王延林
WANG Yanlin
(中鐵十六局集團第三工程有限公司,浙江湖州313000)
隨著我國客專、高鐵的大規(guī)模建設(shè)運營,無砟軌道系統(tǒng)的高精度、高穩(wěn)定性、高平順性,給旅客帶來了平穩(wěn)、舒適的乘坐環(huán)境。無砟軌道結(jié)構(gòu)具有剛度均勻性好、結(jié)構(gòu)耐久性強、綜合成本低、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點。為高速度、高密度、高舒適性的鐵路運輸提供了有利條件,從而在客專、高鐵上獲得了廣泛的應(yīng)用。
通過對京滬高鐵、滬昆等客運專線CRTSⅡ型無砟軌道錨固結(jié)構(gòu)體系的施工技術(shù)研究,為CRTSⅡ型無砟軌道錨固結(jié)構(gòu)體系,施工工藝研究、驗證、優(yōu)化總結(jié)出了一套成熟科學(xué)的施工工藝。
CRTSⅡ型軌道板在鋪設(shè)并完成精確調(diào)整后,要將軌道板與底座板、支承層之間30 mm 的邊界線縫隙封閉,然后灌注瀝青砂漿。再進行軌道板之間的寬、窄縫的混凝土填充,軌道板縱向連接、張拉,并在特定的平面位置與底座板、支承層進行錨固。CRTSⅡ型板式無砟軌道系統(tǒng)在完成一系列的施工后,是一個相互緊密聯(lián)系的、完整的軌道受力體系。無砟軌道在施工及運營過程中會產(chǎn)生溫差荷載、列車制動荷載、列車活荷載等。這些荷載使得軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生位移變形,從而影響高速列車的行車安全。
由于橋上CRTSⅡ型板式無砟軌道底座板和橋面的分離設(shè)計,相當(dāng)于軌道系統(tǒng)“懸浮”于橋梁上能相對滑動,因此橋上設(shè)置錨固結(jié)構(gòu)來約束軌道板三維位移。CRTSⅡ型板式無砟軌道錨固結(jié)構(gòu)包括剪力齒槽、側(cè)向擋塊、臨時端刺、臺后常規(guī)端刺、摩擦板錨固結(jié)構(gòu)。
2.1.1 剪力齒槽后澆帶作用
剪力齒槽錨固結(jié)構(gòu)主要承受底座板內(nèi)的沿橋縱向水平力,對底座板豎向、橫向也有一定的約束作用。由于梁面和底座板間“兩布一膜”隔離層的設(shè)置,使得軌道結(jié)構(gòu)類似于梁面上的浮置體系,軌道與梁體間僅存在摩擦力。為使得橋上制動力均勻傳至橋墩,根據(jù)橋跨伸縮特征,在橋墩固定支座上方設(shè)置了剪力齒槽,作為橋梁上軌道結(jié)構(gòu)縱向限位措施,以解決橋梁上軌道結(jié)構(gòu)縱向限位問題。在梁端固定支座上方設(shè)置剪力齒槽錨固結(jié)構(gòu)作用,是將列車制動力和溫度應(yīng)力及時地向橋墩傳遞。由于軌道結(jié)構(gòu)在升溫工況下產(chǎn)生較大的壓力,橋墩固定支座上方梁面剪力齒槽能夠提供豎向約束,也能同時對底座板提供一定的橫向限制約束作用,解決橋上軌道結(jié)構(gòu)豎向、橫向限位問題,從而保證了軌道結(jié)構(gòu)的豎向屈曲穩(wěn)定性。
梁端剪力齒槽錨固結(jié)構(gòu)是在橋梁固定支座上方,箱梁和底座板之間設(shè)置剪力齒槽預(yù)埋件,梁端固定齒槽內(nèi)剪力筋分為梁內(nèi)和底座板內(nèi)兩部分。梁內(nèi)套筒在制梁時預(yù)埋在箱梁頂板的齒槽內(nèi),底座板以內(nèi)部分在施工時用套筒連接,伸入底座板鋼筋內(nèi)。見圖1、圖2。
圖1 底座板剪力齒槽錨固結(jié)構(gòu)平面設(shè)計圖
圖2 剪力齒槽立面設(shè)計圖
2.1.2 側(cè)向擋塊錨固結(jié)構(gòu)的作用[2]
側(cè)向擋塊橫斷面為倒“L”形扣壓式結(jié)構(gòu),位于底座板和軌道板兩側(cè),主要限制約束軌道板因為溫度變化底座板橫、豎向和翹曲位移。側(cè)向擋塊與底座板接觸的側(cè)面和頂面均預(yù)埋了彈性限位板,使底座板、軌道板與側(cè)向擋塊在縱向上相對滑動。錨固結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件預(yù)埋在梁上,在梁體施工時需要預(yù)留剪力齒槽和預(yù)埋鋼套筒,與后期施工的扣壓式側(cè)向擋塊錨固結(jié)構(gòu)進行固結(jié)。
梁面與軌道間設(shè)置“兩布一膜”滑動層,除固定支座上方剪力齒槽能夠限制軌道結(jié)構(gòu)的橫向位移外,其余部位處于相對自由狀態(tài),通過在軌道兩側(cè)設(shè)置側(cè)向擋塊,作為橋跨上軌道結(jié)構(gòu)橫向限位措施,解決橋梁上軌道結(jié)構(gòu)橫向限位問題。側(cè)向擋塊縱向長1.2 m,在平行于線路方向的兩端為圓弧形狀,其半徑均為400 mm,兩端平直面高度隨超高調(diào)整,擋塊扣壓部分(非圓弧部分)厚205 mm,整體高度(變量1)根據(jù)超高在相應(yīng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上減小15 mm,見圖3、圖4。
圖3 側(cè)向擋塊錨固結(jié)構(gòu)齒槽平面及側(cè)面設(shè)計圖
圖4 側(cè)向擋塊立面設(shè)計圖
2.1.3 臨時端刺的作用機理
臨時端刺是底座板的一部分,長度一般為800 m左右,它可以暫時起到橋臺后路基中常規(guī)端刺的作用。底座板的臨時端刺在完成混凝土澆注后,不立即與橋上剪力齒槽錨固結(jié)構(gòu)連接,也就是說,由于把剪力齒槽后澆帶(BL2)空出,抗剪連接還沒有激活,臨時端刺可隨溫度變化在橋梁上縱向滑動。臨時端刺的固定作用主要是通過其底座板和橋梁之間的由自重產(chǎn)生的摩擦力實現(xiàn)。這個摩擦力可以阻止常規(guī)區(qū)的板帶的變形,由于臨時端刺阻力的固定作用,常規(guī)區(qū)的溫度變形基本上被臨時端刺阻力抵消。臨時端刺像常規(guī)端刺一樣固定錨固已經(jīng)完工的底座板。臨時端刺在自身成為縱連底座板的一部分后,才與橋上剪力齒槽錨固結(jié)構(gòu)連接,也就是說,這時才激活剩余的剪力齒槽。
2.1.4 臨時端刺的作用[3-4]
橋梁底座板的縱向連接必須在兩個橋臺后路基中的常規(guī)端刺之間進行。長橋一般在幾公里、十多公里至二十公里以上,長橋底座板施工底座板連接有幾百上千個,若要在很短的時間內(nèi)一次完成所有的連接,將給施工帶來很大的困難。設(shè)置臨時端刺后,底座板澆筑后的連接就無須在兩個橋臺后路基中的常規(guī)端刺之間進行。兩臨時端刺或臨時端刺和常規(guī)端刺之間的底座板,就可以作為一個獨立的施工單元進行連接施工,這也意味著可以將整個長橋底座板分成若干獨立的施工單元(含臨時端刺),而且可多工作面平行施工,有利于加快工程進度、提高功效、縮短工期。軌道板鋪設(shè)可同時分多作業(yè)面進行,以縮短與下道工序的流水節(jié)拍,是縮短工期的變通方法,而無須等到全橋底座板施工完成后,再開始鋪設(shè)軌道板。
臨時端刺是與橋面臨時無剪切連接的底座板結(jié)構(gòu)單元,對稱分布于常規(guī)區(qū)兩側(cè)。長橋底座板多作業(yè)面施工不同步,設(shè)置臨時端刺以解決混凝土溫度應(yīng)力及變形應(yīng)力的放散,解決了全橋后澆帶同時鎖定的問題,見圖5。
圖5 京滬高鐵長橋底座板施工單元劃分臨時端刺平面圖
常規(guī)端刺與橋上連續(xù)底座板相連,為限制底座板升溫工況連續(xù)軌道結(jié)構(gòu)伸縮位移。連續(xù)底座板端部設(shè)置常規(guī)端刺,底座板溫度應(yīng)力、制動力消耗在端刺結(jié)構(gòu)部分,使橋梁上的縱向力不能傳遞到路基上,以避免破壞相鄰路基上的無砟軌道結(jié)構(gòu)。臺后錨固結(jié)構(gòu)是縱連板式無砟軌道最為重要的組成部分。常規(guī)端刺位于橋梁兩端橋臺后路基中的倒“T”字形的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。利用橋臺后填土結(jié)構(gòu),在橋梁兩端橋臺后設(shè)置縱向錨固結(jié)構(gòu)措施。常規(guī)端刺結(jié)構(gòu)厚度為1.0 m,底部長度為8.0 m,高度為2.80 m,由路基上設(shè)置摩擦板、過渡板和埋入路基內(nèi)的倒“T”端刺三大結(jié)構(gòu)組成。摩擦板采用C30 混凝土一次澆筑成型,長50~60 m、寬9 m、厚度400 mm,摩擦板下設(shè)數(shù)個齒形小端刺。摩擦板作用同端刺一樣,是將底座板的縱向力傳遞到路基。摩擦板可以實現(xiàn)橋上無砟軌道向路基上無砟軌道之間的剛度均勻過渡。通過在橋臺后路基一定距離范圍內(nèi)設(shè)計設(shè)置一定長度的摩擦板、過渡板結(jié)構(gòu),有利于橋上無砟軌道向路基上無砟軌道之間的剛度均勻過渡,見圖6。
圖6 CRTSⅡ型板式無砟軌道臺后常規(guī)端刺縱斷面結(jié)構(gòu)圖
軌道板的剪切連接位置為每孔箱梁的梁縫、路橋、路隧的過渡區(qū)域等,主要作用是將軌道板與底座板、支承層連接成為一個整體,以適應(yīng)端部結(jié)構(gòu)變形。剪力筋均采用直徑28 mm、長340 mm 的HRB500 級鋼筋,匹配鉆孔直徑35 mm、深390 mm 的孔,見圖7、圖8。
圖7 軌道板剪切連接錨固鉆孔位置平面圖/mm
圖8 軌道板剪切連接大樣A 構(gòu)造圖
梁縫處每線設(shè)置8 根剪力筋,每塊軌道板在梁縫兩端各設(shè)4 根剪力筋。鉆孔孔位間距以梁縫和軌道板中線為依據(jù),在軌道縱向上為650 mm,橫向上為410 mm。
2.3.1 路橋過渡處軌道板剪切連接
路橋過渡處是指端刺后過渡板及相鄰支承層上方植筋錨固,過渡板與路基支承層分界點兩側(cè)各一塊軌道板范圍內(nèi)的軌道板需要進行植筋錨固,每塊軌道板上設(shè)置4 排16 根。鉆孔孔位縱向間距以軌道板前端為界縱向上695 mm 為第一排孔,2505 mm 為第二排孔,3945 mm 為第三排孔,5755 mm 為第四排孔,橫向孔距距軌道板中心線上為205、315 mm。
2.3.2 路隧過渡處軌道板剪切連接
路隧過渡處軌道板剪切連接以路隧分界點為界向路基一側(cè)10 m,向隧道一側(cè)15 m 范圍的軌道板需要進行植筋錨固,每塊軌道板上設(shè)置4 排16 根。路隧過渡處軌道板剪切鉆孔孔位縱向間距、橫向孔距與路橋過渡處軌道板剪切連接相同。無砟軌道錨固結(jié)構(gòu)施工工藝圖見圖9。
圖9 無砟軌道錨固結(jié)構(gòu)施工工藝圖
3.1.1 剪力釘連接設(shè)計
梁端剪力齒槽寬度680 mm,梁內(nèi)預(yù)埋齒槽剪力釘鋼套筒分二排,每排有7 根剪力釘鋼套筒。底座板以內(nèi)部分在施工時與梁內(nèi)套筒連接,伸入底座板鋼筋內(nèi)。剪力釘材質(zhì)HRB335 直徑28 mm、剪力釘上部焊接120 mm×120 mm 鋼板,厚28 mm。側(cè)向擋塊剪力齒槽中預(yù)埋的10 個連接鋼套筒內(nèi)旋入的6根剪力釘直徑16 mm 和4 根剪力鋼筋直徑12 mm將側(cè)向擋塊與橋梁連接,側(cè)向擋塊結(jié)構(gòu)鋼筋均采用HRB335 鋼筋。
3.1.2 齒槽清理、剪力釘修整[6]
施工前應(yīng)對預(yù)埋套筒和剪力齒槽進行清理,對于不符合要求的套筒和齒槽必須進行相應(yīng)的整修處理。預(yù)留齒槽的深度不得小于30 mm,側(cè)向擋塊范圍內(nèi)的梁面(含齒槽內(nèi))應(yīng)進行鑿毛清理,鑿除槽內(nèi)廢渣、油漬及雜物,并鑿至梁面新鮮混凝土面不得少于底面面積的60%,將預(yù)埋套筒內(nèi)的砂粒、灰塵、封堵海綿等雜物清除、吹干并涂抹黃油,以保證螺栓孔內(nèi)干凈潤滑,剪力釘安裝之前將齒槽清理干凈并潤濕表面,做好新舊混凝土的結(jié)合。
在設(shè)計位置缺少預(yù)埋套筒或預(yù)埋套筒有偏差的時候,采用鉆孔植筋方式進行整修,直接將連接鋼筋植入到設(shè)計位置的梁體內(nèi),Φ12、Φ16 剪力鋼筋植筋深度為340 mm,Φ28 剪力釘植筋深度為400 mm,采用國內(nèi)質(zhì)量較好的植筋膠進行植筋。
3.1.3 錨固結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制
錨固結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制檢驗項目見表1。
表1 錨固結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制檢驗項目
3.1.4 彈性限位板安裝
側(cè)向擋塊彈性限位板安裝要求牢固可靠,底座板表面與泡沫板粘貼緊密不漏漿。確保橡膠彈性限位板能與底座板緊貼、平滑、精確定位,安裝前首先在軌道板側(cè)面與底座板上表面及側(cè)面鋪一層薄膜,薄膜上粘貼硬泡沫板,然后在預(yù)留孔位處安裝彈性限位板,隨后對接縫進行密封處理,主要是對硬泡沫板接縫及泡沫板與彈性限位板接縫,進行膠帶密封。避免在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生偏移、脫落,防止混凝土漿浸入,保證底座板與側(cè)向擋塊之間只通過橡膠限位板傳力。
(1)臨時端刺的構(gòu)造:臨時端刺區(qū)長度為800 m,其底座板與常規(guī)區(qū)底座板的施工工藝要求基本相同,主要區(qū)別在于平面及結(jié)構(gòu)布置上。
(2)有BL1 及BL2 兩種后澆帶設(shè)置,其中BL1后澆帶在常規(guī)區(qū)與臨時端刺區(qū)類同(設(shè)置位置及形式),BL2 后澆帶設(shè)于橋上固定連接處。
(3)底座板連接方式有所區(qū)別,常規(guī)區(qū)底座板一次性連接,臨時端刺區(qū)底座板分4 次連接(包括與橋梁的固定連接),且各次連接時間跨度較長。
(4)臨時端刺區(qū)底座板連接有嚴(yán)格的順序要求;底座板施工基本段長度有所區(qū)別,常規(guī)區(qū)底座板以1 孔簡支梁為一個基本段(設(shè)一個BL1 后澆帶),臨時端刺區(qū)分5 段,從靠近常規(guī)區(qū)一側(cè)起為:常規(guī)區(qū)~(LP1)220 m,(LP1)~(LP2)220 m,(LP2)~(LP3)100 m,(LP3)~(LP4)130 m,(LP4)~(LP5)130 m,各段之間逢跨中采用鋼板連接器連接,在臨時端刺中依次命名為:K0、J1、J2、J3、J4、K1。臨時端刺區(qū)剪力齒槽均預(yù)留后澆帶(BL2)。
(5)長橋底座板臨時端刺工藝復(fù)雜、工序繁瑣,工序之間有著嚴(yán)格的施工先后順序,而且臨時端刺的平面布置,各后澆帶的連接先后順序和質(zhì)量都涉及結(jié)構(gòu)安全,所以,如何控制好臨時端刺區(qū)底座板的施工質(zhì)量是長橋底座板施工中的重難點。
3.3.1 先填筑路基,路基反開挖端刺施工
京滬高鐵端刺施工采用先填筑路基后用挖掘機分層開挖端刺基坑,挖至設(shè)計基底標(biāo)高后,然后支立模板、綁扎鋼筋,依次進行端刺底板和端刺豎墻的混凝土澆筑施工;待端刺底板和豎墻混凝土達到設(shè)計強度并拆模后,進行A 區(qū)剩余級配碎石填筑。級配碎石填筑要按照配合比和壓實度分層壓實至設(shè)計要求的壓實度,邊角處可用小型振動夯進行壓實,填筑端刺兩側(cè)級配碎石時,必須對稱填筑,以保證端刺豎板穩(wěn)定、無損傷。
3.3.2 先施工端刺,后填筑路基
滬昆高鐵采取的是先施工端刺后填筑路基的施工方法。當(dāng)臺后路填筑至端刺設(shè)計基底標(biāo)高后,進行端刺底板支立模板、綁扎鋼筋,依次進行端刺底板和端刺豎墻的混凝土澆筑施工;待端刺底板和豎墻混凝土達到設(shè)計強度并拆模后,再進行A 區(qū)級配碎石填筑。端刺附近填筑路基的施工質(zhì)量直接影響到端刺錨固結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。
3.3.3 摩擦板施工
3.3.3.1 摩擦板齒部橫梁開挖
摩擦板施工的質(zhì)量控制要點是:摩擦板齒部橫梁基槽開挖絕不能破壞和擾動開挖輪廓線以外填筑終凝的水泥級配碎石基層,否則會影響到摩擦板的結(jié)構(gòu)受力。
(1)摩擦板齒部橫梁進行定位放線,然后用墨斗彈出摩擦板橫梁邊線。摩擦板齒部凹槽二次開挖在填筑的水泥級配碎石還沒有完全硬化時進行最佳,如果在填筑的水泥級配碎石完全硬化后開挖,不能使用普通的機械。摩擦板齒部開挖時由于水泥級配碎石已具有較高強度,開挖過程中要確保齒部輪廓線以外水泥級配碎石不被機械破壞和擾動,開挖開口線控制在線以內(nèi),剩余部分采用人工修整。用風(fēng)鎬沿摩擦板橫梁邊線鑿除摩擦板橫梁區(qū)級配碎石,鑿除直至摩擦板橫梁底設(shè)計標(biāo)高。根據(jù)摩擦板橫梁基槽鑿除欠挖情況,用手提式切割機或其他小型工具進行整修。
(2)摩擦板齒部橫梁基槽開挖時由于水泥級配碎石已有較高強度,直接采用液壓破碎錘配合液壓反鏟開挖,可能會對齒部輪廓線以外水泥級配碎石破壞和擾動。采取用大直徑(Φ1.50 m)的金剛石圓盤鋸沿墨斗彈出橫梁邊線進行切割,將開挖輪廓線以外的水泥級配碎石進行切割分離。采用液壓破碎錘配合液壓反鏟開挖橫梁基坑,確保齒部輪廓線以外水泥級配碎石不被機械破壞和擾動。也可以用銑削機按照施工圖銑削出齒部凹槽外部幾何尺寸。
3.3.3.2 摩擦板齒部橫梁鋼筋綁扎及混凝土澆筑
鋼筋在鋼筋加工場根據(jù)設(shè)計圖紙要求進行下料、加工,并綁扎成鋼筋籠運至現(xiàn)場,將鋼筋籠吊裝入模槽中,鋼筋下墊保護層墊塊。摩擦板鋼筋與橫梁鋼筋綁扎要牢固,鋼筋綁扎好后,摩擦板混凝土和橫梁混凝土整體澆筑。摩擦板頂面進行拉毛,直到露出摩擦板骨料。
3.3.4 過渡板施工
過渡板厚300 mm,一端與端刺和底座板連接,另一端與路基支承層相連。路基級配碎石填筑至過渡板底標(biāo)高后,鋪設(shè)硬泡沫塑料板,由外向內(nèi)鋪設(shè)三種規(guī)格的硬泡沫塑料板。為保證過渡板底部平齊,在級配碎石層上分別做出三步臺階,并用水泥砂漿抹平。水泥砂漿凝固后,再分別鋪設(shè)不同厚度的硬泡沫塑料板,并覆蓋塑料膜壓牢。過渡板的鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護同橋梁底座板混凝土施工。
軌道板剪切連接錨固鉆孔前,應(yīng)在設(shè)計植筋位置使用鋼筋探測雷達探明軌道板及底座板內(nèi)的鋼筋布置情況,以此微調(diào)并確定鉆孔位置,避免打斷結(jié)構(gòu)鋼筋。鉆孔使用植筋專用鉆孔機,鉆孔完成后,使用高壓風(fēng)管(槍)吹除孔內(nèi)粉末、灰塵,植筋施工應(yīng)隨即進行,否則應(yīng)用軟布團封堵孔口。
剪切連接筋的絕緣處理,為確保剪切筋與軌道板及底座板內(nèi)鋼筋處于絕緣狀態(tài),剪切筋表面應(yīng)事先均勻涂抹一層植筋膠,并確保表面無遺漏之處。面膠凝固后再進行植入施工。在已鉆好的孔內(nèi)注入適量的植筋膠,將剪力筋輕輕放入,使鋼筋位于孔的中部,與軌道板、底座結(jié)構(gòu)鋼筋無接觸。鋼筋頂部的孔用植筋膠密封,植筋膠頂面不低于軌道板頂面,也不得溢出污染軌道板。
CRTSⅡ型板式無砟軌道錨固結(jié)構(gòu)體系施工,其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系著高速列車運行的安全,也關(guān)系著客專、高鐵運營的穩(wěn)定性耐久性。要熟知每一種錨固結(jié)構(gòu)的設(shè)計作用機理,在施工中進行相關(guān)的關(guān)鍵工藝質(zhì)量控制。在CRTSⅡ型板式無砟軌道施工中,從一般工序到關(guān)鍵特殊工序,從常規(guī)技術(shù)到核心關(guān)鍵技術(shù),在施工過程中一定要全面嚴(yán)格控制工藝質(zhì)量和工序質(zhì)量。施工過程中只有嚴(yán)格按工藝施工,每一道工序、順序都嚴(yán)格控制,才能確保CRTSⅡ型板式無砟軌道的整體施工質(zhì)量。
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