CRTSⅠ軌道板預(yù)應(yīng)力鋼棒斷裂修復(fù)工藝探討

王有能 上海鐵路局上海高鐵維修段

CRTSⅠ軌道板預(yù)應(yīng)力鋼棒斷裂修復(fù)工藝探討

王有能 上海鐵路局上海高鐵維修段

針對(duì)CRTS-Ⅰ無砟軌道板出現(xiàn)的縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼棒斷裂病害，采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線替換斷裂鋼棒的修復(fù)方法，按照規(guī)范的要求制定了相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)和工藝，修復(fù)效果能夠滿足高鐵規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，具有較大的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，可為今后類似工程提供參考和借鑒。

CRTSⅠ型板式無砟軌道；軌道板；預(yù)應(yīng)力；鋼棒；修復(fù)；張拉錨固體系

1 引言

CRTSⅠ型板式無砟軌道主要由鋼軌、扣件、預(yù)制混凝土軌道板、凸形擋臺(tái)及周圍填充樹脂、CA砂漿及鋼筋混土底座等部件構(gòu)成。為提高軌道板的承載能力和避免軌道板在運(yùn)營過程中開裂，CRTSⅠ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的軌道板在縱橫向配置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒。在軌道結(jié)構(gòu)實(shí)際的運(yùn)營過程中，一些鋪設(shè)CRTSⅠ型板式無砟軌道線路的部分軌道板的縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼棒折斷并竄出，對(duì)日常巡檢人員以及列車的行車安全構(gòu)成較大的威脅。

預(yù)應(yīng)力鋼棒斷裂失效后會(huì)改變?cè)熊壍腊蹇沽μ匦?，從而影響軌道板結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性能。本文依托筆者所管的滬寧城際CRTSⅠ型板式無砟軌道預(yù)應(yīng)力鋼棒斷裂修復(fù)作業(yè)對(duì)其修復(fù)工藝進(jìn)行初探。

2 主要修復(fù)材料和器械介紹

2.1 材料和器械選型基本原則

根據(jù)CRTSⅠ型板式無砟軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，參照相關(guān)文獻(xiàn)[1-4]，對(duì)于鋼棒的替換材料和張拉機(jī)具應(yīng)符合以下要求：

（1）強(qiáng)度應(yīng)滿足既有設(shè)計(jì)要求，即應(yīng)不低于原有鋼棒的強(qiáng)度；

（2）配套錨具應(yīng)具備優(yōu)良的靜力錨固性能、疲勞錨固性能、周期荷載性能以及張拉工藝性能，且整套錨具的回縮量應(yīng)控制在1mm以內(nèi);

（3）配套的前卡式張拉千斤頂應(yīng)采用一次安裝、兩次張拉的方法，實(shí)現(xiàn)鋼絞線的錨固和承壓螺母的旋轉(zhuǎn)。

2.2 主要修復(fù)材料

由CRTSⅠ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)基本構(gòu)造可知，主要修復(fù)材料包括預(yù)應(yīng)力鋼棒的替代品和使其永久性錨固于軌道板上的配套錨具、中性或堿性防腐油脂、界面劑、養(yǎng)護(hù)劑、鋼絲、棉絲及其他輔助材料。

2.2.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線

綜合考慮軌道板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工等方面的因素，采用強(qiáng)度等級(jí)為1860MPa的預(yù)應(yīng)力鋼筋線替換原有的預(yù)應(yīng)力鋼棒。

2.2.2 錨具

在后張拉結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中，錨具是用于保持預(yù)應(yīng)力筋的拉力并將其傳遞到混凝土上所用的永久性錨固裝置，可分為兩類：（1）張拉端錨具，安裝在預(yù)應(yīng)力筋端部且可以用于張拉的錨具；（2）固定端錨具，安裝在預(yù)應(yīng)力筋固定端端部，通常不用于張拉的錨具。通過比選，選用單孔張拉端低回縮錨具（DSM13-1型）和固定端夾片式錨具（JM13-1型）作為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的配套錨具，如圖1、2所示。

圖1 低回縮錨具（DSM13-1型）

圖2 夾片式錨具（JM13-1）

2.3 主要器具-YQD型前卡式張拉千斤頂

根據(jù)設(shè)計(jì)方案和使用要求，施工選用的YDQ型張拉千斤頂[2]為帶頂壓器的前卡式千斤頂，在千斤頂?shù)那岸朔謩e設(shè)有頂錨裝置和螺母鎖緊裝置，可完成對(duì)錨板的頂緊、放松和鎖緊螺母等動(dòng)作。YQD型張拉千斤頂結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 YQD型前卡式低回縮張拉千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖

3 修復(fù)工藝

3.1 修復(fù)工藝流程

因CRTSⅠ型軌道板縱橫向有預(yù)應(yīng)力鋼筋，在軌道板運(yùn)營過程中均有折斷，總體修復(fù)工藝流程基本，一致，如圖4所示。針對(duì)縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋在軌道結(jié)構(gòu)的不同空間位置而導(dǎo)致的具體施工作業(yè)有所差異，本文將在3.2節(jié)中予以分別介紹。

圖4 鋼棒斷裂修復(fù)工藝流程圖

3.2 關(guān)鍵技術(shù)問題及質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.2.1 既有部件清除

（1）錨穴鑿除和清理

根據(jù)斷裂鋼棒錨穴的破壞情況，用鑿子及沖擊鉆鑿開錨穴，將原有破損的封錨砂漿清理干凈。然后用鐵釬（或電錘）在錨穴內(nèi)壁進(jìn)行鑿毛處理，鑿毛處距側(cè)面約10mm。

（2）移除斷裂鋼棒

在完成鑿毛后，將加長套筒套在鋼棒的錨固螺母上，用電動(dòng)扳手將斷裂鋼棒逆時(shí)針緩慢旋轉(zhuǎn)抽出。當(dāng)斷裂鋼棒處于軌道板外側(cè)的一端較長，且軌道板外側(cè)有豎墻不易抽出時(shí)，將一根細(xì)鋼棒穿入孔道中，然后用錘子慢慢敲打細(xì)鋼棒，將斷裂鋼棒從另一側(cè)頂出螺紋部分后，再用電動(dòng)扳手將斷裂鋼棒旋出，然后用切割鋸將鋼棒切斷后分段取出。

（3）孔道護(hù)套內(nèi)清潔

先檢查錨穴孔道內(nèi)壁是否有水份，如有，則用棉絲等套于細(xì)鋼棒上，穿入孔道內(nèi)，將護(hù)套內(nèi)壁的水份擦干。

3.2.2 鋼絞線張拉施工

因縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼棒在實(shí)際中均有折斷，需要及時(shí)更換，且大致更換流程一致，本文首先以橫向預(yù)應(yīng)力鋼棒更換進(jìn)行說明，再對(duì)縱向預(yù)應(yīng)力鋼棒更換作業(yè)中的一些差別予以單獨(dú)說明。

（1）張拉前準(zhǔn)備

用黃油槍在軌道板兩側(cè)分別向護(hù)套內(nèi)慢慢壓注專用防腐油脂，當(dāng)油脂不易進(jìn)入時(shí)，先注入一部分，然后用細(xì)鋼棒穿入孔道內(nèi)，使油脂均勻涂覆在孔道內(nèi)壁。

根據(jù)軌道板的尺寸情況，提前備好需使用的鋼絞線，固定端鋼絞線露出夾片外10mm，張拉端預(yù)留350mm供張拉使用，一般鋼絞線長度為2800mm。將備好的鋼絞線一端涂覆油脂，旋轉(zhuǎn)使鋼絞線穿入護(hù)套內(nèi)。

（2）鋼絞線張拉

將前卡式千斤頂穿進(jìn)鋼絞線，張拉開始前，將油泵搖桿放置到進(jìn)油位置后，手動(dòng)操作油泵壓桿，開始進(jìn)行張拉，油壓表讀數(shù)緩慢上升，當(dāng)油壓達(dá)到張拉荷載20%時(shí)，持荷，測(cè)量、記錄千斤頂活塞伸出量。繼續(xù)加壓，當(dāng)張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)荷載后，靜停1min，如油壓有下降，重新補(bǔ)足，記錄油壓值和鋼絞線伸長值。張拉分兩次進(jìn)行，第一次張拉到設(shè)計(jì)荷載時(shí)，回油錨固；卸下張拉千斤頂，在軌道板側(cè)面安裝張拉支架，重新穿入千斤頂后進(jìn)行第二次張拉，當(dāng)張拉力再次達(dá)到設(shè)計(jì)荷載時(shí)，旋動(dòng)鎖緊螺母抵緊在錨墊板上，回油錨固，完成張拉。張拉完成后，用砂輪據(jù)（或等離子切割機(jī)）切斷外露鋼絞線，預(yù)留鋼絞線距夾片20mm～30mm，不得使用電焊切割。

施加預(yù)應(yīng)力值采用雙控，以油壓表讀數(shù)為主，以鋼絞線的伸長值作為校核。實(shí)際伸長值以20%張拉力作為測(cè)量的初始點(diǎn)。橫向鋼絞線張拉力為127kN，伸長值為14±2mm。

（3）縱向鋼棒折斷修復(fù)注意事項(xiàng)

縱向鋼棒斷裂的修復(fù)流程與橫向類似，但應(yīng)注意以下幾方面內(nèi)容。

①由于軌道板板縫縱向間距只有70mm，張拉空間不夠，預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)采用套筒扳手人工旋動(dòng)螺母進(jìn)行，通過伸長量的控制使鋼絞線的張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

②考慮鋼-鋼摩擦系數(shù)及螺母和扳手的力矩，通過驗(yàn)算，套筒扳手的加力桿長度1.5m時(shí)，可以旋動(dòng)螺母完成預(yù)應(yīng)力張拉，扭力達(dá)到單人扭不動(dòng)為宜。

③縱向鋼絞線張拉力為122kN，總伸長量為30.6mm（P4962型板），兩端同時(shí)相對(duì)旋動(dòng)螺母進(jìn)行張拉，單端伸長量控制為15.3±2mm。

3.2.3 錨穴封錨施工

錨穴封錨施工基本工序主要包括稱料、砂漿攪拌、封錨施工、外觀檢查和養(yǎng)護(hù)等工序，如圖5所示。

圖5 封錨施工基本工序

（1）稱料和攪拌

以不影響攪拌機(jī)正常工作為原則，按廠家提供的干料與水的比例或自行設(shè)計(jì)配方進(jìn)行稱料。當(dāng)自行配制封錨砂漿時(shí)，水泥用量不宜小于800kg/m3，灰砂比不應(yīng)小于0.50，水灰比不宜大于0.18，聚合物用量（按折固量計(jì)）應(yīng)不小于膠凝材料的2%。材料計(jì)量誤差應(yīng)符合《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)〔2005〕160號(hào)）的規(guī)定。制備的封錨砂漿適宜封錨施工時(shí)的較為理想狀態(tài)是：攪拌后成松散粉狀，用手輕握可成團(tuán)，輕抖能分散。封錨修復(fù)砂漿材料宜采用TK－F型軌道板封錨砂漿（快干型），性能應(yīng)符合表1要求。

表1 封錨修復(fù)砂漿性能指標(biāo)

封錨砂漿在施工現(xiàn)場(chǎng)人工攪拌，先將稱量好的水泥、砂放入鐵皮桶中，邊加水邊攪拌，攪拌時(shí)間不少于3min，攪拌時(shí)應(yīng)注意干料與水之間的充分?jǐn)嚢杈鶆?，可以二次攪拌，但?yán)禁二次加水，攪拌完畢的砂漿宜在30min內(nèi)用完。

（2）封錨施工

封錨施工包含錨穴鑿毛、清孔、噴涂界面劑、裝料壓實(shí)等工序。

錨穴鑿毛對(duì)于提高錨塊與錨穴的粘結(jié)強(qiáng)度有重要作用，盡可能增加鑿毛點(diǎn)的密度，保證錨穴內(nèi)壁四周均有一定深度鑿毛，鑿毛深度宜≥4mm。清孔采用高壓氣清孔，防止影響錨塊與錨穴的粘結(jié)應(yīng)保證錨穴內(nèi)無油污、浮漿、雜物和積水等。填料封錨前，應(yīng)向錨穴內(nèi)均勻噴涂可提高砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的界面劑，并用棉紗或海綿等吸水材料吸取錨穴凹陷處的多余界面劑。同時(shí)應(yīng)保證在填料前，錨穴內(nèi)噴涂的界面劑仍為濕潤狀態(tài)，未揮發(fā)、干燥。

將加料器前端下邊緣緊貼軌道板錨穴下口邊緣，然后用空氣錘將料頂入錨穴內(nèi)。封錨時(shí)應(yīng)分三層填壓。使用空氣手錘等工具對(duì)砂漿分層進(jìn)行振搗，振搗力不小于3kg，每層振搗不少于3次，每次不少于30s。內(nèi)層填實(shí)后，繼續(xù)添加砂漿，重復(fù)振搗，最后用抹子將砂漿外層抹平。針對(duì)目前軌道板橫向和縱向錨穴結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，同時(shí)為確保封錨施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)了四種型號(hào)搗固棒，其中：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型組合用于橫向圓形錨穴封錨施工；Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅳ型組合用于縱向長橢圓形錨穴封錨施工。下面對(duì)橫向圓孔、縱向橢圓孔封錨壓實(shí)順序以及壓實(shí)成型時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)予以分別介紹。

①橫向圓孔封錨壓實(shí)順序

橫向圓孔封錨壓實(shí)順序如圖6（a）所示。采用Ⅰ型搗固棒對(duì)1#紅色實(shí)線區(qū)域進(jìn)行填料和壓實(shí)；采用Ⅱ型搗固棒對(duì)2#紫色虛線區(qū)域，即鋼筋螺母周圍進(jìn)行壓實(shí)，此步對(duì)于保證螺母周圍封錨砂漿的密實(shí)非常關(guān)鍵，循環(huán)上述第一步和第二步操作，至少一次；采用Ⅲ型搗固棒對(duì)3#藍(lán)色點(diǎn)劃線區(qū)域進(jìn)行填料和壓實(shí)，此步操作時(shí)宜先填超出錨穴外口的砂漿料，保證充分壓實(shí)后，再刮去突出錨穴外口表面的砂漿，進(jìn)行表面成型處理，確保最終成型表面密實(shí)光潔，無掉渣、孔洞等缺陷，若存在則應(yīng)抹少量砂漿粉料進(jìn)行補(bǔ)壓。

圖6 封錨施工壓實(shí)成型示意圖

②縱向長橢圓孔封錨壓實(shí)順序

縱向長橢圓孔封錨壓實(shí)順序如圖6（b）所示。采用Ⅰ型搗固棒對(duì)1#紅色實(shí)線區(qū)域進(jìn)行填料和壓實(shí)，宜由下至上的順序；采用Ⅱ型搗固棒對(duì)2#紫色虛線區(qū)域，即鋼筋螺母周圍進(jìn)行壓實(shí)，宜由下至上順序，此步對(duì)于保證螺母周圍封錨砂漿的密實(shí)非常關(guān)鍵，循環(huán)上述第一步和第二步操作，至少一次；采用Ⅳ型搗固棒對(duì)3#藍(lán)色點(diǎn)劃線區(qū)域進(jìn)行填料和壓實(shí)，最后表面處理同橫向圓孔封錨。

③壓實(shí)成型的注意事項(xiàng)

封錨施工宜以2～3人為一組進(jìn)行配合交替施工；在采用Ⅲ型或Ⅳ型搗固棒進(jìn)行錨穴外側(cè)表面壓實(shí)處理時(shí)，宜一次壓實(shí)成型，這樣可保證封錨表面的平整度和光潔度，有利于提高外觀質(zhì)量，應(yīng)確保封錨錨體表層四周與錨穴緊密結(jié)合、無肉眼可見縫隙存在，封錨成型表面凹入軌道板錨穴表面深度宜≤4mm。封錨砂漿應(yīng)飽滿密實(shí)，與基層混凝土粘結(jié)牢固，砂漿表面應(yīng)平整，不得有疏松、裂紋、脫層和起殼等缺陷。封錨砂漿質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)符合《客運(yùn)專線鐵路CRTS-Ⅰ型板式無砟軌道混凝土軌道板暫行技術(shù)條件》的相關(guān)規(guī)定。封錨砂漿填壓時(shí)的施工環(huán)境溫度宜為5℃～35℃，應(yīng)避免在雨、雪和大風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行封錨作業(yè)；已開通運(yùn)營線路盡量避免冬季施工，當(dāng)晝夜平均氣溫低于5℃或最低氣溫低于－3℃時(shí)，應(yīng)對(duì)封錨完成的砂漿采取加熱保溫措施，保溫時(shí)間不少于24h。封錨砂漿需制作強(qiáng)度試塊，預(yù)留2h、7天試塊各三組，以備檢驗(yàn)封錨砂漿強(qiáng)度。

（3）錨固端養(yǎng)護(hù)

封錨施工完成后必須保證防風(fēng)和保濕。養(yǎng)護(hù)措施如下：①封錨施工完成后，表面及時(shí)噴涂養(yǎng)護(hù)劑；②封錨施工完成后表面搭覆濕布、不定時(shí)灑水保濕；③工藝允許時(shí)，在封錨施工完成一定時(shí)間內(nèi)后可泡水養(yǎng)護(hù)，但應(yīng)保證在泡水前，封錨砂漿已具有一定強(qiáng)度，在泡水時(shí)無剝落、掉渣等情況發(fā)生。

4 結(jié)論

實(shí)踐作業(yè)表明：本文所介紹的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和施工工藝符合高鐵相關(guān)規(guī)范的要求，現(xiàn)場(chǎng)可操作性強(qiáng)，修復(fù)效果良好，具有較大的實(shí)用價(jià)值和實(shí)際意義，可以為今后類似的工程提供參考和借鑒。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)察檢驗(yàn)檢疫局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).預(yù)應(yīng)力用筋錨具、夾片和連接器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[S].北京:2007.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.預(yù)應(yīng)力用液壓千斤頂[S].北京:中華人民共和國建設(shè)部,1993.

[3]馬林,楊夢(mèng)蛟.AM型夾片式錨具疲勞錨固性能[A].中國土木工程學(xué)會(huì)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會(huì)、中國建筑科學(xué)研究院.第十一屆全國混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].中國土木工程學(xué)會(huì)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會(huì)、中國建筑科學(xué)研究院:,2001:5.

[4]中華人民共和國鐵道部.運(yùn)基技術(shù)函[2011]562號(hào)CRTSⅠ、Ⅲ型預(yù)應(yīng)力軌道板防護(hù)和斷裂鋼棒修復(fù)作業(yè)指導(dǎo)書[S].北京:中華人民共和國鐵道部, 2011.

責(zé)任編輯：宋飛

來稿時(shí)間：2014-11-24