CRTSⅢ型無(wú)砟軌道底座板冬季施工技術(shù)

薛冬

摘要：隨著我國(guó)城際鐵路的高速發(fā)展，軌道工程在嚴(yán)寒地區(qū)的施工技術(shù)及質(zhì)量控制尤為重要，本文結(jié)合京雄城際鐵路黃固特大橋CRTSⅢ型無(wú)砟軌道底座板施工，對(duì)具體的底座板冬季施工措施進(jìn)行闡述，從保溫設(shè)施、加溫設(shè)備、混凝土生產(chǎn)及運(yùn)輸、加濕養(yǎng)護(hù)、質(zhì)量控制等方面的措施進(jìn)行詳細(xì)敘述。

Abstract： With the rapid development of China's intercity railway， the construction technology and quality control of track engineering are particularly important in severe cold area. In this paper， combined with the construction of CRTS Ⅲ ballastless track base plate of Huanggu super large bridge of Jingxiong intercity railway， the specific construction measures of base plate in winter are described， including thermal insulation facilities， heating equipment， concrete production and transportation， humidification maintenance and quality control. The measures are described in detail.

關(guān)鍵詞：底座板;冬季施工;保溫棚;蒸汽養(yǎng)護(hù)

Key words： base plate;winter construction;heat preservation shed;steam curing

中圖分類號(hào)：U213.2+13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）25-0139-03

0 ?引言

京雄城際鐵路是連接北京至雄安新區(qū)的主要交通線路之一，對(duì)京津冀地區(qū)軌道交通布局有重要意義，京雄城際鐵路的建設(shè)，對(duì)京津冀區(qū)域協(xié)同發(fā)展和支撐雄安新區(qū)建設(shè)產(chǎn)生有較大的影響，京雄城際鐵路按時(shí)完成施工任務(wù)尤為重要。

受氣候條件的影響，尤其北方冬季寒冷氣候持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，給工程施工帶來(lái)了一定困難，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量難以保證，因此，在寒冷地區(qū)進(jìn)行施工，我們應(yīng)采取一些特殊的施工措施，保證工程的質(zhì)量和進(jìn)度。本文以京雄城際鐵路CRTSⅢ型無(wú)砟軌道底座板為例，對(duì)冬季施工的一些措施進(jìn)行了論述。

1 ?工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

京雄城際鐵路北起北京西站，途經(jīng)北京市大興區(qū)、北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)、河北省固安縣、霸州市后，終至雄安新區(qū)，全長(zhǎng)106km。黃固特大橋位于北京市大興區(qū)境內(nèi)，起迄里程為DK16+832.8～DK39+951.722，全長(zhǎng)23.117km。設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值采用250km/h。本橋采用CRTSIII型板式無(wú)砟軌道施工，軌道板主要采用P5600軌道板，P4925軌道板，P4856軌道板。

1.2 氣候特點(diǎn)

該橋位于北京大興區(qū)，北緯39°26'～39°50'之間。大興區(qū)氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，春、夏、秋、冬四季分明，冬季寒冷干燥、少雨雪，無(wú)霜期180d，冬季最低氣溫達(dá)零下-20℃，冬季施工時(shí)間為11月15日至次年3月15日，歷時(shí)4個(gè)月左右[1]。

2 ?冬季施工準(zhǔn)備

2.1 冬施要求

根據(jù)Q/CR 9207-2017《鐵路混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》規(guī)定[2]，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)3d低于5℃或最低氣溫低于0℃時(shí)，混凝土施工應(yīng)按冬期施工辦理施工。冬季施工期間，混凝土出機(jī)溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃，且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%之前不得受凍。

2.2 物資準(zhǔn)備

冬季施工前應(yīng)根據(jù)冬施計(jì)劃提前準(zhǔn)備物資，主要包括篷布、阻燃棉被、方管、溫度計(jì)、測(cè)溫槍、照明燈具、水箱等冬施物資。

2.3 機(jī)械設(shè)備

冬季施工前應(yīng)準(zhǔn)備好加溫設(shè)備，并進(jìn)行全面檢查，主要設(shè)備有蒸汽鍋爐、蒸汽發(fā)生器、熱風(fēng)炮等，設(shè)備應(yīng)由專人操控，專人管理，確保設(shè)備使用安全，防止發(fā)生安全、消防事故。

3 ?冬施措施

3.1 拌和站冬施措施

攪拌站內(nèi)共設(shè)置6個(gè)封閉料倉(cāng)，采用全封閉結(jié)構(gòu)，倉(cāng)門采用棉布門簾，封閉料倉(cāng)內(nèi)布置有蒸汽管道。砼施工之前，用蒸汽對(duì)料倉(cāng)內(nèi)骨料加熱，保證骨料溫度不低于5℃。外加劑在使用前均在棚內(nèi)用電熱毯覆蓋加熱。拌和用水采用蒸汽對(duì)蓄水池水直接加熱，采用防水篷布封頂，池水加熱溫度在60℃左右?；炷翑嚢枨埃瑧?yīng)先經(jīng)過(guò)熱工計(jì)算，并經(jīng)試拌確定水和骨料需要預(yù)熱的最高溫度，保證混凝土的出機(jī)溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。

3.2 混凝土運(yùn)輸措施

混凝土運(yùn)送采取混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸，混凝土運(yùn)輸車的攪拌筒使用篷布進(jìn)行包裹保溫，減少熱量損失。在混凝土澆筑前，對(duì)施工部位便道進(jìn)行修整，提前檢查有無(wú)擁堵情況，保證運(yùn)輸通道暢通，縮短混凝土運(yùn)輸時(shí)間，減少中間倒運(yùn)環(huán)節(jié)，確?；炷寥肽囟?。同時(shí)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)與管理，使工序流暢有序，避免混凝土運(yùn)輸車在施工現(xiàn)場(chǎng)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，保證混凝土運(yùn)輸車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后可立即入模。3.3 底座板保溫棚加工

為充分考慮工序銜接及合理的節(jié)約成本，保溫棚加工兩種類型，分為施工棚和養(yǎng)護(hù)棚。

施工棚主要用于混凝土澆筑前升溫、混凝土澆筑及模板拆卸工序，因此施工棚空間要求較大，需滿足作業(yè)人員正常施工發(fā)要求。施工棚采用4cm方鋼管加工，長(zhǎng)度33m，凈寬9.7m，凈高1.8m，頂部采用方鋼管焊接成骨架支撐，骨架每隔1.5m一道，兩側(cè)立柱底部設(shè)置滑輪，方便施工移動(dòng)。骨架頂部及四周采用篷布包裹，棚頂開(kāi)始活動(dòng)天窗，方便混凝土澆筑施工。

施工棚方案確定后，對(duì)施工棚結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)算采用Midas軟件進(jìn)行建模計(jì)算。

簡(jiǎn)算主要內(nèi)容為強(qiáng)度簡(jiǎn)算和整體穩(wěn)定性簡(jiǎn)算，荷載主要考慮風(fēng)荷載和自重荷載，不考慮地震作用及溫度作用。

經(jīng)檢算，鋼屋架在自重、雪荷載、風(fēng)荷載等組合荷載作用下，能保持自身穩(wěn)定，滿足要求。（圖3）

養(yǎng)護(hù)棚主要用于底座板差模后養(yǎng)護(hù)工序，養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)無(wú)需人員作業(yè)，為減少熱量損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，養(yǎng)護(hù)棚采用寬3.5m，高0.8m的小棚。養(yǎng)護(hù)棚骨架采用不銹鋼管加工，在骨架兩側(cè)及頂部設(shè)置套筒，套筒可固定縱向連接桿，對(duì)骨架進(jìn)行縱向連接，骨架和縱向連接桿可自由拆卸。養(yǎng)護(hù)棚外側(cè)先覆蓋一層塑料布，上面覆蓋保溫棉被。養(yǎng)護(hù)棚桿件可自由組合，施工靈活，方便快捷。（圖4）

3.4 升溫設(shè)備選擇

為合理選擇升溫保溫設(shè)備，需對(duì)施工棚進(jìn)行總耗熱量計(jì)算。

根據(jù)簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)混凝土暖棚計(jì)算公式：

總耗熱量Q（kJ/h）=Q1（暖棚耗熱量）+Q2（透風(fēng)換氣損失熱量）;

暖棚小時(shí)耗熱量Q1=3.6ΣA·K·（TB-Ta）

透風(fēng)換氣熱量損失Q2=V·n·ca·ρa(bǔ)·（TB-Ta）;

其中：

A暖棚傳熱面積（m2）;

V暖棚體積（m3）;

K 暖棚傳熱系數(shù)[W/（m2K）];K=1/（0.04+Σd/λ+0.114）;

TB 棚內(nèi)溫度（℃）;10℃（根據(jù)養(yǎng)護(hù)要求）;

Ta 棚外大氣平均溫度（℃）;-10℃（施工地點(diǎn)同期平均溫度）;

d 每一種保溫材料的厚度（m）;

λ 每一種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)[W/（mK）];

n 每小時(shí)換氣次數(shù)（按2次計(jì)算）;

ρa(bǔ) 空氣表觀密度，取1.37kg/m3;

ca 空氣的比熱重，一般取1kJ/（kg·K），1W=3.6kJ/h。

暖棚表面積：A=33×9.7+1.8×2×（33+9.7）=473.82m2;

暖棚體積：V=33×9.7×1.8=576.18m3;

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)：

K=1/（0.04+Σd/λ+0.114）=1/（0.04+0.02/0.06+0.114）=2.052W/（m2K）;

暖棚小時(shí)耗熱量：

Q1=3.6ΣA·K·（TB-Ta）=3.6×473.82×2.052×20=70004.06kJ/h;

透風(fēng)換氣熱量損失：

Q2=V·n·ca·ρa(bǔ)·（TB-Ta）=576.18×2×1×1.37×20=31574.664kJ/h;

暖棚總耗熱量：

Q=Q1+Q2=70004.06+31574.664=101578.7kJ/h;

101578.7kJ/h÷2500kJ/kg=40.6kg/h。

按室外溫度-10℃，棚內(nèi)溫控10℃左右條件，小時(shí)總耗熱量約需40kg水蒸汽量的電熱蒸汽鍋爐功率。

另按室外溫度-10℃，棚內(nèi)溫控20℃條件，小時(shí)約需60kg水蒸汽量的電熱蒸汽鍋爐功率;

根據(jù)施工要求，電蒸汽鍋爐LDR0.1—0.4/0.7MPa規(guī)格，額定蒸汽發(fā)生量0.09t/h，功率72kW，額定蒸汽壓力0.7MPa，能滿足冬期施工養(yǎng)護(hù)。

3.5 混凝土澆筑

冬季混凝土施工不允許在降雪天氣進(jìn)行，應(yīng)安排在每天10∶00-17∶00氣溫比較高的時(shí)間段。

底座板鋼筋、模板施工完畢后，將施工棚移至待澆筑部位，在底座板下方箱梁內(nèi)部，放置兩臺(tái)熱風(fēng)炮，箱梁兩端用棉被密封，防止熱量散發(fā)，箱梁通氣孔保持暢通，防止因缺氧而導(dǎo)致熱風(fēng)炮熄滅，熱風(fēng)炮溫度上限調(diào)制45℃，當(dāng)箱梁內(nèi)部空氣溫度達(dá)到45℃時(shí)，熱風(fēng)炮將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，將箱梁內(nèi)部溫度保持在45℃，對(duì)底座底部進(jìn)行加熱。

電蒸汽鍋爐安裝后進(jìn)行調(diào)試，水箱采用2個(gè)1000L水箱，保證電蒸汽鍋爐持續(xù)持續(xù)供水。蒸汽管采用直徑5cm橡膠管，每隔1m設(shè)置1個(gè)蒸汽孔，蒸汽管沿底座板兩側(cè)布置，使蒸汽對(duì)底座板均勻加熱。施工棚內(nèi)部另設(shè)兩臺(tái)熱風(fēng)炮進(jìn)行輔助加熱。（圖5）

加溫設(shè)備全部開(kāi)啟后，暖棚進(jìn)行預(yù)熱，每隔30min用測(cè)溫槍對(duì)底座板模板進(jìn)行測(cè)溫，當(dāng)模板、鋼筋溫度達(dá)到5℃以上時(shí)，進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)?；炷翝仓捎锰毂幂斔停斔凸軓呐镯斕齑斑M(jìn)入施工棚，澆筑工程中施工棚內(nèi)溫度要保持5℃以上。冬季施工混凝土除按規(guī)定制作標(biāo)準(zhǔn)混凝土試件外，應(yīng)根據(jù)養(yǎng)護(hù)、拆模的需要，增加與結(jié)構(gòu)同條件養(yǎng)護(hù)的施工試件不少于2組。

3.6 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，由專職人員每隔兩個(gè)小時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)、記錄，及時(shí)對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)整，使溫度滿足養(yǎng)護(hù)條件。

底座板混凝土達(dá)到2.5MPa時(shí)，可對(duì)模板進(jìn)行拆除，并安裝養(yǎng)護(hù)棚繼續(xù)對(duì)底座板養(yǎng)護(hù)，施工棚可移動(dòng)至下一部位進(jìn)行施工。

底座板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度40MPa，當(dāng)?shù)鬃寤炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%即24MPa時(shí)，混凝土方可受凍。養(yǎng)護(hù)棚拆除時(shí)，混凝土與外界環(huán)境溫度差值不得大于15℃。

4 ?冬季施工質(zhì)量控制

混凝土構(gòu)件在剛澆筑完畢，還沒(méi)有任何強(qiáng)度時(shí)就遭受凍害，后期強(qiáng)度將損失30%左右;混凝土構(gòu)件在早齡期受凍，混凝土強(qiáng)度損失20～40%;混凝土達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度后再受凍，混凝土強(qiáng)度損失不超過(guò)5%[3]。

混凝土施工及養(yǎng)護(hù)溫度控制，是保證底座冬季施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。在整個(gè)冬季施工過(guò)程中，項(xiàng)目部安排專人測(cè)量環(huán)境溫度、施工溫度及養(yǎng)護(hù)溫度，測(cè)溫時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄所測(cè)部位溫度及測(cè)溫時(shí)間并及時(shí)整理歸檔。掌握天氣變化情況，必要時(shí)啟動(dòng)控制預(yù)案，保證施工質(zhì)量。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采取先進(jìn)的施工工藝和施工設(shè)備，克服了底座板體積小、散熱快、作業(yè)面長(zhǎng)、施工進(jìn)展轉(zhuǎn)移塊等困難[4]，使用兩種保溫棚相結(jié)合的施工方式，既保證了施工質(zhì)量，又保證了施工進(jìn)度，順利通過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收。并投入使用，對(duì)同類型冬季施工具有一定參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張興志.高速鐵路墩臺(tái)冬季施工混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)溫度控制[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（11）：208.

[2]鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2017：125.

[3]袁洪升.廊坊地區(qū)混凝土工程冬季施工質(zhì)量控制淺探[J]. 廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（4）：94.

[4]王亞周.北京地鐵14號(hào)線高架橋冬季混凝土道床保溫施工技術(shù)[J].中國(guó)城市軌道交通關(guān)鍵技術(shù)論壇文集，2013（9）：190.