高速鐵路架梁施工中自流平支座砂漿的研究及應用

張 勇，楊富民

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所 北京市鐵鋒建筑工程技術開發公司，北京 100081)

橋梁鋪架質量是保證橋梁梁體受力是否均勻的重要環節。傳統的預制梁體鋪架方法是將梁體直接安放在支承墊石上的干硬性砂漿上，依靠自重壓實干硬性砂漿，然后錨固支座螺栓。這種方法往往導致梁體四個支點不在一個水平面上，產生三點受力現象，而不能保證四支點受力完全相同。大量科研成果表明，橋梁支座四支點不平整將使梁體橫向承受附加應力，當不平整量較大時會引起梁頂板和底板的開裂。因此，在高速鐵路架梁時不再采用這種鋪架方式。

目前，國內的橋梁鋪架主要根據國外的橋梁鋪架成功經驗，也就是采用先將梁落放在按架梁高程調平的墩臺上的千斤頂上，然后在與支座的縫隙間填充自流平無收縮灌漿料(或采用調高支座進行調整)，避免三點受力現象的產生。國內梁體架設相關的技術標準已逐步要求采用測力千斤頂作為臨時支點，確保梁四支點的反力差在5%之內，在支承墊石與支座底面之間采用灌漿材料填實后落梁就位。

1 鐵路灌漿材料的技術要求

我國自流平灌漿材料開發比較晚，在20世紀90年代以前大部分采用的都是國外進口材料，大約20世紀90年代后國內才逐漸自行開發這類產品。目前，國內灌漿材料已發布的標準有1998年冶金工業部建筑研究總院起草編制的《水泥基灌漿材料施工技術規程》(YB/T 9261—98)和2005年發布的中華人民共和國建材行業標準《水泥基灌漿材料》(JC/T 986—2005)，這兩個標準對指導我國灌漿材料的生產制造施工技術和質量驗收等方面起到了巨大的作用，已廣泛應用于設備基礎二次灌漿、地腳螺栓錨固、混凝土結構加固、修補和改造等方面。

在鐵路橋梁鋪架安裝的灌漿施工中，橋梁底端支座與橋墩支撐墊石之間的施工空間狹窄，一般僅有20～30 mm的施工空間，要求材料具有較高的早期強度和更好的流動性，以滿足施工進度和施工質量要求。因此，鐵路相關部門參考相關行業標準，針對鐵路支座安裝灌漿的特點，對支座灌漿材料的某些性能指標做了規定。主要指標如下:漿體水灰比不宜＞0.34，且不得泌水，流動度≥320 mm，30 min后流動度不應＜240 mm;抗壓強度，28 d≥50 MPa，56 d和90 d后強度不降低;彈性模量，28 d≥30 GPa;抗折強度，24 h≥10 MPa;標準養護條件下漿體28 d膨脹率為0.02%～0.10%。

2 鐵路灌漿材料的試驗研究

2.1 原材料

原材料主要有水泥、減水劑、石英砂、礦物摻合料、增稠組分、調凝組分和高分子聚合物。

2.2 性能測試

1)流動性能試驗，鐵路支座灌漿材料由于其施工部位的特殊性，必須是一種高流態的漿體材料，流變性的好壞至關重要，也可以說，高流態是可施工的先決條件。影響流動性能的主要因素有:用水量、減水劑的減水率及用量、石英砂的粒形及級配。

2)漿體的凝結時間是支座灌漿材料的一項重要指標，凝結時間的長短，既關系到漿體的可操作性時間，也對灌漿材料試件的早期強度有影響。根據橋梁的施工進度要求，一般要求2 h后灌漿材料要有一定的強度。

環境溫度及漿體自身溫度對漿體的凝結時間有較大影響，相同條件下，溫度高，可操作時間和凝結時間縮短，早期強度高;溫度低，可操時間和凝結時間延長，早期強度低。凝結時間測定除采用在標準試驗條件下進行外，還要求模擬工地實際溫度范圍進行測試和配方的調整。

3)漿體勻質性能的試驗研究。勻質性好的漿體材料，應該具有較好的流態性和黏聚性，不泌水、不分層。可以通過摻加增稠組分、高分子聚合物和礦物摻合料等手段來改善漿體的勻質性。

4)力學性能試驗。兩種類型早強自流平灌漿材料(試驗編號ZYY05，用水量14%，初凝60 min)和(試驗編號ZYX05，用水量14%，初凝100 min)。2～24 h的抗折、抗壓強度，及其隨時間的發展變化曲線見圖1，長期強度主要測試結果見圖2。結果表明:抗壓強度和抗折強度在早期發展迅速，24 h抗壓強度超過了40 MPa，抗折強度達到了11.3 MPa。漿體的早期強度發展迅速，漿體長期力學性能良好，后期強度繼續增加，沒有出現強度倒縮現象。

2.3 現場模擬試驗

圖1 24 h抗折/抗壓強度發展曲線

圖2 90 d抗折/抗壓強度發展曲線

為了較真實地模擬灌注現場情況，試驗采用尺寸1 000 mm×1 000 mm的透明玻璃板來模擬橋梁支座底面，尺寸1 200 mm×1 200 mm的混凝土板模擬橋墩上的支承墊石。模擬混凝土支承墊石四周用模板封閉，防止漏漿。玻璃板放在模擬支承墊石中央，玻璃板用混凝土塊墊起與模擬支承墊石距離保持25 mm。試驗結果見表1。結果表明，灌漿材料2 h抗壓強度為26.0 MPa，24 h抗折強度為 12.5 MPa，28 d抗壓強度為75.2 MPa，自由膨脹率0.04%，長期強度發展良好，符合技術要求。

經模擬試驗還發現，由于玻璃板與支承墊石間距非常小，支座灌漿材料在灌注過程中流動速度比沒有覆蓋玻璃板的灌漿材料流動慢，我們把這一現象稱為“黏滯效應”，施工時應密切注意漿體流動度的變化。經分析可以得知漿體流動度、支座尺寸和支座與墊石的間隙三者之間存在一定的關系。漿體流動度好、支座與支承墊石間隙大、支座尺寸較小則容易灌實;反之，則不易灌實或灌注時間較長。因此，施工前進行現場模擬試驗是非常有必要的。

表1 灌漿材料技術指標及試驗結果

3 鐵路灌漿材料的施工應用

在初步定位后下落箱梁，箱梁下落至距支承墊石50 cm時減緩下落速度，檢查箱梁底部十字線與支承墊石頂面十字線之間的偏差，調整天車后下落箱梁至墩頂上，采用測力千斤頂作為臨時支點，確保箱梁四支點的反力差在5%之內，利用精確定位裝置和4臺500 t千斤頂將箱梁調整至設計位置。然后采用重力灌漿方式對支承墊石與支座底面及錨栓孔處空隙進行灌注，灌漿從支座中心部位向四周注漿，直至從模板與支座底板周邊間隙處觀察到灌漿材料全部灌滿為止。灌漿前應初步計算所需漿體體積，實際灌注漿體數量不應與計算值產生過大的誤差，防止中間缺漿。灌漿材料達到規定強度后，拆除模板，檢查是否有漏漿處，對漏漿處進行補漿。擰緊下支座板地腳螺栓，拆除上、下支座板連接角鋼，拆除臨時千斤頂。鐵路預制梁鋪架見圖3，重力灌漿施工示意如圖4。

圖3 高速鐵路預制梁鋪架

目前，項目研制生產的TK-Z系列支座灌漿材料產品已廣泛應用于合武、武廣、溫福、福廈、哈大、京滬、鄭西等多條高速鐵路客運專線上。使用單位普遍反應產品質量穩定、使用方便，產生了良好的經濟效益。

4 結語

1)在支承墊石與支座底面之間采用灌漿材料填實后再落梁就位的施工工藝提高了橋梁鋪架質量，避免了梁頂或底板可能產生的開裂，提高了橋上線路的平順性，具有良好的推廣前景。

圖4 重力灌漿施工示意

2)通過對灌漿材料性能影響較系統的研究，結合鐵路工程特點成功研制出性能良好，價格適宜的TK-Z系列支座灌漿材料。

3)研制的灌漿材料具有如下特點:流動性能好，能夠依靠自重充滿支座與支承墊石之間的間隙，具有自流平、自密實特點;對鋼筋無銹蝕作用、微膨脹、不泌水、耐久性能好;工作性可控，根據施工和環境要求進行調整，凝結時間可控制在0.5～12.0 h，能夠完全滿足5℃ ～35℃溫度條件下的施工;早期強度高，后期強度不倒縮，2 h抗壓強度可大于20 MPa，24 h抗折強度可大于10 MPa，28 d抗壓強度可大于60 MPa，滿足施工進度的要求。

4)通過技術推廣，TK-Z系列支座灌漿材料產品已在多條高速鐵路中應用，取得良好的經濟效益和社會效益。

［1］中國鐵道科學研究院.高流態鐵路橋梁支座灌漿材料的開發、生產及施工應用試驗研究［R］.北京:中國鐵道科學研究院，2008.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵科技函［2004］120號 客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［3］中華人民共和國鐵道部.科技基［2005］101號 客運專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］李勤銘.客運專線橋梁盆式橡膠支座安裝施工技術［J］.鐵道建筑，2008(5):38-39.