高速鐵路CRTS Ⅲ型先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板平面度演化規(guī)律

王夢 王繼軍 黃興啟 張大偉

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.山東高速鐵建裝備有限公司，山東濰坊 262603）

軌道板是板式無砟軌道的重要組成部分，起到承受并傳遞列車荷載、提供扣件接口、保持軌道幾何形位等作用。為適應(yīng)我國復(fù)雜多樣的氣候環(huán)境條件，提高結(jié)構(gòu)耐久性，CRTS Ⅲ型板式無砟軌道主要采用雙向先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板［1-4］。工程應(yīng)用中，個別線路曾出現(xiàn)軌道板平面度超差問題，增加了軌道板及鋼軌精調(diào)的難度和工作量。

針對軌道板平面度超差問題，文獻［5-6］建立了軌道板-模板一體化計算模型，研究了預(yù)應(yīng)力施加、截面彈性模量差異、混凝土收縮、養(yǎng)護階段溫度梯度等對軌道板預(yù)制平面度的影響；文獻［7］進行了養(yǎng)護過程中靜置時間、升溫速率、恒溫溫度、降溫速率對軌道板翹曲變形的影響試驗；文獻［8］開展了模具設(shè)置反向預(yù)拱度對軌道板翹曲變形的控制試驗；文獻［9］開展了溫度、支撐位置等對軌道板平面度測試結(jié)果的影響試驗。

由于預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變等因素的綜合作用，軌道板平面度處于動態(tài)變化過程中，以往研究中對軌道板平面度隨時間的演化規(guī)律研究相對較少。本文通過軌道板外形尺寸長期監(jiān)測，探討了軌道板平面度經(jīng)時演化規(guī)律，以期為后續(xù)工程軌道板平面度控制提供參考。

1 監(jiān)測方案

1.1 監(jiān)測板型

CRTS Ⅲ型先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板主要有P5600，P4925 和 P4856 三種，其中 P5600 軌道板（圖 1）應(yīng)用最廣泛，三種軌道板中其長度最長，最易發(fā)生平面度超差，因此選用P5600軌道板進行監(jiān)測。

圖1 P5600軌道板示意（單位：mm）

1.2 監(jiān)測方法

采用全站儀及配套工裝進行軌道板外形尺寸測量，計算得到軌道板平面度相關(guān)參數(shù)。測量時軌道板處于平放狀態(tài)，在對應(yīng)起吊套管的位置設(shè)置條形支承，并考慮了光照、溫度等因素對測量結(jié)果的影響，見圖2。

圖2 軌道板外形尺寸測量

Q/CR 567—2017《高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板》［10］規(guī)定：軌道板檢測應(yīng)在水養(yǎng)完成后進行，且水中養(yǎng)護時間不小于3 d。結(jié)合混凝土材料特性，確定軌道板外形尺寸的測量時間分別為脫模后3，15，30，60，90，120，150，180 d，其余時間軌道板垂直立放。

1.3 監(jiān)測指標(biāo)

表征軌道板平面度的指標(biāo)有四角承軌面水平和單側(cè)承軌面中央翹曲量。其中單側(cè)承軌面中央翹曲量由該側(cè)9 個承軌臺垂向位置偏差綜合計算得出，更能反映軌道板平面度。因此選用單側(cè)承軌面中央翹曲量表征軌道板平面度，以f表示。為進一步表征軌道板頂面線形，對單側(cè)承軌面中央翹曲量賦予正負(fù)值。負(fù)值表示中部低于端部，軌道板中部下凹；正值表示中部高于端部，軌道板中部上拱。

為明確不同初始條件下軌道板平面度的演化規(guī)律，在相同原材料、相同混凝土配合比、相同生產(chǎn)工藝、相同時間段生產(chǎn)的軌道板中，選取脫模3 d時-1.0 mm ≤f＜ -0.5 mm（Ⅰ類）、-0.5 mm ≤f＜ 0（Ⅱ類）、0 ≤f＜ 0.5 mm（Ⅲ類）和0.5 mm ≤f＜ 1.0 mm（Ⅳ類）軌道板各8塊，共32塊進行監(jiān)測。

2 軌道板平面度演化規(guī)律

2.1 承軌臺垂向位置偏差

不同時間各類軌道板單側(cè)承軌臺垂向位置偏差典型測試結(jié)果見圖3。

由圖3可知：①無論脫模3 d時軌道板中部承軌臺下凹還是上拱，隨著時間的不斷增長，各類軌道板中部均呈現(xiàn)拱起的趨勢。②軌道板平面度初期增長較快，Ⅰ類和Ⅱ類軌道板脫模15 d 時，中部承軌臺已基本實現(xiàn)由下凹到上拱的轉(zhuǎn)變，脫模30 d 后各類軌道板中部承軌臺上拱繼續(xù)增大，但增長相對緩慢。

對32 塊軌道板測試發(fā)現(xiàn)，Ⅲ類軌道板脫模90 d、Ⅳ類軌道板脫模30 d 時，個別承軌臺垂向位置偏差已超過1.0 mm限值。

2.2 單側(cè)承軌面中央翹曲量

典型軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量隨時間變化曲線見圖4。

圖3 單側(cè)承軌臺垂向位置偏差典型測試結(jié)果

圖4 典型軌道板承軌面中央翹曲量隨時間變化曲線

由圖4 可知：①軌道板兩側(cè)承軌面中央翹曲量變化規(guī)律及量值基本相當(dāng)，變形協(xié)同，軌道板不會產(chǎn)生畸變。②脫模30 d 內(nèi)，軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量增長較快，而后增長相對減緩，90 d左右趨于穩(wěn)定。

由32塊軌道板測試結(jié)果可知：①與脫模3 d相比，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類軌道板脫模180 d單側(cè)承軌面中央翹曲量分別增大了0.7～1.6 mm，0.4～2.1 mm，0.3～1.7 mm，0.4～1.8 mm；②脫模180 d時，個別Ⅲ類軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量已接近2 mm 限值，部分Ⅳ類軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量已超過2 mm 限值且大部分已接近限值。

各類軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值隨時間變化曲線見圖5。

圖5 各類軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值隨時間變化曲線

由圖5可知：①Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類軌道板脫模3 d時中央翹曲量平均值分別為-0.63，-0.33，0.29，0.67 mm，脫模180 d 時分別為0.55，1.03，1.40，1.95 mm，分別增大了1.18，1.36，1.11，1.28 mm?？紤]測試誤差、材料偏差等因素的影響，相同條件下生產(chǎn)的各類軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量增加值基本相當(dāng)。②Ⅰ，Ⅱ類軌道板脫模180 d 時單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值為0.55，1.03 mm，軌道板平面度較好，即-1.0 mm ≤f＜ 0時更有利于軌道板精調(diào)和減小后期鋼軌精調(diào)工作量。③在單側(cè)承軌面中央翹曲量緩慢增長的脫模30 d 至180 d 內(nèi)，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值分別增長了0.13，0.23，0.36，0.43 mm，增長量與脫模3 d 時單側(cè)承軌面中央翹曲量有較強相關(guān)性，即脫模3 d時單側(cè)承軌面中央翹曲量越小，脫模30 d至180 d增長量越小，軌道板平面度越快趨于穩(wěn)定。

3 水養(yǎng)前軌道板平面度控制值探討

Q/CR 567—2017［10］要求軌道板檢測應(yīng)在水養(yǎng)完成后進行。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，脫模3 d 水養(yǎng)完成至180 d軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量發(fā)生了較大變化，平均值增加了1.18～1.36 mm，因此水養(yǎng)完成后進行的檢測可視為過程檢測，其檢測值與成品軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量之間存在一定對應(yīng)關(guān)系。如將該過程檢測由水養(yǎng)完成后調(diào)整至水養(yǎng)前，不僅可以減少一次吊裝，減少軌道板破損，而且還可以通過過程檢測值與穩(wěn)定后的單側(cè)承軌面中央翹曲量之間的對應(yīng)關(guān)系直接指導(dǎo)模板調(diào)整，進一步保證軌道板制造精度。為此，對水養(yǎng)前檢測時軌道板平面度的控制值進行了探討，以期為標(biāo)準(zhǔn)修訂時軌道板檢測時間的優(yōu)化提供參考。

圖5監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，Ⅰ，Ⅱ類軌道板更有利于保證軌道板長期平面度。為此，對其脫模后3，15，30，60，90，120，150，180 d時單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值進行擬合。

Ⅰ類軌道板單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值f與脫模時間x的關(guān)系式為

Ⅱ類單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值f與脫模時間x的關(guān)系式為

由式（1）和式（2）可知：中央翹曲量與脫模時間近似呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。藉此推算出Ⅰ，Ⅱ類軌道板脫模時單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值分別為-0.91，-0.71 mm，較脫模3 d時相應(yīng)值分別減小0.28，0.38 mm。實際生產(chǎn)中，考慮模板剛度、材料偏差等因素的影響，若將軌道板檢測時間由水養(yǎng)完成后調(diào)整至水養(yǎng)前，為保證軌道板長期具有較好的平面度，單側(cè)承軌面中央翹曲量宜為-1.0～-0.5 mm。

4 結(jié)論

對相同條件下生產(chǎn)的具有不同初始平面度軌道板進行了監(jiān)測，得出以下結(jié)論：

1）脫模3 d 時軌道板中部無論是下凹還是上拱，隨時間增長均呈現(xiàn)出中部向軌道板頂面拱起的趨勢。

2）同一軌道板兩側(cè)承軌面中央翹曲量變化規(guī)律及量值基本相當(dāng)；脫模30 d 內(nèi)單側(cè)承軌面中央翹曲量變化較快，而后增長變緩，90 d左右趨于穩(wěn)定。

3）從脫模30 d至180 d單側(cè)承軌面中央翹曲量增長量與脫模3 d 時單側(cè)承軌面中央翹曲量有較強相關(guān)性。脫模3 d 時中央翹曲量越小，30 d 至180 d 增長量越小，軌道板平面度越快趨于穩(wěn)定。

4）相同條件下生產(chǎn)的各類軌道板，從脫模3 d 至180 d單側(cè)承軌面中央翹曲量平均值增量基本相當(dāng)，與軌道板初始平面度無明顯相關(guān)性。

5）脫模3 d 單側(cè)承軌面中央翹曲量為-1.0～0 mm時更有利于保證軌道板長期平面度?？紤]到水養(yǎng)過程中軌道板平面度的增長、模具剛度等因素，如水養(yǎng)前進行軌道板檢測，單側(cè)承軌面中央翹曲量宜按-1.0～-0.5 mm控制。