嚴寒地區(qū)CRTSⅠ型板式無砟軌道底座板病害修復(fù)技術(shù)

劉井林， 陳剛， 高東泉

（中國鐵路哈爾濱局集團有限公司哈爾濱工務(wù)段，黑龍江哈爾濱 150001）

1 研究背景

軌道的高平順性是列車安全運行的前提，無砟軌道結(jié)構(gòu)因平穩(wěn)定性好、使用壽命長、后期維護作業(yè)量相對少等優(yōu)點，在高速鐵路中得到廣泛的應(yīng)用。我國北方嚴寒地區(qū)大范圍采用CRTSⅠ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)［1-2］，其主要由鋼軌、扣件、墊板、軌道板、CA 砂漿墊層、混凝土底座板、凸形擋臺及周圍填充樹脂等組成。

嚴寒地區(qū)的高速鐵路上，CRTSⅠ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)所處服役環(huán)境晝夜溫差較大，如果雨雪頻繁，質(zhì)量不好的混凝土受凍融循環(huán)作用，造成混凝土表面起殼、粉化［3-5］等現(xiàn)象（見圖1）。為抑制嚴寒地區(qū)高速鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道底座板病害進一步發(fā)展［3-4］，確保線路運營安全，亟須展開修復(fù)整治技術(shù)研究。

2 底座板病害特性及成因

圖1 嚴寒地區(qū)高速鐵路底座板病害

作為高速列車安全通行的直接載體，無砟軌道長期承受著列車動載荷及其他因素（如溫度載荷）的耦合作用，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量的好壞、傷損程度等均影響列車運營安全［3］。在嚴寒地區(qū)的高速鐵路上，CRTSⅠ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)所處服役環(huán)境晝夜溫差較大，如果混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定，將出現(xiàn)部分拌合水上浮至混凝土表面的現(xiàn)象（泌水現(xiàn)象）［4］；當(dāng)混凝土黏聚力小于粗骨料重力時，導(dǎo)致混凝土拌合物中各組分分層（離析現(xiàn)象）。泌水現(xiàn)象發(fā)生時通常伴隨抓底、板結(jié)等現(xiàn)象；離析現(xiàn)象大都伴隨泌水現(xiàn)象的出現(xiàn)，均對混凝土的強度、耐久性、施工質(zhì)量造成嚴重影響，導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)強度不高、振搗不到位、局部結(jié)構(gòu)不密實等問題。

當(dāng)?shù)鬃鍌麚p嚴重時，軌道板受力平衡狀態(tài)的改變導(dǎo)致軌道板發(fā)生偏移，破壞軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，甚至出現(xiàn)砂漿層剝離，底座板、軌道板局部開裂等病害，增加車輛運行安全隱患。所以，高速鐵路底座板出現(xiàn)傷損后需及時修復(fù)，抑制底座板傷損病害［5-8］，提高底座板耐久性。

3 整治措施及工藝

3.1 工藝及流程

普通混凝土因拉壓比低，干縮變形大，抗?jié)B性、抗裂性、耐腐蝕性差，密度大等缺陷，使用范圍受到較大限制。隨著工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了鋼筋混凝土、自應(yīng)力混凝土和纖維混凝土，但膠結(jié)材料水泥［5］的性能沒有發(fā)生改變，限制了混凝土性能的提高。高速鐵路使用的混凝土是普通水泥，是非勻質(zhì)、多相無機脆性材料，骨料之間的結(jié)構(gòu)結(jié)合力低，水泥在硬化過程中內(nèi)部產(chǎn)生較多空腔易注入水。隨著硬化過程的完成、水分的消失，在水泥固結(jié)體內(nèi)，這些空腔呈毛細管狀，在應(yīng)力集中時產(chǎn)生微裂紋，在外作用下結(jié)構(gòu)容易被破壞［9］。要進一步提高混凝土性能，就要改進膠結(jié)材料性能，因此出現(xiàn)改性混凝土。在保持水泥原有的無機材料抗壓強度、抗折強度、耐老化的優(yōu)點時，具備增加有機材料黏結(jié)力、變形性好、密封性強的特點，使水泥砂漿的黏結(jié)力和抗?jié)B力都有了較大提高。丙烯酸柔性砂漿［10］就是其中具有代表性的一種，但是由于各種材料對水泥砂漿的改性程度不同，即各種水泥基復(fù)合材料自身的技術(shù)水平有顯著的差異，以及水泥砂漿的改性機理的不同，丙烯酸柔性砂漿各項性能均符合標準要求，不僅具有較高的黏結(jié)強度和耐久性，并且具有優(yōu)異的綜合性能，滿足高鐵底座板混凝土病害整治要求。

針對嚴寒地區(qū)高鐵混凝土底座板傷損病害，采用丙烯酸柔性砂漿的修復(fù)技術(shù)，施工包括：混凝土基礎(chǔ)清理、涂刷界面劑、安裝模板、灌注丙烯酸柔性砂漿、伸縮縫嵌縫封閉等。病害修復(fù)施工作業(yè)流程見圖2。

3.2 施工條件

為保證施工質(zhì)量，施工條件為：（1）施工時基面應(yīng)干燥，含水率不大于10%，雨天不能施工；（2）施工時環(huán)境溫度為5～35 ℃，雨雪天氣時不得進行施工；（3）丙烯酸柔性砂漿應(yīng)在有效期內(nèi)使用。

3.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3．3．1 缺陷基面處理

圖2 病害修復(fù)施工作業(yè)流程

傷損較為嚴重的底座板，采用電鎬將修補區(qū)域內(nèi)松散的底座板混凝土全部鑿除，基礎(chǔ)清理必須將粉化混凝土鑿除干凈，直至露出堅硬的混凝土基體。若混凝土鑿除深度≥6 cm，則在鑿除后的混凝土進行鉆孔植入L 形螺紋鋼筋，鋼筋直徑8 mm，植筋深度約5 cm。同時，將底座板兩側(cè)伸縮縫內(nèi)原失效嵌縫材料進行清除。

3．3．2 混凝土深層固化

將底座板表面打磨和鑿除后，混凝土表面用大型吹風(fēng)機進行除塵，除塵后在底座板表面涂刷丙烯酸基面處理劑。涂刷在底座板上的處理劑，應(yīng)涂刷均勻，根據(jù)底座板破損程度，可繼續(xù)涂刷第2遍。涂刷丙烯酸基面處理劑后，下一步施工工序需間隔1 d，待其丙烯酸基面處理劑徹底凝固后再進行后續(xù)施工。丙烯酸基面處理劑可深入混凝土100 mm下進行密封固化。

3．3．3 涂刷丙烯酸界面劑

底座板表面的丙烯酸基面處理劑干燥后，在其表面涂刷丙烯酸界面劑。涂刷界面劑前，要保證涂刷基面潮濕且無明水漬、無油漬或無明顯灰塵，涂刷均勻，無需反復(fù)涂刷。

3．3．4 支立模板

如鑿除厚度大于3 cm，必須支立模板，支立的模板與底座板的厚度要達到原設(shè)計厚度。鑿模板應(yīng)與底座板混凝土密貼，防止灌注漿液滲漏；要確保安裝模板在澆筑完后，底座板尺寸與原尺寸相同；支立的模板接觸的底座板面，要涂刷1層脫模劑，以便脫模。

3．3．5 底座板雙側(cè)伸縮縫的縫隙封閉

對底座板兩側(cè)的伸縮縫內(nèi)混凝土進行打磨處理，用大型吹風(fēng)機進行除塵，用水將表面潤濕，待表面干燥且無潮濕水漬后，采用硅酮密封膠填充至伸縮縫內(nèi)，進行密封處理，硅酮密封膠填充厚度為30 mm。直線段不進行封閉，僅對曲線段超高一側(cè)采用硅酮密封膠進行封閉，處理流程見圖3。

圖3 底座板兩側(cè)嵌縫處理

3.4 技術(shù)要求

3．4．1 丙烯酸柔性砂漿施工

現(xiàn)場攪拌丙烯酸柔性砂漿，現(xiàn)場要嚴格按照丙烯酸柔性砂漿A∶B∶C=2∶1∶1 的配合比攪拌，攪拌采用臥軸強制式攪拌機現(xiàn)場拌合。將攪拌好的丙烯酸柔性砂漿涂抹底座板表面或澆筑在涂刷丙烯酸界面劑后的模板內(nèi)，施工現(xiàn)場環(huán)境不得低于5 ℃，攪拌好的丙烯酸柔性砂漿凝結(jié)時間在0.5～2.0 h（砂漿凝結(jié)時間可根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境的溫度適當(dāng)調(diào)整砂漿配合比，滿足施工要求），單次攪拌不要太多，防止浪費；要保證涂抹或澆筑砂漿層厚度達到原底座板設(shè)計厚度，采用振搗棒進行輕微振搗。底座板上表面要預(yù)留向外3°～5°的排水坡度，在丙烯酸柔性砂漿完全硬化前，要保證丙烯酸柔性砂漿表面施工后的平整度，并預(yù)留底座板上下側(cè)伸縮縫。丙烯酸柔性砂漿采用快干施工，常溫攪拌后0.5～2.0 h會迅速凝固，凝固后將無法施工。

3．4．2 涂刷丙烯酸防水劑

涂刷丙烯酸防水劑是保護整個整治工序的必要步驟。在丙烯酸柔性砂漿和硅酮密封膠硬化后，涂刷丙烯酸防水劑，起到防水保護效果。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，可涂刷2～3層；伸縮縫位置涂刷至少3層。

3．4．3 清潔

清潔主要包括3個方面：（1）施工時要避免施工材料對軌道板等高鐵基礎(chǔ)設(shè)施的污染，可采用角磨機合金磨片將其輕微打磨干凈。（2）完成后應(yīng)清理干凈現(xiàn)場殘留垃圾，確?，F(xiàn)場干凈整潔。（3）施工工具及設(shè)備以丙酮、醋酸酯、二甲苯、天那水等溶劑清潔。

4 病害整治實踐

2017 年7 月下旬—10 月末，對京哈高鐵K1191—1230病害地段進行試驗整治，共計完成200延長米整治任務(wù)，現(xiàn)場作業(yè)最高溫度23 ℃，最低溫度0 ℃。后期現(xiàn)場檢查底座板整治效果良好，利用檢查錘對整修后地段進行敲擊，無異響，目視檢查表面無裂紋、離縫脫落。

5 結(jié)束語

高鐵線路的軌道底座板受到高速列車劇烈的反復(fù)沖擊振動，在動載荷作用下其本身將發(fā)生微小的彎曲變形，無砟軌道結(jié)構(gòu)底座板混凝土易發(fā)生粉化層基面缺陷。維護人員在利用丙烯酸柔性砂漿進行修補時，應(yīng)保證施工作業(yè)質(zhì)量，使修復(fù)后的底座板整體性能良好。在底座板修補后，混凝土層除自身應(yīng)具備足夠的強度和抗裂性外，與底座板原有混凝土之間應(yīng)具備足夠的黏結(jié)及抗凍性能，應(yīng)適應(yīng)嚴寒地區(qū)寒冷氣候的條件，確保維護高速鐵路的運行安全。