CRTSⅠ型板式無砟軌道先導(dǎo)段施工控制要點分析

王 濤,劉 鑫,李洪剛,李海燕,邵丕彥

(中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所,北京 100081)

1 概述

中國鐵路軌道系統(tǒng)CRTSⅠ型板式無砟軌道是我國高速鐵路的主型軌道結(jié)構(gòu)之一[1-3]，也是國際上的重要軌道結(jié)構(gòu)形式[4-7]，由混凝土底座、水泥乳化瀝青(Cement asphalt emulsified，CA)砂漿層和軌道板等主要結(jié)構(gòu)組成，具有施工快捷、維修方便等特點[7-9]，在我國哈大、哈齊、海南沿海、滬寧、寧安等高鐵線路建設(shè)中廣泛應(yīng)用[10-12]。

軌下基礎(chǔ)施工質(zhì)量是保證高鐵平穩(wěn)安全運行的關(guān)鍵之一，CRTSⅠ型板式無砟軌道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、施工質(zhì)量要求嚴(yán)，但早期施工建設(shè)時，由于經(jīng)驗不足出現(xiàn)一些問題[13-15]。經(jīng)國內(nèi)武廣試驗段、成高子試驗段等工程的施工總結(jié)，相比早期工程施工，增加了施工隊伍專業(yè)化、上道施工前進(jìn)行灌注揭板檢查、大規(guī)模施工前進(jìn)行先導(dǎo)段評估等要求，特別是無砟軌道先導(dǎo)段施工及其評估環(huán)節(jié)，目的在于發(fā)現(xiàn)問題、分析原因并采取有效措施進(jìn)行預(yù)防，從而優(yōu)化施工組織和管理模式，再大面積推廣實現(xiàn)“樣板引路、確保質(zhì)量”的目標(biāo)[16-18]。

根據(jù)前期我國CRTSⅠ型板式無砟軌道先導(dǎo)段施工與評估實踐[10-12]，系統(tǒng)總結(jié)了施工初期在底座與凸臺施工、軌道板鋪設(shè)、砂漿灌注和凸臺樹脂施工4個方面易出現(xiàn)的問題，病害分類見圖1，同時分析了其原因，提出了控制措施，可為我國CRTSⅠ型和其他板式無砟軌道施工提供借鑒。

圖1 施工控制要點分類

2 底座板、凸臺施工

底座板、凸臺施工控制重點是施工精度與外觀質(zhì)量，其常見問題有：(1)底座板連接筋擰入深度不足；(2)鋼筋網(wǎng)片不平順、保護(hù)層偏大或偏?。?3)伸縮縫不順直、位置偏差超標(biāo)；(4)凸臺豎向鋼筋偏位超標(biāo)；(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸縮縫兩側(cè)存在錯臺；(6)混凝土有“亂根”、缺棱掉角；(7)凸臺中心偏位超標(biāo)。

原因分析與控制措施如下。

(1)連接筋擰入深度不足，主要有3種原因：一是套筒內(nèi)有水泥漿、碎屑等雜物；二是預(yù)制箱梁時套筒下部絲頭擰入過多導(dǎo)致可擰入深度不足；三是套筒螺紋牙型損壞導(dǎo)致無法擰入。對此，擰入前先將套筒內(nèi)雜物清理干凈，再對可擰入深度不足或套筒螺紋牙型變形的采取鉆孔植筋進(jìn)行補救，同時梁場要加強套筒預(yù)埋質(zhì)量控制，從源頭控制好。

(2)鋼筋網(wǎng)片不平順、保護(hù)層偏大或偏小，主要有2種原因：一是梁面高程偏低；二是支撐上下層鋼筋網(wǎng)片的U形筋尺寸不對(這在曲線段超高量漸變的情況下較明顯)。對此，鋪網(wǎng)片前測量梁面高程、推算U形筋尺寸，避免鋼筋網(wǎng)片出現(xiàn)波浪形和保護(hù)層偏大、偏小現(xiàn)象。

(3)伸縮縫不順直、位置偏差超標(biāo)。主要有4種原因：一是測量放線不精準(zhǔn)；二是未嚴(yán)格按測量放線安裝；三是安裝后定位不牢澆筑混凝土?xí)r變形、偏位；四是繞過凸臺處的橡膠泡沫板半徑偏小。對此問題，換手測量復(fù)核放線結(jié)果，嚴(yán)格按測量放線位置布設(shè)伸縮縫，對伸縮縫泡沫板上部采用定位卡下部設(shè)輔助定位筋進(jìn)行定位，繞過凸臺處的橡膠泡沫板半徑適當(dāng)加大，混凝土兩側(cè)同步澆筑，防止伸縮縫出現(xiàn)變形和偏位。

(4)凸臺豎向鋼筋偏位超標(biāo)，會影響鋼筋保護(hù)層厚度，甚至導(dǎo)致模板無法安裝在設(shè)計位置，凸臺中心十字線放樣無誤的情況下，宜制作定位卡具，以確保凸臺豎向鋼筋預(yù)埋位置準(zhǔn)確。凸臺放樣與定位見圖2。

圖2 凸臺放樣與定位

(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸縮縫兩側(cè)存在錯臺。主要有4種原因：一是測量精度不足；二是控制頂面高程的角鋼變形；三是刮面次數(shù)不夠；四是伸縮縫兩側(cè)受凸臺豎向鋼筋影響存在刮尺無法刮到的盲區(qū)。對此問題，一是將原4名測量人員增至13人，并嚴(yán)格執(zhí)行換手復(fù)測制度；二是模板上固定角鋼形式由點焊改成可調(diào)節(jié)螺栓，避免點焊拆除時敲打致角鋼變形，發(fā)現(xiàn)角鋼變形及時更換；三是刮面次數(shù)不得少于4次；四是在靠近凸臺處斜交叉刮面，盡量縮小盲區(qū)面積，并在收面時將高出泡沫板齊混凝土面割除，避免因泡沫板隔擋出現(xiàn)高差。

(6)混凝土“亂根”、缺棱掉角主要是由于模板底部密封不嚴(yán)存在漏漿、振搗不到位、拆模過早且成品保護(hù)不當(dāng)造成。為保證混凝土內(nèi)實外光，現(xiàn)場宜用泡沫密封膠對模板底部進(jìn)行封閉防止漏漿，澆筑時加強振搗避免漏振，合理延遲拆模時間并加強成品保護(hù)。

(7)凸臺中心偏位超標(biāo)直接影響凸臺樹脂灌注厚度，宜嚴(yán)格控制測量放樣精準(zhǔn)度，制作凸臺模板定位三腳架并用吊錘檢查模板中心與放樣中心是否重合，模板準(zhǔn)確定位后用保護(hù)層墊塊將模板與鋼筋頂緊，并在模板外側(cè)劃線監(jiān)控澆筑時模板是否偏移并及時調(diào)整、禁止振搗棒等碰撞模板。

3 軌道板鋪設(shè)

軌道板鋪設(shè)質(zhì)量控制重點是鋪設(shè)精度和成品保護(hù)，其常見問題有：(1)軌道板與凸臺間隙小于30 mm，與兩端凸臺間隙之差大于5 mm；(2)軌道板與底座板間的板腔厚度(CA砂漿厚度)小于40 mm；(3)軌道板與凸臺破損、開裂；(4)軌道板鋪設(shè)位置偏差超標(biāo)。

與上述問題相對應(yīng)的原因分析與控制措施如下。

(1)軌道板與凸臺間隙小于30 mm這個問題絕大多數(shù)是由于凸臺偏位所致，只能鑿除凸臺重做。另一方面，為了控制軌道板兩端與凸臺間隙之差在5 mm內(nèi)，軌道板粗鋪時，在兩側(cè)凸臺放置寬30 mm的方木條引導(dǎo)軌道板落下就位，其不僅能夠控制兩端與凸臺間隙大致相同，還能節(jié)省精調(diào)時間、防止軌道板擺動撞擊凸臺。

(2)軌道板鋪設(shè)后板腔厚度小于40 mm，原因在于底座板施工精度和高程控制不嚴(yán)格。另外，也有施工單位為了節(jié)省CA砂漿，刻意將底座板高程抬高5～8 mm，這不僅違反現(xiàn)行施工規(guī)范，而且當(dāng)前實際施工水平達(dá)不到此精度，因此鋪板前應(yīng)復(fù)測底座板高程、平整度等，無誤后交接給鋪板班組，但不管是測量放樣還是復(fù)測，均是以點帶面，平整度允許偏差也是10 mm/3 m，當(dāng)測量偏差、施工偏差、軌道板厚度偏差等累加后易導(dǎo)致板腔厚度不足40 mm。

(3)軌道板與凸臺破損、開裂，主要有3種原因：一是吊板時沒有在起吊套管處加橡膠墊片，起吊環(huán)與軌道板摩擦、擠壓致使軌道板起吊套管處破損；二是落板時未對凸臺加橡膠圈保護(hù)和用方木條引導(dǎo)，軌道板擺動與凸臺碰撞出現(xiàn)破損；三是粗調(diào)和精調(diào)時，4個精調(diào)爪調(diào)整不同步而受力不勻，致使起吊套管處裂損。因而，作業(yè)人員應(yīng)加強成品保護(hù)意識，嚴(yán)格落實成品保護(hù)措施，避免野蠻操作。

(4)軌道板鋪設(shè)位置偏差超標(biāo)主要有5種原因：一是測量偏差引起，主要是設(shè)站存在偏差、惡劣氣候(高溫、大風(fēng)等)導(dǎo)致測量儀器出現(xiàn)偏差、棱鏡放置不當(dāng)出現(xiàn)偏差，這需合理選擇作業(yè)時間，嚴(yán)格按測量規(guī)程操作和執(zhí)行換手復(fù)測制度來防范；二是精調(diào)后保護(hù)不當(dāng)，人員踩踏、機具碰撞引起偏差超標(biāo)，完全屬于人為因素，可分區(qū)設(shè)警示牌、精調(diào)完畢區(qū)域拉警示繩圍擋提醒注意保護(hù)，若出現(xiàn)人員踩踏和機具碰撞后必須復(fù)測；三是精調(diào)方法不合理，主要是精調(diào)測量未考慮灌注CA砂漿時軌道板的上浮量(常用“7”字形壓板裝置不能完全壓住軌道板)、曲線段軌道板側(cè)向位移、累加偏差等實際因素，根據(jù)軌道板四角設(shè)置百分表監(jiān)控灌注CA砂漿時的上浮量和灌注后復(fù)測結(jié)果綜合分析，精調(diào)時將軌道板高程在設(shè)計值基礎(chǔ)上調(diào)低約2 mm，可抵消軌道板上浮量，為防止曲線段軌道板側(cè)向位移，精調(diào)時曲線段外側(cè)只允許正誤差；相鄰軌道板承軌面相對橫向誤差和高差，精調(diào)允許偏差宜控制在0.3 mm內(nèi)，避免出現(xiàn)一個左側(cè)偏移一個右側(cè)偏移；四是壓緊裝置設(shè)置不當(dāng)，未扣緊，主要是壓緊安裝位置差別大，宜統(tǒng)一與底座板邊平齊，避免扣壓力不均勻，導(dǎo)致局部上浮量偏大；同時不同人擰緊壓緊裝置所施加的力不同，宜采用力矩扳手控制各壓緊裝置的扣壓力，使其保持一致；五是精調(diào)后長時間未灌注CA砂漿，容易引起軌道板位置偏差，精調(diào)完成后12 h內(nèi)灌注效果最佳。

4 CA砂漿灌注

CA砂漿施工是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其質(zhì)量受原材料、機械設(shè)備、拌制工藝、氣候、灌注工藝等多種因素影響，極其敏感。其常見問題有：(1)原材料質(zhì)量不合格導(dǎo)致砂漿異常；(2)砂漿車計量不精準(zhǔn)導(dǎo)致砂漿異常；(3)拌制時攪拌速率、時間選擇不當(dāng)導(dǎo)致砂漿出現(xiàn)顆粒、結(jié)塊等；(4)灌注袋鋪設(shè)不平展有褶皺、灌注袋回縮導(dǎo)致軌道板懸空、軌道板兩側(cè)砂漿外露量差別大等；(5)灌注不飽滿，與軌道板有離縫；(6)灌注后軌道板上浮量不均勻；(7)曲線段軌道板灌注后側(cè)向位移超標(biāo)；(8)袋口砂漿未與灌注袋邊扎線平齊，存在鼓包、侵入等外觀缺陷。

與上述問題相對應(yīng)的原因分析與控制措施如下。

(1)控制進(jìn)場原材料質(zhì)量，不合格禁止進(jìn)場，嚴(yán)格把控原材料儲存、使用關(guān)，在保證原材儲存條件、周期滿足要求的情況下，遵循“先進(jìn)場先使用”的原則，避免合格原材因儲存、使用不當(dāng)變質(zhì)影響砂漿質(zhì)量。

(2)砂漿攪拌車計量系統(tǒng)是否精準(zhǔn)直接影響砂漿工作性能是否穩(wěn)定，為了保證砂漿質(zhì)量穩(wěn)定，應(yīng)加強砂漿攪拌車計量系統(tǒng)校核頻次。

(3)砂漿出現(xiàn)顆粒、結(jié)塊現(xiàn)象主要有兩個方面造成：一是干料受潮結(jié)塊或瀝青乳液沉淀結(jié)塊；二是攪拌時間過短或轉(zhuǎn)速過低，未將干料充分?jǐn)嚿噭?。?yīng)做好干料倉庫防潮措施和濕度監(jiān)控，防止干料受潮，按要求頻次攪拌瀝青乳液防止沉淀結(jié)塊，調(diào)整砂漿高速攪拌轉(zhuǎn)速、時長，使干料充分?jǐn)嚿噭颍硗庠诠嘧r設(shè)過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾，避免殘余顆粒灌入。

(4)灌注袋產(chǎn)生褶皺有三方面原因：一是灌注袋運輸、存放不當(dāng)產(chǎn)生；二是鋪設(shè)時未完全鋪平展產(chǎn)生；三是灌注時灌注速率過快，灌注袋還未來得及被撐起來形成褶皺。為了避免產(chǎn)生褶皺，灌注袋應(yīng)平鋪存放；鋪設(shè)時將灌注袋四角四邊完全扯平，保證鋪設(shè)平展；灌注時嚴(yán)格控制灌注速率，遵循“慢、快、慢”的原則，防止灌注過快產(chǎn)生褶皺。

灌注袋回縮主要有兩種原因：一是灌注袋鋪設(shè)不對稱或鋪設(shè)好后有擾動產(chǎn)生偏移；二是灌注砂漿時袋子四角未固定牢靠，灌注袋受砂漿自重回縮(在曲線段容易出現(xiàn))。灌注袋應(yīng)對稱鋪設(shè)平展后采用木楔固定牢靠，灌注時，袋子四角還應(yīng)人工輔助輕扯固定，砂漿快流到時再取出木楔。

CA砂漿灌注后軌道板兩側(cè)砂漿外露量差別大，有的一側(cè)多一側(cè)少，主要由于灌注袋四邊、四角不對稱。灌注袋鋪設(shè)時，測量袋邊扎線至軌道板的距離(圖3)，確認(rèn)四邊、四角灌注袋外露一致后，再用木楔固定。

圖3 灌注袋鋪設(shè)與定位

(5)砂漿層與軌道板底有離縫，由于砂漿灌注后鋁粉膨脹、內(nèi)部受壓會有水分滲出灌注袋(與袋子布料滲透性也有關(guān)系)，若此時砂漿稠度小，水分滲出量大于鋁粉膨脹量，則灌注袋邊角易塌陷，表現(xiàn)為四角或曲線段高側(cè)離縫，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場氣溫、運距等，適當(dāng)減少用水量將砂漿流動度靠上限控制的措施來預(yù)防離縫。

(6)CA砂漿灌注后軌道板的高程至關(guān)重要，直接影響鋪軌質(zhì)量。軌道板承軌面高程不均勻，除了前面扣壓裝置位置和精調(diào)控制措施外，砂漿灌注時進(jìn)漿口沖擊力大于出漿口，易導(dǎo)致進(jìn)漿口軌道板上浮量大，此處應(yīng)增加壓板裝置，另外，保持砂漿灌注漏斗內(nèi)液位大致一致、盡量勻速灌注，防止水頭壓力和沖擊力過大，引起軌道板不均勻上浮。

(7)為防止CA砂漿灌注時曲線段軌道板產(chǎn)生側(cè)向位移，軌道板精調(diào)時曲線外側(cè)橫向偏移只允許正誤差，并在精調(diào)完畢后用木楔將軌道板與凸臺固定(圖4)，防止軌道板向曲線內(nèi)側(cè)位移。

圖4 木楔固定軌道板

(8)袋口砂漿與灌注袋U形邊弧度不一致，有鼓包、侵入灌注袋邊線等現(xiàn)象。原因在于砂漿袋口夾具簡陋，如：鋼筋棍等容易滑動移位，采用一端活頁固定的鋼夾板、并沿灌注袋扎線邊緣夾住袋口砂漿，硬化后袋口砂漿弧度與灌注袋U形邊弧度基本一致，無鼓包、侵入灌注袋邊線等。不同夾具的封口效果見圖5、圖6。

圖5 鋼筋棍夾邊效果

圖6 鋼夾板夾邊效果

5 凸臺樹脂施工

凸臺樹脂施工常見問題如下：(1)凸臺與軌道板間填充樹脂厚度小于30 mm或大于50 mm；(2)灌注袋粘貼有褶皺；(3)樹脂灌注高度不足。

與上述問題相對應(yīng)的原因分析與控制措施如下。

(1)凸臺與軌道板間填充樹脂厚度小于30 mm或大于50 mm，主要由于凸臺偏位超標(biāo)，需要從凸臺施工環(huán)節(jié)控制，參見前面控制方法。施工前應(yīng)檢查凸臺與軌道板的間隙寬度，小于30 mm或大于50 mm的凸臺應(yīng)鑿除重做。

(2)灌注袋粘貼有褶皺會導(dǎo)致樹脂與軌道板、凸臺側(cè)邊不密貼，甚至脫粘，灌注袋應(yīng)粘貼平整，否則不得灌注。

(3)凸臺樹脂高度不足有兩種形式：一是凸臺樹脂底邊高于板底超過10 mm，原因在于CA砂漿灌注袋偏大，部分侵入軌道板與凸臺間隙下部，作業(yè)人員粘貼灌注袋時底部仍使用泡沫襯墊或未將襯墊壓至混凝土底座上，從而墊高凸臺樹脂底面；二是凸臺樹脂頂面低于軌道板板面超過10 mm，原因在于樹脂灌注數(shù)量不足。應(yīng)根據(jù)實際，使用泡沫聚乙烯襯墊、或裁剪襯墊并將襯墊壓實，使襯墊上表面與砂漿層上表面平齊，避免襯墊抬高凸臺樹脂底部；另外，應(yīng)根據(jù)板面高度控制樹脂灌注數(shù)量，保證其頂面高度合格。

6 結(jié)論

通過系統(tǒng)總結(jié)CRTSⅠ型板式無砟軌道先導(dǎo)段在底座與凸臺施工、軌道板鋪設(shè)、砂漿灌注和凸臺樹脂施工4個方面的控制要點，得到如下主要結(jié)論。

(1)通過換手復(fù)測、控制放樣精度、模板定位準(zhǔn)確牢固且拼裝不漏漿等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可提高底座凸臺混凝土施工精度，通過橡膠墊片/圈保護(hù)、方木條引導(dǎo)、精調(diào)爪同步受力等措施，可提高軌道板鋪設(shè)時成品質(zhì)量。

(2)壓板裝置不能完全限位軌道板，用百分表監(jiān)控軌道板上浮量確定CA砂漿灌注終點、在進(jìn)漿口處增加壓板裝置等措施，可有效減少CA砂漿施工對精調(diào)軌道板狀態(tài)的擾動影響。

(3)根據(jù)現(xiàn)場氣溫、運距等實際情況，通過調(diào)節(jié)外加用水量，將CA砂漿流動度控制在上限附近，可預(yù)防或減少軌道板四角離縫和曲線段高側(cè)離縫。

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