據(jù)溫度情況確定，最晚不得超過(guò)澆筑后12 h，保證支承層沿假縫位置收縮開裂，因?yàn)橹С袑幼鳛檫B續(xù)攤鋪的無(wú)鋼筋水硬性混合料(低膠凝材料)，在溫度力及收縮作用下必定產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而能對(duì)道床板產(chǎn)生反射裂紋(見圖5)。

圖5 支承層和道床板

6)加強(qiáng)道床板結(jié)構(gòu)傷損情況觀測(cè)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即建立臺(tái)賬，當(dāng)損傷情況穩(wěn)定后方可進(jìn)行修補(bǔ)。一般情況下觀測(cè)時(shí)間不宜少于3個(gè)月，根據(jù)傷損情況確定修復(fù)方法、工藝、材料，時(shí)間選在初夏和秋末，施工溫度控制在5℃ ～20℃。

5 結(jié)語(yǔ)

極旱荒漠區(qū)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的控制關(guān)鍵點(diǎn)是道床板混凝土防開裂的控制，本文從混凝土品質(zhì)控制到施工過(guò)程控制等一系列技術(shù)措施的改進(jìn)，其最終目的均是為了控制道床板裂紋，保證工程的后期質(zhì)量。

［1］ 蘭新鐵路二線17標(biāo)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)文件.

［2］ 鐵建設(shè)［2010］241號(hào)，高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南［S］.

［3］ TB 10754-2010，高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］ TB 10424-2010，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］ 雷前明.TKC-Ⅰ型混凝土養(yǎng)護(hù)劑在高速鐵路中的應(yīng)用［Z］.

［6］ 鐵科院.自養(yǎng)護(hù)混凝土的性能特點(diǎn)［Z］.

［7］ 鐵科院.干旱風(fēng)沙地區(qū)混凝土及無(wú)砟軌道施工質(zhì)量控制措施研究［Z］.