CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土施工技術(shù)

莫江云 （中國(guó)中鐵上海工程局一公司，江蘇 南京 210000）

1 引言

具有我國(guó)工程特色的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道是我國(guó)研究工程人員經(jīng)過長(zhǎng)期工程項(xiàng)目積累，具有我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在結(jié)合我國(guó)施工環(huán)境基礎(chǔ)上推出的新型鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)形式，該技術(shù)的關(guān)鍵在于以自主研發(fā)的新型自密實(shí)結(jié)構(gòu)混凝土替代傳統(tǒng)意義上的水泥乳化瀝青砂漿材料作為施工板下填充層材料。擁有我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)研發(fā)的自密實(shí)結(jié)構(gòu)混凝土采用新型的配料方式：由水泥、粗細(xì)骨料、粉煤灰、礦物摻和料、外加劑、膨脹劑和水等經(jīng)嚴(yán)格的比例摻合配制而成，該混合料在澆筑時(shí)無需振搗就可以達(dá)到飽滿、密實(shí)的狀態(tài)，經(jīng)過長(zhǎng)期的工程使用，充分驗(yàn)證了該模型具有較為良好的灌注施工性，同時(shí)該結(jié)構(gòu)模型具有體積穩(wěn)定性，在真實(shí)施工環(huán)境中展現(xiàn)了低彈性模量和高耐久性的良好工程特點(diǎn)。

2 CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及技術(shù)特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過我國(guó)的自主研發(fā)設(shè)計(jì)形成的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)從常規(guī)意義上可以分成以下部分：60kg/m鋼軌、WJ-8B扣件、承軌臺(tái)、軌道板，其中更具特色的工程材料包括自密實(shí)混凝土、隔離層、底座等。具體結(jié)構(gòu)型式見圖1。

圖1 直線地段無砟軌道斷面圖

底座板采用C30鋼筋混凝土，路基地段寬3100mm，設(shè)計(jì)厚度300mm，橋梁、隧道地段寬2900mm，設(shè)計(jì)厚度200mm；通常意義上的結(jié)構(gòu)類型包括兩個(gè)上、下表面尺寸，與之對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸分別為616mm×616mm，其中下表面尺寸為600mm×600mm，該結(jié)構(gòu)的高度為100mm，并且設(shè)置傾角結(jié)構(gòu)，其中傾角為13:1類型的凹槽結(jié)構(gòu)形式。

軌道板采用C60普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，路基、隧道內(nèi)鋪設(shè)P4856、P5600等規(guī)格軌道板，橋上鋪設(shè)P4856、P4925、P5600三種規(guī)格軌道板，板寬2500mm，板厚200mm。長(zhǎng)5600mm，扣件間距630mm；24m梁上鋪設(shè)P4856一種軌道板；32m梁上鋪設(shè)P4925、P5600兩種軌道板。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

我國(guó)工程研發(fā)人員自主研發(fā)設(shè)計(jì)的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道具有實(shí)用性強(qiáng)的特色，采用“逐塊精調(diào)，逐塊灌注，一次成型”的施工工藝流程，其主要技術(shù)特點(diǎn)及要求如下。

①通常情況下，該結(jié)構(gòu)中軌道與自密實(shí)結(jié)構(gòu)混凝土之間、自密實(shí)混凝土與底座板之間均設(shè)置了限位設(shè)置結(jié)構(gòu)。在施工過程中通常為三個(gè)層次：軌道板、混凝土底座、自密實(shí)結(jié)構(gòu)的混凝土，而且在施工過程中施工人員將此三個(gè)層次獨(dú)立進(jìn)行施工加工。在底座板每塊軌道板范圍內(nèi)設(shè)置兩個(gè)凹槽與自密實(shí)混凝土連接，當(dāng)自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)澆筑操作完成后，就形成具有一定突起面積的凸臺(tái)，經(jīng)過工程實(shí)際的測(cè)量研究發(fā)現(xiàn)該功能達(dá)到工程中要求的限位功能，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)際意義中縱橫向荷載的理論上的傳遞，從而最大程度地保證分層分塊結(jié)構(gòu)的縱橫向的工程理論上的穩(wěn)定性。

②施工過程中普遍采用具有高性能的自密實(shí)混凝土材料充當(dāng)填充層的填充材料。作為工程中常用的CRTS Ⅰ型板、工程中常用的CRTS Ⅱ型板式無砟軌道為了具有更好的施工效果，通常情況下施工人員利用水泥乳化瀝青砂漿這種工程材料作為板的填充層的常用填充材料，但是通常情況下采用的水泥乳化瀝青砂漿材料耐久性差、壽命短，很難滿足實(shí)際工程的真正需求，常常在使用過程中存在多次維修的問題，這個(gè)常見的問題成為通常情況下無砟軌道結(jié)構(gòu)使用過程中的薄弱基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。而選擇使用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的高性能自密實(shí)結(jié)構(gòu)混凝土材料便可以很好地解決填充層介質(zhì)耐久性差、不穩(wěn)定等問題，而且工藝流程簡(jiǎn)單、無需振搗、抗裂防凍性能優(yōu)良、自流性比較強(qiáng)，具有成本低廉同時(shí)能夠最大程度地減少環(huán)境污染的優(yōu)良特點(diǎn)，并且通用性較強(qiáng)，通常采用普通混凝土攪拌設(shè)備便可以對(duì)其進(jìn)行攪拌。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)分析

試件及揭板試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在施工中，檢測(cè)人員逐漸發(fā)現(xiàn)CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土在施工過程中主要暴露出以下的質(zhì)量問題：

①自密實(shí)混凝土拌合物存在泌水、離析現(xiàn)象，且擴(kuò)展度損失較快；

②揭板后混凝土表面存在水紋、氣泡過多，混凝土頂面浮漿層較厚，局部灌注不飽滿以及混凝土側(cè)面蜂窩麻面等情況；

③軌道板存在上浮和偏移，影響軌面高程。

根據(jù)以上問題，通過原材料及配合比、工裝設(shè)備以及工藝控制等方面進(jìn)行研究解決。

3 原材料及配合比

3.1 材料選用

材料選用水泥、粉煤灰、中粗砂、碎石、減水劑、水、膨脹劑、引氣劑、粘度改性材料等原材料。原材料應(yīng)符合以下要求。

3.1.1 水泥

我國(guó)相關(guān)專業(yè)在實(shí)際工程施工環(huán)境時(shí)通常采用的水泥材料一般會(huì)選擇硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥這兩種材料作為施工中的常用結(jié)構(gòu)材料。

3.1.2 粉煤灰

作為混合材料的粉煤灰的技術(shù)要求應(yīng)滿足GB1596-2005F類Ⅰ級(jí)粉煤灰的有關(guān)規(guī)定。

3.1.3 細(xì)骨料

工程實(shí)際中細(xì)骨料通常情況下應(yīng)該根據(jù)具體的工程環(huán)境選用級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)固、吸水率及空隙率較小的潔凈河沙（本材料作為工程中常用的施工材料，應(yīng)用廣泛）作為選用的材料。工程實(shí)際中細(xì)骨料顆粒級(jí)配應(yīng)符合表2Ⅱ區(qū)或Ⅲ區(qū)規(guī)定，細(xì)度模數(shù)不大于2.7，含泥量不大于2%，其他性能需符合TB/T3275的規(guī)定。

3.1.4 粗骨料

粗骨料普遍選用粒型較良好、質(zhì)地堅(jiān)固、線脹系數(shù)比較小的潔凈碎石或卵石。我國(guó)施工人員通常施工情況下選用的粗骨料宜采用二級(jí)配骨料材料經(jīng)過混合配制而成，此材料的最大公稱粒徑不宜大于16mm，針片狀顆粒不大于5%，含泥量不大于0.5%。

3.1.5 減水劑

減水劑一般情況下減水劑材料應(yīng)選用品質(zhì)較為穩(wěn)定并且在一定程度下能明顯提高自密實(shí)混凝土耐久性能的具有高性能的減水劑作為首選材料，高性能減水劑必須與水泥及摻和料之間有良好的相容性，兩者之間所要求的性能應(yīng)該最大程度地符合TB/T3275。

3.1.6 膨脹劑

膨脹劑應(yīng)選用性能符合GB23439規(guī)定的Ⅱ型膨脹劑。

3.1.7 粘度改性材料

粘度改性材料需選用能夠改善性能且不降低自密實(shí)程度的混凝土，力學(xué)性能和耐久性能的材料必須符合表1的規(guī)定。

3.2 配合比設(shè)計(jì)方案

從調(diào)整摻和物、特殊摻和料、調(diào)整外加劑和降低用水量等方面展開配合比研究，最終研制出了合格的配合比，主要參數(shù)及性能指標(biāo)如表2、表3所示。

參考配合比表（單位：kg/m3） 表2

主要性能指標(biāo)（工地試驗(yàn)室實(shí)測(cè)） 表3

通過配合比設(shè)計(jì)研究得出：

自密實(shí)混凝土灌注完成后軌道板位置允許偏差 表4

①自密實(shí)混凝土材料具有嚴(yán)格的配控比例，通常環(huán)境下施工過程中膠凝材料用量不大于590kg/m3，用水量不大于185kg/m3，砂率50%～57%，氯離子總含量不大于膠凝材料的0.1%，若原材料、施工環(huán)境、灌注工藝等發(fā)生明顯變化時(shí)，則需及時(shí)調(diào)整配合比；

②為了保證混凝土具有足夠的潤(rùn)滑層和流動(dòng)部分，降低其內(nèi)摩擦力，混凝土中需要有足夠的漿體包裹粗細(xì)骨料，從而使粗細(xì)骨料與漿體材料均勻流動(dòng)，因此，自密實(shí)混凝土良好的流變性應(yīng)根據(jù)坍落拓展度、拌合物性狀、骨料包裹程度等性能確定；

③混凝土拌和物坍落度損失問題，通過改善粗骨料顆粒級(jí)配，保證足夠的漿體用量外，還應(yīng)采取以粉煤灰替代部分水泥，使用高效的減水劑和引氣劑，添加優(yōu)質(zhì)黏度改性材料等綜合措施，提高混凝土流變性能。

4 自密實(shí)混凝土施工工藝及研究

4.1 模板安裝

自密實(shí)填充層模板由側(cè)模、端模、導(dǎo)流槽及四角插板、軌道板扣壓裝置組成。模板內(nèi)壁粘貼透水透氣模板布，模板布盡量。保證連續(xù)性，不得刻意續(xù)接，確保拆模不損傷自密實(shí)混凝土，保證側(cè)面外觀質(zhì)量完整性。

①為防止軌道板在澆筑過程中出現(xiàn)擠壓側(cè)移及上浮，每塊軌道板配備5道扣壓裝置，扣壓裝置主要由防上浮裝置、防側(cè)移支架組成，路基地段壓杠橫梁兩側(cè)將加長(zhǎng)節(jié)向兩側(cè)移動(dòng)100mm。

②壓桿橫梁兩側(cè)各設(shè)置兩套緊固裝置并預(yù)留長(zhǎng)70mm桿件固定孔位，內(nèi)側(cè)端連接軌道板采用6.3#槽鋼，槽鋼下部設(shè)頂絲4個(gè)用以固定自密實(shí)填充層模板，槽鋼上部設(shè)頂絲2個(gè)用以配合壓桿定位軌道板；外側(cè)端連接壓桿橫梁采用8#槽鋼，上部預(yù)留70mm桿件固定孔位，用于連接底座板對(duì)軌道板進(jìn)行防上浮鎖緊，下部設(shè)頂絲2個(gè)固定于底座上，用于配合壓桿橫梁橫向固定軌道板。一般情況下，軌道板壓杠裝置不少于5道，防側(cè)移固定裝置不少于3道。軌道板扣壓裝置設(shè)計(jì)大樣如圖1所示。

圖1 自密實(shí)混凝土模板圖

③模板四周設(shè)計(jì)預(yù)留高于軌道板頂面的專門排氣孔，方便混凝土排氣，最大限度保證灌注后效果，同時(shí)也便于觀察和判斷灌注是否順利到位和拆模后外觀清理。

圖2 專用排氣孔示圖

4.2 自密實(shí)混凝土攪拌及運(yùn)輸

實(shí)際工程施工過程中自密實(shí)混凝土通常情況下經(jīng)過拌和站攪拌操作后，施工人員一般都會(huì)通過混凝土罐車來完成對(duì)其運(yùn)輸?shù)牟僮?。通常情況下，罐車一次運(yùn)輸量理論上不超過2塊軌道板灌注所需數(shù)量，從攪拌開始計(jì)時(shí)到灌注結(jié)束時(shí)停止計(jì)算其有效時(shí)間，這個(gè)過程一般不宜超過60min，并且在實(shí)際的施工過程中工程人員一般要盡量減少中轉(zhuǎn)次數(shù)。在運(yùn)輸及待機(jī)途中應(yīng)保持低速攪拌，并在卸料前高速旋轉(zhuǎn)20～30s。運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)入模前經(jīng)檢測(cè)含氣量不小于3%、拓展度650～700mm、T50值3～4s和溫度5～30℃，且無分層，離析和泌漿、泌水。

4.3 灌注前準(zhǔn)備及板腔濕潤(rùn)

灌注過程注意事項(xiàng)：首先，從軌道板末次精調(diào)到混凝土灌注結(jié)束后，這個(gè)過程大約為1h，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)氣溫變化不宜超過15℃；第二，注意避開高溫、烈日、大風(fēng)、雨雪和嚴(yán)寒天氣，必要時(shí)可采取搭棚、增溫、降溫、加濕等措施確保順利進(jìn)行。灌注前我們?cè)俅芜M(jìn)行檢查并且確認(rèn)軌道板精調(diào)及加固狀態(tài)、模板和鋼筋安裝質(zhì)量，使用高壓霧化水濕潤(rùn)軌道板地面及底座表面的過程中，應(yīng)避免積水。潤(rùn)澤方法及標(biāo)準(zhǔn)一般情況下由試驗(yàn)確定。

4.4 自密實(shí)混凝土施工

4.4.1 灌注前檢查

①工程實(shí)際中通常檢查軌道板的標(biāo)高和軸向平順性是否能夠滿足一般意義上的工程要求，然后確認(rèn)精調(diào)整體受力及緊固程度是否滿足要求，一定要確保封邊模具的支護(hù)裝置滿足施工安全可靠原則。

②第二步我們要檢查模板腔體內(nèi)是否存有積水，當(dāng)土工布和限位凹槽中存有積水時(shí)，一般不能對(duì)自密實(shí)結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行灌注，尤其是工程中碰到陰雨天氣時(shí)，工程施工人員更是不得擅自進(jìn)行自密實(shí)機(jī)構(gòu)混凝土的灌注和施工等不合時(shí)宜的操作。

③通常情況下在進(jìn)行灌注之前，應(yīng)檢查軌道板模板四周的密實(shí)情況和排漿孔的設(shè)置情況，并檢查軌道板板端的所有橫向邊縫是否密封完好。

④攪拌前，測(cè)定骨料含水率，根據(jù)骨料含水率的大小及時(shí)調(diào)整施工配合比，每班抽測(cè)頻率不得少于2次。

4.4.2 灌注施工

實(shí)際工程施工人員在灌注時(shí)一般情況下從軌道板中間的灌注孔完成灌注工作，通常在實(shí)際施工過程中一般需要一次性完成灌注工作。灌注料斗需一次性加裝整塊板所需充填量，料斗容量不宜小于單塊軌道板最大灌注量的120%。

實(shí)際工程以上的自密實(shí)混凝土進(jìn)行灌注工作一般可采用灌注小車或門吊等工程中常用的施工設(shè)備進(jìn)行施工工作。線間小車可滿足雙線同步施工需求，小車底部設(shè)置4個(gè)直徑為30cm的萬向輪，小車配備料斗裝料量約2m3，料斗底部設(shè)置閉合卡板，完成一個(gè)節(jié)段自密實(shí)混凝土灌注后，將卡板封上即可。小車車體兩側(cè)各設(shè)置不小于1.5m的導(dǎo)流槽，導(dǎo)流槽兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)吊環(huán)，吊環(huán)與小車車體用手拉葫蘆連接，以便控制導(dǎo)流槽槽口灌注高度，導(dǎo)流槽底部設(shè)置兩個(gè)支撐角鋼，角鋼一端固定在車體上，另一端焊接一塊鐵板，以此作為導(dǎo)流槽托架。

圖3 線間行進(jìn)灌注小車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

為了使自密實(shí)混凝土在有限的空間內(nèi)更好地完成成型質(zhì)量，減少混凝土浪費(fèi)，施工過程中自密實(shí)混凝土在進(jìn)行灌注之前通常應(yīng)在軌道板中心灌注孔處設(shè)置一個(gè)硬質(zhì)的下料管，然后在前后觀察孔處設(shè)置一個(gè)硬質(zhì)的防溢管。澆筑過程中通常按照“先快后慢”的節(jié)奏灌注，混凝土從觀察孔涌入后操作過程減慢速度，通常情況下或者根據(jù)工程實(shí)際要等到全部PVC套管中所含有的混凝土的高度達(dá)到一致時(shí)停止灌注，一般情況下灌注時(shí)間大約為8～12min。另外灌注過程中需注意根據(jù)溢出情況及時(shí)封堵排氣孔。初凝后，將灌注孔和觀測(cè)孔內(nèi)的多余的混凝土打掃清理干凈。工程中一般采取的高度為15cm左右，然后對(duì)每根灌注孔插入1根連接鋼筋型號(hào)采用S型，接下來的操作步驟就是要拆除原來的PVC套管，需要將軌道板表面及四周的灌注物清理干凈，最大限度地保證清潔。自密實(shí)混凝土在實(shí)際工程施工完成后，一般工程施工在其完成灌注3小時(shí)內(nèi)不得移除灌注孔的下料管和觀察孔處的防溢管。

4.4.3 拆模與養(yǎng)護(hù)

①通常情況下自密實(shí)混凝土在完成灌注作業(yè)后，要進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不得少于3天。

②通常情況下研發(fā)的自密實(shí)機(jī)構(gòu)的混凝土在最終冷凝后，我們可以進(jìn)一步地拆除扣壓裝置和防側(cè)移的用來固定的裝置，當(dāng)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度為10MPa或者高于這個(gè)值，表面及棱角不會(huì)因拆模受到損傷時(shí)，我們便可以拆除軌道板及其軌道板四周的模板模具。逆向拆模過程中不得損傷軌道板四周及它們周圍的自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)。實(shí)際工程施工過程中，當(dāng)需要拆除的模板在完成與之相連的混凝土后，工程中的施工人員方才可以對(duì)其進(jìn)行拆卸、完成后續(xù)的調(diào)運(yùn)模板操作。

③在拆模作業(yè)結(jié)束后，還要對(duì)自密實(shí)結(jié)構(gòu)的混凝土采取工程中常用的土工布進(jìn)行包裹，采用工程養(yǎng)護(hù)膜對(duì)其進(jìn)行覆蓋或?qū)ζ溥M(jìn)行噴養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)等，通常情況下養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14天，養(yǎng)護(hù)水與混凝土表面溫差值一般情況下不得大于理論上的5℃。

④通常情況下在完成拆模動(dòng)作后，施工人員應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，在達(dá)到表面具有100%的設(shè)計(jì)承壓強(qiáng)度后，方可承受理論意義上計(jì)算得到的全部設(shè)計(jì)荷載和負(fù)載值。

5 結(jié)語(yǔ)

自主設(shè)計(jì)的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道所采用的自密實(shí)混凝土施工技術(shù)經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證然后通過近幾年廣泛應(yīng)用，通過最終的施工效果已經(jīng)可以說明該施工技術(shù)方案的質(zhì)量可靠、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工，對(duì)原材料及配比、工裝設(shè)備、主要施工工序等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)施工提供借鑒。