鄭徐客運(yùn)專線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工工藝探討

王顯進(jìn)

(中國(guó)鐵路總公司 工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，北京 100844)

鄭徐客運(yùn)專線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工工藝探討

王顯進(jìn)

(中國(guó)鐵路總公司 工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，北京 100844)

針對(duì)高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道調(diào)整層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在大量灌板試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了自密實(shí)混凝土性能控制指標(biāo)、灌注方式、軌道板壓緊工藝參數(shù)、防溢管高度及自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)方式。結(jié)果表明:自密實(shí)混凝土塌落擴(kuò)展度650 mm，中間孔灌注效果最優(yōu);每塊軌道板壓緊裝置設(shè)置數(shù)量直線段為4道、曲線段為5道，每個(gè)螺母通過(guò)扭矩扳手施加80 N·m的力矩比較合理;防溢管高度宜設(shè)置為50 cm;自密實(shí)混凝土采用養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)較好。

高速鐵路 CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道 自密實(shí)混凝土 施工工藝

板式無(wú)砟軌道是高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的一種形式，其具有平順性好和維修少的特點(diǎn)，是我國(guó)高速鐵路的主要結(jié)構(gòu)形式之一。目前，我國(guó)板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)分為CRTSⅠ型、CRTSⅡ型和CRTSⅢ型三種［1］，前兩者為國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，后者為我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型軌道結(jié)構(gòu)，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料組成上都與前兩者不同。其中，在材料組成上的最大區(qū)別就是CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)調(diào)整層材料為自密實(shí)混凝土，而非前兩者的水泥乳化瀝青砂漿。自密實(shí)混凝土關(guān)鍵特點(diǎn)就是具有良好的工作性(高的流動(dòng)性、間隙通過(guò)性、抗離析性和填充性)［2-4］;同時(shí)，與水泥乳化瀝青砂漿相比，其具有更好的耐久性能。自密實(shí)混凝土自問(wèn)世以來(lái)，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于高層或超高層建筑、水工大壩、預(yù)制構(gòu)件等［5-9］，但沒(méi)有在高速鐵路板式無(wú)砟軌道調(diào)整層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的先例，國(guó)內(nèi)也是剛開始在盤營(yíng)客運(yùn)專線、成綿樂(lè)客專眉樂(lè)段、武漢城市圈武漢至咸寧鐵路等幾條線路進(jìn)行了小規(guī)模應(yīng)用，其施工工藝和相關(guān)質(zhì)量控制參數(shù)都還未成熟，有待進(jìn)一步深化研究。2014年1月，中國(guó)鐵路總公司批復(fù)鄭徐客運(yùn)專線全線采用CRTSⅢ型先張板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，并先后設(shè)立了2個(gè)科研課題對(duì)鄭徐客專無(wú)砟軌道施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深化研究。鄭徐客運(yùn)專線是我國(guó)首次大規(guī)模應(yīng)用CRTSⅢ型先張板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的線路，其采用的CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道成套施工技術(shù)需要探討、優(yōu)化、固定，自密實(shí)混凝土施工技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一?；诖?，科研課題組對(duì)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工工藝及其參數(shù)進(jìn)行研究，以期為其大規(guī)模應(yīng)用提供參考。

1 CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)由上向下分別由鋼軌、墊板與扣件、軌道板、自密實(shí)混凝土調(diào)整層、中間隔離層、鋼筋混凝土底座組成，見圖1。自密實(shí)混凝土調(diào)整層在設(shè)計(jì)上與軌道板共同承受列車動(dòng)荷載，這要求自密實(shí)混凝土與軌道板要緊密粘結(jié)在一起，形成復(fù)合整體結(jié)構(gòu)。自密實(shí)混凝土調(diào)整層與軌道板長(zhǎng)寬相同，因而在施工自密實(shí)混凝土?xí)r，當(dāng)緊貼軌道板側(cè)面的模板關(guān)閉以后，調(diào)整層處于軌道板和鋼筋混凝土底座之間，幾乎是一個(gè)全封閉空間結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)上供自密實(shí)混凝土進(jìn)入調(diào)整層空間的通道僅是軌道板中心線上三個(gè)制造時(shí)預(yù)留的孔道，即中間的一個(gè)灌注孔和兩側(cè)各一個(gè)觀察孔。

圖1 CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)示意

2 CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工工藝探討

在中國(guó)高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)中自密實(shí)混凝土最初用在道岔區(qū)道岔板充填層中，但由于道岔區(qū)在整個(gè)線路中占比很少，且道岔區(qū)充填層設(shè)計(jì)上沿線路橫向兩側(cè)寬出道岔板20 cm，即自密實(shí)混凝土的灌注端和出料端均為開放式的，施工難度較?。?］。鄭徐客專CRTSⅢ型板式鄭徐客專無(wú)砟軌道充填層則是全線采用自密實(shí)混凝土，自密實(shí)混凝土調(diào)整層厚度僅9 cm，長(zhǎng)寬則分別達(dá)到5.6 m和2.5 m，是一種典型的狹長(zhǎng)薄板狀結(jié)構(gòu)。自密實(shí)混凝土調(diào)整層頂面為軌道板所覆蓋，四周為模板所封閉，灌注通道只有軌道板上3個(gè)直徑不足180 mm的小孔，其施工工藝與傳統(tǒng)道岔區(qū)自密實(shí)混凝土施工完全不同。

根據(jù)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道調(diào)整層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和已有施工經(jīng)驗(yàn)，科研課題組結(jié)合鄭徐客運(yùn)專線工程實(shí)際，對(duì)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。自密實(shí)混凝土施工工藝流程見圖2。其中，自密實(shí)混凝土生產(chǎn)、壓緊工藝、防溢管設(shè)置、灌注施工、養(yǎng)護(hù)是影響自密實(shí)混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，科研課題組對(duì)這些關(guān)鍵工序中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

圖2 CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工工藝流程

2.1 自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)

自密實(shí)混凝土性能決定著自密實(shí)混凝土能否有效充滿調(diào)整層結(jié)構(gòu)，以及自密實(shí)混凝土與軌道板混凝土能否良好粘結(jié)。鐵路標(biāo)準(zhǔn)［10］對(duì)板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)用自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定(見表1)。其中，坍落擴(kuò)展度和擴(kuò)展時(shí)間是表征自密實(shí)混凝土性能的主要指標(biāo)。鐵路標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定是一種通用性的要求，也是對(duì)自密實(shí)混凝土性能的最低要求，其無(wú)法考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況的每一方面。因而，需針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原材料、施工環(huán)境溫度、運(yùn)輸距離等實(shí)際情況，確定最佳參數(shù)。

表1 自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)

考慮到在實(shí)際施工中，操作人員對(duì)自密實(shí)混凝土的調(diào)控能力，自密實(shí)混凝土的入模流動(dòng)性必須控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)，其流動(dòng)性過(guò)大和過(guò)小都不利于實(shí)際施工操作。自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)通過(guò)調(diào)整減水劑用量，制備出5種不同擴(kuò)展度大小的自密實(shí)混凝土，并進(jìn)行了線外軌道板灌注試驗(yàn)，其拌合物性能見表2。

表2 自密實(shí)混凝土拌合物性能

由表2可見，自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度在610～760 mm均能很好灌滿整個(gè)調(diào)整層;但隨著自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度的增大，拌合物離析傾向也越來(lái)越大，實(shí)體結(jié)構(gòu)揭板質(zhì)量也呈變差趨勢(shì);隨著自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度的降低，在滿足可施工性前提下，混凝土拌合物穩(wěn)定性呈改善趨勢(shì)，但灌注時(shí)間增加;當(dāng)自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度為550 mm時(shí)，自密實(shí)混凝土已不具有足夠的自密實(shí)能力。結(jié)合工程實(shí)際施工進(jìn)度安排和現(xiàn)場(chǎng)管理水平，確定自密實(shí)混凝土性能合理控制指標(biāo):坍落擴(kuò)展度620～680 mm，擴(kuò)展時(shí)間 T500為3～6 s。同時(shí)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距，其性能應(yīng)滿足保持2 h合格的鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 自密實(shí)混凝土灌注方式

目前，板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)自密實(shí)混凝土灌注方式為軌道板中間孔單點(diǎn)灌注，見圖3(a)。該方式受限于軌道板預(yù)留灌注孔尺寸的固定不變，自密實(shí)混凝土灌注速度也基本不可調(diào)整。為縮短灌注時(shí)間，提高工效，科研課題組設(shè)計(jì)了在側(cè)向模板上開灌注口，見圖3(b)。該灌注口進(jìn)料面積比中間孔增大50%，并且可通過(guò)灌注口閥門調(diào)整進(jìn)料口面積。

線外軌道板灌注試驗(yàn)揭板結(jié)果表明:當(dāng)自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度在560～600 mm時(shí)，采用側(cè)向灌注，自密實(shí)混凝土能夠灌滿調(diào)整層，不會(huì)有空洞但時(shí)間會(huì)偏長(zhǎng)，灌注時(shí)間可達(dá)20 min甚至更長(zhǎng)，而采用中間孔灌注則無(wú)法灌滿調(diào)整層;當(dāng)自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度在600～650 mm時(shí)，側(cè)向灌注的時(shí)間與中間孔灌注相當(dāng)，一般在10～20 min，側(cè)向灌注無(wú)明顯優(yōu)勢(shì);當(dāng)自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度在650～700 mm時(shí)，側(cè)向灌注的時(shí)間明顯比中間孔灌注縮短一半，一般為3～6 min，灌板后自密實(shí)混凝土成品質(zhì)量略差于中間孔灌注，但也滿足鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求。兩種灌注工藝均能滿足自密實(shí)混凝土施工要求，且側(cè)向灌注工藝的適用性更好，但其需對(duì)模板進(jìn)行改造，增加施工工作量。因而，在實(shí)際施工時(shí)，可由施工單位根據(jù)自身施工進(jìn)度要求選擇合適的灌注工藝。

圖3 不同灌注工藝

2.3 軌道板壓緊工藝參數(shù)

軌道板壓緊工藝是控制板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)水平、方向的關(guān)鍵，決定著后期鋪軌精調(diào)工作量的大小和工程造價(jià)。軌道板壓緊工藝有兩個(gè)要求:①壓緊裝置必須有效，保證在自密實(shí)混凝土灌注過(guò)程中軌道板不發(fā)生超出設(shè)計(jì)的上浮或側(cè)移;②壓緊裝置數(shù)量應(yīng)盡可能少，減少施工設(shè)備，提高施工效率。結(jié)合工程實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和驗(yàn)收要求，軌道板壓緊裝置采用如圖4所示的扁擔(dān)橫梁式壓緊裝置，橫梁兩端通過(guò)精軋螺紋螺栓固定于鋼筋混凝土底座，螺栓與鋼筋混凝土底座的連接是通過(guò)預(yù)埋入鋼筋混凝土底座里面的T形光圓鋼筋相連。對(duì)于曲線段軌道板，則同時(shí)在曲線內(nèi)側(cè)設(shè)置側(cè)向位移限位擋塊，限位擋塊固定在鋼筋混凝土底座水平面上。

圖4 軌道板壓緊裝置

通過(guò)對(duì)灌板過(guò)程中軌道板上浮情況的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，壓緊裝置設(shè)置為3道時(shí)，自密實(shí)混凝土灌注后軌道板上浮量最大可達(dá)3～4 mm;壓緊裝置設(shè)置為4道時(shí)，軌道板上浮量一般在1～3 mm;當(dāng)軌道板壓緊裝置設(shè)置為5道時(shí)，則軌道板上浮量一般在1.5 mm以內(nèi)，完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定;當(dāng)壓緊裝置設(shè)置為6道時(shí)，其壓緊效果與5道基本相當(dāng)。對(duì)于曲線段軌道板側(cè)向位移限位擋塊，則設(shè)置3道即能起到預(yù)期的限位作用。從線外軌道板灌注試驗(yàn)效果及受力分析看，壓緊裝置以中間灌注孔對(duì)稱布置效果最優(yōu)。直線段軌道板扣壓橫梁設(shè)置4道、每個(gè)精軋螺紋鋼筋螺母施加80 N·m的力矩，軌道板上浮量也能控制在1.5 mm以內(nèi);曲線段軌道板壓緊裝置的設(shè)置若采用4道扣壓橫梁，上浮量達(dá)到2 mm以上，設(shè)置5道扣壓橫梁、每個(gè)精軋螺紋鋼筋螺母施加75 N·m的力矩，軌道板上浮量能控制在1.5 mm以內(nèi)，雖然設(shè)5道壓緊裝置在布設(shè)上不對(duì)稱，但設(shè)6道壓緊裝置不但會(huì)引起工裝設(shè)備的增加，而且增加了施工環(huán)節(jié)，過(guò)度富余的壓緊力在扣壓橫梁拆卸后反而引起軌道板反彈，易形成離縫。因此，從壓緊效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮，確定每塊軌道板壓緊裝置設(shè)置數(shù)量直線段為4道、曲線段為5道，通過(guò)扭矩扳手每個(gè)螺母施加80 N·m的力矩比較合理，曲線段軌道板側(cè)向位移限位擋塊設(shè)置為3道。

2.4 防溢管參數(shù)

在自密實(shí)混凝土灌注過(guò)程中，一部分自密實(shí)混凝土在灌注壓力作用下，會(huì)從軌道板頂面3個(gè)制造觀察孔溢出，特別是在曲線段，由于軌道板超高層調(diào)整層高度高于軌道板中間灌注口高度，因而若不設(shè)防溢管，自密實(shí)混凝土在灌注壓力下會(huì)從與灌注口同水平高度的另兩個(gè)觀察孔溢出，不但污染軌道板表面，而且影響調(diào)整層自密實(shí)混凝土灌注飽滿度，因而需在軌道板觀察孔處設(shè)置防溢管。防溢管采用PVC管材質(zhì)，防溢管外徑應(yīng)小于軌道板觀察孔直徑1 mm。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量灌板試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度在620～680 mm，調(diào)整層灌注飽滿后，直線段軌道板防溢管中自密實(shí)混凝土上升高度一般在10～30 cm，曲線段防溢管中自密實(shí)混凝土上升高度一般在20～40 cm。因此，防溢管高度設(shè)置為50 cm可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

2.5 養(yǎng)護(hù)

由于自密實(shí)混凝土調(diào)整層與軌道板尺寸相同，自密實(shí)混凝土灌注結(jié)束后只有沿軌道板四周的4個(gè)側(cè)面暴露于空氣中。對(duì)于自密實(shí)混凝土立面的養(yǎng)護(hù)，科研課題組考察了已建線路類似結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)方式后發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)包裹和灑水養(yǎng)護(hù)的方式對(duì)于自密實(shí)混凝土調(diào)整層這樣一種立面結(jié)構(gòu)很難起到有效保濕養(yǎng)護(hù)效果，既浪費(fèi)水，效率也低，特別是在大面積施工時(shí)，鐵路線路這種長(zhǎng)條形線路很難做到定時(shí)補(bǔ)水。因此，建議采用養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)的方式。養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)只需在自密實(shí)混凝土調(diào)整層拆模時(shí)涂刷一次即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效保濕，操作方便，保濕效果明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鄭徐客運(yùn)專線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土線外灌注試驗(yàn)予以總結(jié)分析，得出以下結(jié)論:

1)自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度控制在 650 mm (±30 mm)灌注效果最好，優(yōu)先采用中間灌注孔灌注工藝。

2)軌道板壓緊裝置直線段宜選擇4道、曲線段宜選擇5道扣壓橫梁，操作工人在施加壓力時(shí)應(yīng)選擇扭矩扳手，力矩宜控制在80 N·m左右，切忌由工人通過(guò)普通扳手隨意擰緊。

3)防溢管高度宜為50 cm。

4)對(duì)自密實(shí)混凝土優(yōu)先采用氧護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。

［1］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院．岔區(qū)板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土材料試驗(yàn)研究［R］．北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2011．

［2］李化建，譚鹽賓，謝永江，等．自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)及其在高速鐵路中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2012(8):143-145．

［3］劉運(yùn)華，謝友均，龍廣成．自密實(shí)混凝土研究進(jìn)展［J］．硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007，35(5):671-678

［4］陳緒坤，尹明，陶津．自密實(shí)混凝土配合比優(yōu)化研究［J］．山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，21(5):410-414．

［5］DOMONE P L．Self-compacting Concrete:An Analysis of 11 Years of Case Studies［J］．Cement＆Concrete Composites，2006(28):197-208．

［6］American Concrete Institute．Self-consolidating Concrete［R］．Farmington Hills:American Concrete Institute，2007．

［7］劉小潔，余志武．自密實(shí)混凝土的研究與應(yīng)用綜述［J］．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，3(2):6-9．

［8］羅素蓉，鄭建嵐．自密實(shí)混凝土在加固工程中的應(yīng)用研究［J］．建筑材料學(xué)報(bào)，2006，9(3):330-335．

［9］齊永順，楊玉紅，尹兵．應(yīng)用自密實(shí)高性能混凝土的經(jīng)濟(jì)性分析［J］．鐵道建筑，2007(3):100-101．

［10］中國(guó)鐵路總公司．高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2013．

Discussion on construction technology of self-compaction concrete for CRTSⅢ slab-type ballastless track on Zhengzhou-Xuzhou passenger-dedicated railway

WANG Xianjin
(China railway corporation quality safety supervision station，Beijing 100844，China)

According to the adjustment layer structure characteristic of CRT SⅢ slab-type ballastless track in highspeed railway，the performance control index，perfusion pattern，track slab compress process parameters，the overflow-control pipe height and curing ways of self-compaction concrete(SCC)were studied based on a large number of perfusion tests．T he results showed that collapse spread of SCC is 650 mm and the perfusion effect of middle hole is the best，the number of compress device straight line section is 4 and the number of curve section is 5 for each track slab，the suitable moment value of each nut is 80 N·m，which is exerted by torque wrench，the height of overflow-control pipe should be 50 cm，and the appropriate curing way for SCC is curing agent．

High-speed railway;CRTSⅢslab-type ballastless track;Self-compaction concrete;Construction technology

U213.2+44

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．30

(責(zé)任審編 葛全紅)

2015-02-10;

:2015-06-18

中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2013G003-B，2014G001-B)

王顯進(jìn)(1963— )，男，山東龍口人，高級(jí)工程師。

1003-1995(2015)08-0105-04