京滬高速鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道底座板施工技術研究

陳亞敏

(中鐵十六局集團第一工程有限公司,北京 101300)

1 概述

我國時速350 km(或以上)高速鐵路軌道結構設計形式主要采用無砟軌道結構系統,京滬高速鐵路無砟軌道設計采用的主要是CRTSⅡ型板式無砟軌道結構體系,無砟軌道結構尺寸施工誤差要求和質量要求極高。正線曲線地段超高設計通過底座板斷面高度尺寸調整來實現,所以在緩和曲線段底座板的高度是不斷變化的,需要采用不同高度的模板才能實現底座板的連續施工,因此就需要設計一種特殊的模板來滿足施工需要。

在底座板施工過程中,通過對模板設計、機具配置、結構尺寸要求、質量保證、進度指標等各方面綜合考慮,經過多種模板及振搗梁調試,現場進行多次試驗,不斷調整改進,反復驗證后,最終選定高模低筑成套模板系統作為京滬高速鐵路底座板施工的主型模板及振搗設備。此模板系統為我國首次研制,并成功應用于京滬高速鐵路建設。不僅滿足了底座板混凝土施工技術的要求,同時也滿足了路基和隧道低塑性混凝土支承層施工技術的需要,滿足高速鐵路施工技術驗收標準,取得了寶貴的施工經驗,形成了一套較為完整的施工技術。

2 工藝設計

2.1 工藝原理

CRTSⅡ型無砟軌道結構曲線超高是通過底座板結構高度尺寸的調整來實現(圖1、圖2),底座板在緩和曲線段的高度是不斷變化的,而且施工時,底座板施工除后澆帶處(鋼板連接器后澆帶和剪力齒槽后澆帶)可斷開外,其他段落必須連續成段施工,因此要求模板必須具備以下功能：

(1)具有可調高功能,滿足模板微調高功能；

(2)盡量使底座板結構一次成型；

(3)能夠滿足自動整平系統行走；

(4)模板支撐系統不能破壞梁面防水；

(5)低塑性混凝土和普通混凝土通用。

高模低筑模板系統正是為了滿足以上需要而設計的,底座板高模低筑施工工藝主要是以安裝在底座板兩側具有一致高度且頂面裝有走行軌道的模板為關鍵施工模具,通過水準儀精確測量并微調走行軌道高程,使走行軌道頂面高程與底座板頂面高程高差一致,然后安裝提漿整平系統走行在模板頂面的走行軌道上(圖3),利用微調裝置垂直調整提漿和整平滾杠左右側的高度,將提漿和整平滾杠的底面高程和底座板混凝土的設計頂面高程設置為一致后,即可開始混凝土灌注施工,同時施工過程中,結合模板支撐系統、自動拉毛系統、機械倒運系統作為輔助施工的一種施工工藝。

圖3 高模低筑模板系統現場使用示意(單位：mm)

高模低筑模板成套系統主要由兩大系統組成：一是模板及支撐結構系統,主要由定尺鋼模和走行軌道組成,支撐結構由線間支撐和與防護墻之間支撐組成；二是整平系統(圖4),主要由主框架、螺旋整平滾杠、提漿滾杠(2個)、微調裝置、動力裝置、走行裝置和傳動系統組成。

圖4 高模低筑模板整平系統沿橋梁斷面結構設計

2.2 模板及其支撐結構設計

2.2.1 模板設計

模板系統主要由模板和模板上部的走行軌道部分組成(圖5),模板根據不同的混凝土高度,采用1塊或2塊模板拼裝,最下面一塊高30 cm,如果混凝土高度超過30 cm,上面一塊高度可以選擇高10、20、30 cm的模板拼裝。

走行軌道安放在模板的最上方,通過可調高螺栓與模板頂面連接,微調時,通過調整可調高螺栓的擰進或旋出來達到調整軌道高程的目的。

2.2.2 模板支撐設計

模板的加固支撐系統主要由與防護墻之間的支撐(圖5)和線間支撐(圖6)組成,防護墻間支撐主要是利用防護墻斷縫處沿墻安設角鋼,通過張拉絲杠與角鋼連接,通過張拉絲杠來實現固定模板；線間主要通過利用箱梁頂板的泄水孔安設錨固裝置,然后在兩個錨固裝置之間安設槽鋼,通過張拉絲杠連接模板和槽鋼來固定模板。左右線底座板模板支撐結構各成一個穩定的支撐系統,分別受力,互不影響。既可以保證單側模板在提漿整平機行走時的穩定性,也可以保證底座板寬度控制精度。現場施工時,此套模板系統可以左右線同時使用,也可以左右線錯開一定的距離分開使用。

圖5 靠近防護墻處模板與支撐結構設計

圖6 線間模板與支撐結構設計

(1)線間支撐

中線支撐的設計中,充分利用線路中心線泄水孔獨特位置,并將9 m一節的I18型鋼沿線路縱向置于泄水孔處,在工字鋼下邊焊接上φ10 cm的鐵管,鐵管直接伸入泄水孔把工字鋼卡在梁面上,兩個工字鋼的接頭用長1 m的[10型鋼進行連接，工字鋼縱向長度可以根據需要進行調節。

(2)防護墻處支撐

防護墻側的支撐用10號角鋼,利用原防護墻中間的1 cm的伸縮縫,在角鋼一邊對應伸縮縫處打好螺絲眼,用長螺絲將其擰緊；另一邊對應支撐處打好螺絲眼用來安裝頂拉桿。

2.3 振搗整平系統設計

圖7 提漿整平系統結構示意(單位：mm)

提漿整平系統(圖7)是高模低筑施工工藝的核心系統,此系統主要實現底座板高程控制和底座板表面整平兩項功能,底座板高程控制主要是由整平滾杠通過微調裝置來進行高度調整,底座板表面整平主要是通過兩個提漿滾杠和一個螺旋滾杠來實現的。螺旋滾杠在前進方向的前面,主要作用是對混凝土表面粗平,后面兩個提漿滾杠來對混凝土表面進行提漿和再平整,同時整平系統的走行具有前進、倒退和速度可調的功能。

2.4 配套設備設計

2.4.1 自動拉毛系統

底座板頂面設計要進行拉毛處理,拉毛深度為1.8～2.2 mm,為方便施工和提高拉毛質量,現場采用自行設計的機械拉毛機(圖8)進行拉毛處理,取得了很好的效果。

圖8 自動拉毛機及拉毛后效果

2.4.2 模板倒運架系統

施工時,線上空間有限,物流組織比較擁擠,底座板模板數量較多,車輛運輸很難實現,專門設計了模板倒運架(圖9),人工推動,模板直接由掛鉤吊裝轉移,從而實現了模板的快捷運輸。

圖9 模板倒運架

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

底座板高模低筑施工工藝流程見圖10。

圖10 高模低筑施工工藝流程

3.2 施工工藝要點

3.2.1 施工準備

(1)梁面兩布一膜滑動層鋪設完成,驗收合格。

(2)底座板鋼筋籠鋪設完成,驗收合格。

(3)底座板施工段落劃分已經完成。

3.2.2 模板拼裝

(1)為方便搬運和有利于微調,模板每2～3 m一節為宜,每個施工段落可以利用梁端處剪力齒槽后澆帶或梁跨中處鋼板連接器后澆帶斷開劃分,每個段落必須一次澆筑成形。

(2)模板安裝時,不能破壞兩布一膜和防水層,模板要壓住兩布一膜邊緣,確保混凝土施工完成后,混凝土與梁面不接觸。

(3)端模可根據底座板斷面尺寸的不同,制作不同的鋼模板或木模板。

3.2.3 模板及提漿整平系統調整

模板的頂面高程不需要控制,混凝土頂面的高程控制通過兩方面的高程調整來控制,一是通過調整模板頂面走行軌道的高度來實現,走行軌道與模板頂面之間通過可調高螺母來連成一體,通過調整調高螺母使得軌道頂面高程發生變化,調整范圍能達到±2.5 cm,此功能主要是由線路的縱向豎曲線高程來控制模板上走行軌道沿線路方向的高程,使得軌道的高程距離底座板/支承層表面高程均勻一致；二是通過調整振動整平系統的可調手柄來實現,調高手柄主要控制整平和提漿滾杠與走行軌道頂面的相對高差,從而實現振動整平滾筒高程與軌道高程差值為定值,在振動整平系統走行時,達到精確控制底座板頂面高程,此功能可以實現振動梁兩端的不同的相對高差。以上兩個方面相輔相成,配合使用,在施工過程中如果發現高程有誤差,可以隨時調整,不至于停工,方便快捷,操作簡單。施工時注意以下事項。

(1)模板安裝完成后,及時對模板進行微調,微調依據底座板高程而定。

(2)直線段：模板高度一致,沒有變坡要求,只通過調整模板走行軌道高程即可實現高程控制,此時將提漿整平滾杠調成水平即可。

(3)緩和曲線和圓曲線段：由于緩和曲線段高程隨里程不斷變化,可通過調整走行軌道高程,使得軌道高程與設計混凝土高程差值一致,同時把整平提漿系統根據高程變化調整成一側高一側低,從而保證整平系統滾杠左右側底面與底座板頂面高程一致。

(4)提漿整平系統微調手柄在微調結束后,一定要鎖死,以防走行過程中位置發生變化。

3.2.4 混凝土澆筑、養生

(1)混凝土澆筑可以采用吊車吊裝上橋或泵送方式,混凝土入模后,首先由現場工人進行攤鋪、振搗,然后由整平提漿系統進行精確平整,然后由人工收面。

(2)混凝土振搗過程中,振搗棒不能接觸兩布一膜,否則會造成兩布一膜起皺。

(3)底座板表面采用自制的拉毛機進行機械拉毛,拉毛速度快,拉毛整齊,深度一致。

(4)拉毛工藝要點：一是拉毛時間要掌握好,混凝土初凝后約0.5 h(15～20 ℃,其他根據氣溫情況而定)進行拉毛,效果較好；二是拉毛工具要適用,塑料長毛刷剛度不夠,鋼絲刷又太硬太細,最好把塑料毛刷長度剪短,增加剛度,發現塑料毛刷變軟要及時更換,每次拉毛后要及時清洗。

(5)拉毛后,采用土工布覆蓋灑水保濕養生,最好采用滴灌法養生。

3.2.5 模板拆除、搬運

(1)混凝土養護24 h后,即可開始拆模。

(2)由于梁面施工空間較小,模板搬運物流較不便,建議采用自行設計的機械倒運架運輸模板,非常便利。

3.3 施工工藝特點

(1)高程精確控制。通過模板頂走行軌道和框架上兩側的微調手柄可以精確調整振動整平系統高程,從而精確控制混凝土的頂面高程。

(2)操作簡單。此模板可實現快速拼裝,精確定位。精調后,只控制整平系統走行即可。

(3)降低成本。底座板豎邊澆筑一次成形,無需重新整修。

(4)具有通用性。不僅適用于不同超高段底座板,而且適用于支承層施工。

(5)可提高施工進度。此模板系統可以快速循環使用,按照日進度計劃的2倍配置模板即可。

(6)支撐系統簡單易行,支撐牢固。利用梁面的泄水孔位置和防護墻,對模板起了很好的加固作用,不會發生跑模漲模。

(7)可實現全程流水作業。配合機械拉毛系統和模板倒運架使用,實現鋼筋綁扎→立模→混凝土施工→混凝土頂面拉毛→覆蓋養生等一系列工序的流水作業和機械化作業。

4 施工器具

現場采用高模低筑施工工藝施工,每天施工進度按照雙線200 m進行組織,施工投入工機具見表1。

表1 底座板高模低筑施工工機具

5 質量控制要點

橋梁底座板和路基支承層施工完成后的外形尺寸控制是施工的關鍵,所允許的偏差較小，見表2。

表2 混凝土支承層外形尺寸允許偏差及檢驗方法

高模低筑施工工藝主要是以安裝在底座板兩側模板為關鍵施工模具,通過水準儀精確測量并微調走行軌道高程,使提漿整平系統安裝在走行軌道上,利用微調裝置垂直調整提漿和整平滾杠左右側的高度,從而達到精確施工底座板的目的,因此底座板施工精度主要是控制走行軌道高程和提漿整平滾杠高程。

影響底座板施工質量主要有以下因素：測量控制、模板及施工機具加工精度、模板支撐體系牢固性。因此要從以下方面做好質量控制。

(1)加強原材料質量控制,重點控制混凝土配合比,尤其是曲線超高地段。

(2)施工過程加強測量控制,澆筑混凝土初凝前,要用水準儀等測量設備對底座板高程進行復核,以便于及時發現底座板施工誤差,并及時進行處理和調整滾杠高度。

(3)提漿整平滾杠的高度在施工前一定要進行復核,進入下一段底座板施工前,要重新調整滾杠的高度。

(4)加強施工過程質量控制：加強鋼筋綁扎、混凝土澆筑、頂面拉毛、養護過程中質量控制,重點控制后澆帶位置處理,尤其是剪力齒槽位置的質量控制；加強混凝土振搗,消除模板根部爛根、空洞、麻面問題的出現；施工過程中,隨時檢查底座板高程的控制,及時調整提漿整平系統的高度控制。

(5)其他

①底座板混凝土澆筑前,安排專人檢查預埋件安裝的準確性。

②底座板施工,鋼筋綁扎時,不能用尖銳的東西與兩布一膜滑動層直接接觸,以免損壞滑動層。

③混凝土澆筑完成后,加強養護,養護初期要避免重物硬物碰觸底座板邊緣,以免磕碰掉角。

④對模板加強保護,避免碰撞變形和銹蝕。

6 結語

此技術首次應用于我國高速鐵路施工,高模低筑施工工藝不僅適用于橋梁段底座板的施工,同樣適用于路基和隧道內支承層低塑性混凝土施工,此工藝在京滬高速鐵路應用86.797 km,其中橋梁底座板應用48.5 km,隧道支承層應用1.504 km,路基支承層應用36.793 km。

采用高模低筑施工成套設備,并采用機械振動提漿、拉毛和倒運物資等工藝,實現了施工全過程的機械化,提高了施工進度和質量,其經濟效益和社會效益顯著,在其他鐵路客運專線施工方面具有廣泛的推廣應用價值。

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