CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道澆筑與拼接技術(shù)

蔣 繼 顯

（中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司，北京 101500）

高速鐵路建設(shè)領(lǐng)域普遍使用CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道，其應(yīng)用效果易受到混凝土施工質(zhì)量的影響，需通過(guò)合理的方式做好軌道板混凝土的澆筑作業(yè)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的途徑可掌握自密實(shí)混凝土的工程性能，根據(jù)施工質(zhì)量要求確定合適的配比，從而提出一套標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用流程，切實(shí)提高混凝土施工質(zhì)量，以便創(chuàng)造高品質(zhì)的CRTS Ⅲ型無(wú)砟軌道。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某高速鐵路段起訖里程DK296+809.445 ～DK319+139.54，總長(zhǎng)度22.354 km，沿線建設(shè)內(nèi)容包含8 段路基共3.231 km（含博羅北站1 座），8 座橋梁共18.82 km，1 座隧道0.279 km，7 座涵洞186.82橫延米。鐵路建設(shè)使用CRTS Ⅲ型板無(wú)砟軌道，其涉及到的工序較多且工作量較大，包含制造、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試等，各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量都應(yīng)得到保障[1]。

2 自密實(shí)混凝土工藝性揭板試驗(yàn)

取24 塊板，組織線下工藝性揭板試驗(yàn)，根據(jù)各自密實(shí)混凝土的質(zhì)量情況合理調(diào)整配合比，直至得到滿足質(zhì)量要求的配比為止。主要內(nèi)容如下。

1）2020 年7 月19 日，根據(jù)配比制作試樣，組織首次灌板試驗(yàn)。

檢測(cè)工藝：環(huán)境溫度28 ℃，混凝土入模溫度29℃，坍落擴(kuò)展度650 mm×650 mm，擴(kuò)展時(shí)間T500為3.53 s，含氣量6.2%，期間未發(fā)生泌水現(xiàn)象。

揭板描述：表面分布較多氣泡，相比之下以觀察口附近較為明顯，該處氣泡聚集現(xiàn)象明顯，板面局部區(qū)域起皮。

成因分析：生產(chǎn)所得的混凝土缺乏足夠的包裹性，導(dǎo)致觀察孔周邊存在較明顯的泌水現(xiàn)象，漿層厚度偏大。

改進(jìn)措施：提高砂率，同時(shí)降低減水率和混凝土擴(kuò)展度。

2）于同年7 月19 日—7 月25 日灌板5 塊，從實(shí)際結(jié)果來(lái)看混凝土表面氣泡依然存在，尚未滿足質(zhì)量要求，見(jiàn)圖1。鑒于此，適度調(diào)整消泡劑的用量，通過(guò)此方式減少氣泡量。

圖1 揭板效果

3）經(jīng)前述階段的灌板試驗(yàn)與分析后，于7 月27 日灌注第7 塊板，此時(shí)在既有基礎(chǔ)上對(duì)消泡劑的用量作出了調(diào)整。

檢測(cè)工藝：環(huán)境溫度24 ℃，混凝土入模溫度29℃，坍落擴(kuò)展度640 mm×650 mm，擴(kuò)展時(shí)間T500為3.96 s，含氣量8.0%，期間未發(fā)生泌水現(xiàn)象。

揭板描述：相比于前期揭板效果而言，此處得到有效的改善，但局部依然可見(jiàn)少量氣泡。

成因分析：生產(chǎn)所得的混凝土缺乏足夠的包裹性。

改進(jìn)措施：在原有基礎(chǔ)上提高混凝土含氣量；優(yōu)化減水劑用量，通過(guò)此舉適度減少保坍組分。

根據(jù)上述情況，經(jīng)配合比調(diào)整后，于7 月27日—8 月5 日期間內(nèi)再次灌注5 塊板，可見(jiàn)此時(shí)混凝土表面氣泡數(shù)量較前期大幅度減少，但松軟發(fā)泡層依然存在，相比于使用要求而言依然存在差距，見(jiàn)圖2。

4）8 月31 日，組織第13 塊直線板的灌注。

檢測(cè)工藝：環(huán)境溫度28 ℃，混凝土入模溫度29.5 ℃，坍落擴(kuò)展度670 mm×660 mm，擴(kuò)展時(shí)間T500為4.11 s，含氣量8.0%，期間未發(fā)生泌水現(xiàn)象。

圖2 調(diào)整后效果

揭板描述：自密實(shí)混凝土表觀質(zhì)量良好，密實(shí)度有所提升且滿足要求，僅存在微量的工藝性氣泡，未見(jiàn)泡沫層與浮漿，混凝土各處的色澤狀態(tài)良好且分布均勻。

于8 月15 日再次灌注1 塊板，但從所得結(jié)果來(lái)看，混凝土表面依然有少量氣泡存在。對(duì)此進(jìn)一步調(diào)整外加劑組分，以期最大限度減少氣泡含量。

5）于8 月18 日組織試驗(yàn)，利用改進(jìn)后的配比展開(kāi)，灌板1 塊。

檢測(cè)工藝：環(huán)境溫度28 ℃，混凝土入模溫度28.5 ℃，坍落擴(kuò)展度670 mm×670 mm，擴(kuò)展時(shí)間T500為5.11 s，含氣量8.0%，期間未發(fā)生泌水現(xiàn)象。

揭板描述：于次日揭板，發(fā)現(xiàn)自密實(shí)混凝土的表觀質(zhì)量良好，未見(jiàn)工藝性氣泡和泡沫層，無(wú)浮漿現(xiàn)象，色澤較好且分布較均勻。

總體來(lái)看，8 月25 日的灌板質(zhì)量最為良好，為進(jìn)一步檢驗(yàn)該配比的可行性，在8 月21 日—8 月23 日連續(xù)灌板9 塊，對(duì)各自的質(zhì)量情況展開(kāi)多方面的分析。

揭板描述：從揭板結(jié)果來(lái)看，自密實(shí)混凝土的表觀質(zhì)量較為良好，各部分的密實(shí)度有所提高且均滿足要求，無(wú)工藝性氣泡和泡沫層，色澤均勻，達(dá)到質(zhì)量要求。

3 自密實(shí)混凝土施工期間的注意事項(xiàng)

自2020 年7 月19 日起組織試驗(yàn)，直至8 月23日共完成24 塊揭板試驗(yàn)。期間自密實(shí)混凝土的質(zhì)量情況欠佳，存在工藝性氣泡等問(wèn)題，因此在既有配比的基礎(chǔ)上作出持續(xù)性調(diào)整，最終制得滿足質(zhì)量要求的自密實(shí)混凝土。關(guān)于具體的理論配合比見(jiàn)表1。

1）嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)。自密實(shí)混凝土工程性能與各類(lèi)原材料的質(zhì)量息息相關(guān)，骨料的針片狀含量應(yīng)符合要求，不可選擇早強(qiáng)水泥，粉煤灰的質(zhì)量應(yīng)達(dá)到《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596—2017 中的F 類(lèi)I 級(jí)要求，所用的各類(lèi)摻和料質(zhì)量都要足夠穩(wěn)定。

表1 自密實(shí)混凝土理論配合比

2）合理生產(chǎn)自密實(shí)混凝土。按照特定的配比精準(zhǔn)稱(chēng)量物料，給予充分的攪拌，從而生產(chǎn)出高性能的自密實(shí)混凝土。拌合物應(yīng)具有較好的流動(dòng)性，但不可出現(xiàn)流動(dòng)性過(guò)高的情況，否則易對(duì)拌合物的質(zhì)量造成不良影響，使其發(fā)生分層、離析現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)灌板試驗(yàn)結(jié)果的分析可知，自密實(shí)混凝土的擴(kuò)展度在不同施工段的控制要求具有差異性，直線段以680 mm～700 mm 為宜，曲線段應(yīng)增加至700 mm～720 mm。

3）加強(qiáng)對(duì)溫度的控制。自密實(shí)混凝土施工效果受溫度的影響較大，其對(duì)于溫度較為敏感，主要考慮的是混凝土的入模溫度，夏季宜＜40 ℃且最為合適的是30℃，此條件下的自密實(shí)混凝土應(yīng)用效果顯著。此外，夏季灌注時(shí)應(yīng)選擇傍晚等低溫時(shí)段，此時(shí)的坍落度損失相對(duì)較小，可更好地保證施工質(zhì)量。

4 軌道板精調(diào)

精調(diào)步驟如圖3 所示。

圖3 軌道精調(diào)

1）采用自主研發(fā)改進(jìn)的精調(diào)爪，四角安裝就位后控制智能精調(diào)機(jī)進(jìn)行第1 塊軌道板的定位調(diào)整。

2）軌道板精調(diào)機(jī)器人包含測(cè)量系統(tǒng)與精調(diào)機(jī)兩部分，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路連接成一套完整的系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)包括全站儀、棱鏡、測(cè)量軟件等部分；2臺(tái)精調(diào)機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)相同，軟件不同。

通過(guò)將線路及布板參數(shù)導(dǎo)入精調(diào)機(jī)中，智能精調(diào)機(jī)可根據(jù)不同規(guī)格的軌道板，自動(dòng)調(diào)整精調(diào)器與精調(diào)爪之間的位置，在對(duì)正后自動(dòng)降下精調(diào)器，套上精調(diào)爪的螺桿，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精調(diào)器會(huì)根據(jù)軌道板誤差數(shù)據(jù)精確轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，實(shí)現(xiàn)軌道板的高程方向、中線方向位移。精調(diào)器的動(dòng)作量、速度、扭矩都根據(jù)控制器的指令設(shè)定，動(dòng)作精度＜0.1 mm，調(diào)整精度高于人工。完成軌道板中間的彎曲精調(diào)后，調(diào)板人員進(jìn)行復(fù)測(cè)工作，保證軌道板高度與位置達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3）整體測(cè)量。完成軌道板精調(diào)作業(yè)后，調(diào)板人員要測(cè)量1 次所有棱鏡的數(shù)據(jù)，計(jì)算存在的偏差并以此作為再次調(diào)整的參考。如果在整體測(cè)量棱鏡的過(guò)程中發(fā)生了超限情況，應(yīng)先考慮消除超限，再對(duì)存在超限問(wèn)題的棱鏡或全部棱鏡進(jìn)行重新測(cè)量。如果只是某1 個(gè)點(diǎn)需要調(diào)整或者調(diào)整量較小時(shí)，可以只重新測(cè)量該點(diǎn)。若出現(xiàn)多處調(diào)整，調(diào)板人員必須重新進(jìn)行整體測(cè)量。

5 軌道板底壓緊、潤(rùn)濕與封邊

5.1 軌道板壓緊

為保證施工質(zhì)量，避免軌道板出現(xiàn)上浮問(wèn)題，要及時(shí)開(kāi)展軌道板壓緊作業(yè)。在軌道板上安裝6 個(gè)封邊壓緊裝置，并在軌道板兩頭板端設(shè)置一字型端部固定裝置，每一端設(shè)置1 個(gè)；再進(jìn)行軌道板側(cè)邊壓緊，保證壓緊裝置的錨桿與板邊距離合理，將這個(gè)距離控制在8.5 cm～12 cm 范圍內(nèi)，并在縱向方向上將其與精調(diào)裝置的距離控制在20 cm；最后搭接壓緊裝置，保證搭接長(zhǎng)度＞3 cm。

5.2 軌道板底板腔潤(rùn)濕

在正式開(kāi)始軌道板粗鋪前應(yīng)該做好準(zhǔn)備工作，充分潤(rùn)濕軌道板底面與底座板面。為保證灌漿作業(yè)的質(zhì)量，工作人員應(yīng)在施工前30 min 做好軌道板的預(yù)濕作業(yè)，保證軌道板徹底濕潤(rùn)但又不存在積水痕跡。若軌道板存在積水可利用強(qiáng)力風(fēng)槍吹干，若軌道板潤(rùn)濕不充分則可以開(kāi)展二次潤(rùn)濕。

5.3 軌道板封邊

1）對(duì)軌道板縱向進(jìn)行封邊與設(shè)置排氣孔，在縱向封邊時(shí)要選擇專(zhuān)用封邊材料，采用∠70 mm×70 mm×5 mm 等邊角鋼組合作為封邊材料。具體的縱向封邊流程如下。

①保證灌板與專(zhuān)用封邊材料配置合理，為每塊待灌板配置2 段專(zhuān)用封邊材料，專(zhuān)用封邊材料的尺寸為寬10 cm，厚5 m；

②縱向封邊每塊軌道板底，選擇尺寸合適的等邊角鋼，這里選擇的是∠70 mm×70 mm 等邊角鋼，根據(jù)軌道板的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算等邊角鋼的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度為10.8 m，在角鋼一側(cè)進(jìn)行打孔，孔距為5 cm，孔徑為2 cm，主要是為了透氣。利用螺絲來(lái)連接軌道板底部角鋼與板頂位置的固定裝置。根據(jù)軌道板四角位置來(lái)設(shè)置排氣孔，合理選擇連接材料，排氣孔選擇Φ2.5 cm 的圓鋼管+軟管連接，保證排氣孔與軌道板低座板平行，并保持出漿口的靈活性，便利排水、排氣[2]。

2）按照規(guī)范對(duì)軌道板橫向封邊。在橫向封邊時(shí)應(yīng)選擇合適的材料，采用厚度在2 mm～3 mm 的軟塑性聚乙烯塑料膜，在軟塑性聚乙烯塑料膜的內(nèi)部按照分層的原則填充細(xì)河砂，保證軌道板板端窄縫封閉質(zhì)量，同時(shí)也可以選擇厚度為5 cm 的珍珠棉和無(wú)紡布作為封邊材料，兩者相互配合，保證橫向封邊效果。

5.4 線外模擬試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過(guò)線外模擬試驗(yàn)，獲得的試驗(yàn)結(jié)論如下。

1）在進(jìn)行軌道板粗鋪時(shí)必須保證粗鋪的相對(duì)精度，這樣才能提高軌道板精調(diào)的效率；在充分潤(rùn)濕軌道板后才能進(jìn)行粗鋪與灌漿作業(yè)[3]。

2）在完成軌道板粗鋪后方可開(kāi)展軌道板精調(diào)作業(yè)，按照規(guī)范進(jìn)行自線段精調(diào)與曲線段精調(diào)，處理好自線段與曲線段高程及設(shè)計(jì)高程的關(guān)系，盡可能避免灌板過(guò)程中因?yàn)榘宓闹亓慷鴮?dǎo)致位移和砂漿上浮的情況出現(xiàn)。

3）及時(shí)安裝軌道板壓緊裝置，避免壓力過(guò)大導(dǎo)致軌道板的平面位置、高程與原設(shè)計(jì)值存在巨大偏差。自線段壓緊需要兩邊同時(shí)壓緊并保持對(duì)稱(chēng)，壓緊力矩為200 N·m，而曲線段需要分邊進(jìn)行壓緊，遵循“由低到高”的原則，壓緊力矩為170 N·m。

6 結(jié)論

綜上所述，高速鐵路是我國(guó)交通體系的“重頭戲”，我國(guó)的CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道成為推動(dòng)高速鐵路發(fā)展的關(guān)鍵，更是我國(guó)高速鐵路實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略的重要支持。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道的質(zhì)量控制，以合理的方式制得高品質(zhì)的產(chǎn)品，從而為高速鐵路發(fā)展助力。