鄭徐客運專線CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土施工工藝探討

王顯進

(中國鐵路總公司 工程質量安全監督總站，北京 100844)

鄭徐客運專線CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土施工工藝探討

王顯進

(中國鐵路總公司 工程質量安全監督總站，北京 100844)

針對高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道調整層結構特點，在大量灌板試驗的基礎上，分析了自密實混凝土性能控制指標、灌注方式、軌道板壓緊工藝參數、防溢管高度及自密實混凝土養護方式。結果表明:自密實混凝土塌落擴展度650 mm，中間孔灌注效果最優;每塊軌道板壓緊裝置設置數量直線段為4道、曲線段為5道，每個螺母通過扭矩扳手施加80 N·m的力矩比較合理;防溢管高度宜設置為50 cm;自密實混凝土采用養護劑養護較好。

高速鐵路 CRTSⅢ型板式無砟軌道 自密實混凝土 施工工藝

板式無砟軌道是高速鐵路軌道結構的一種形式，其具有平順性好和維修少的特點，是我國高速鐵路的主要結構形式之一。目前，我國板式無砟軌道結構分為CRTSⅠ型、CRTSⅡ型和CRTSⅢ型三種［1］，前兩者為國外引進技術，后者為我國具有自主知識產權的新型軌道結構，其在結構設計和材料組成上都與前兩者不同。其中，在材料組成上的最大區別就是CRTSⅢ型板式無砟軌道結構調整層材料為自密實混凝土，而非前兩者的水泥乳化瀝青砂漿。自密實混凝土關鍵特點就是具有良好的工作性(高的流動性、間隙通過性、抗離析性和填充性)［2-4］;同時，與水泥乳化瀝青砂漿相比，其具有更好的耐久性能。自密實混凝土自問世以來，在國內外已廣泛應用于高層或超高層建筑、水工大壩、預制構件等［5-9］，但沒有在高速鐵路板式無砟軌道調整層結構中應用的先例，國內也是剛開始在盤營客運專線、成綿樂客專眉樂段、武漢城市圈武漢至咸寧鐵路等幾條線路進行了小規模應用，其施工工藝和相關質量控制參數都還未成熟，有待進一步深化研究。2014年1月，中國鐵路總公司批復鄭徐客運專線全線采用CRTSⅢ型先張板式無砟軌道結構，并先后設立了2個科研課題對鄭徐客專無砟軌道施工關鍵技術進行深化研究。鄭徐客運專線是我國首次大規模應用CRTSⅢ型先張板式無砟軌道結構的線路，其采用的CRTSⅢ型板式無砟軌道成套施工技術需要探討、優化、固定，自密實混凝土施工技術是其中的關鍵技術之一。基于此，科研課題組對CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土施工工藝及其參數進行研究，以期為其大規模應用提供參考。

1 CRTSⅢ型板式無砟軌道結構特點

CRTSⅢ型板式無砟軌道結構由上向下分別由鋼軌、墊板與扣件、軌道板、自密實混凝土調整層、中間隔離層、鋼筋混凝土底座組成，見圖1。自密實混凝土調整層在設計上與軌道板共同承受列車動荷載，這要求自密實混凝土與軌道板要緊密粘結在一起，形成復合整體結構。自密實混凝土調整層與軌道板長寬相同，因而在施工自密實混凝土時，當緊貼軌道板側面的模板關閉以后，調整層處于軌道板和鋼筋混凝土底座之間，幾乎是一個全封閉空間結構，設計上供自密實混凝土進入調整層空間的通道僅是軌道板中心線上三個制造時預留的孔道，即中間的一個灌注孔和兩側各一個觀察孔。

圖1 CRTSⅢ型板式無砟軌道結構示意

2 CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土施工工藝探討

在中國高速鐵路無砟軌道結構中自密實混凝土最初用在道岔區道岔板充填層中，但由于道岔區在整個線路中占比很少，且道岔區充填層設計上沿線路橫向兩側寬出道岔板20 cm，即自密實混凝土的灌注端和出料端均為開放式的，施工難度較小［2］。鄭徐客專CRTSⅢ型板式鄭徐客專無砟軌道充填層則是全線采用自密實混凝土，自密實混凝土調整層厚度僅9 cm，長寬則分別達到5.6 m和2.5 m，是一種典型的狹長薄板狀結構。自密實混凝土調整層頂面為軌道板所覆蓋，四周為模板所封閉，灌注通道只有軌道板上3個直徑不足180 mm的小孔，其施工工藝與傳統道岔區自密實混凝土施工完全不同。

根據CRTSⅢ型板式無砟軌道調整層結構特點和已有施工經驗，科研課題組結合鄭徐客運專線工程實際，對CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土施工工藝參數進行了優化。自密實混凝土施工工藝流程見圖2。其中，自密實混凝土生產、壓緊工藝、防溢管設置、灌注施工、養護是影響自密實混凝土施工質量的關鍵工序，科研課題組對這些關鍵工序中的相關參數進行了優化。

圖2 CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土施工工藝流程

2.1 自密實混凝土性能指標

自密實混凝土性能決定著自密實混凝土能否有效充滿調整層結構，以及自密實混凝土與軌道板混凝土能否良好粘結。鐵路標準［10］對板式無砟軌道結構用自密實混凝土性能指標進行了規定(見表1)。其中，坍落擴展度和擴展時間是表征自密實混凝土性能的主要指標。鐵路標準中的規定是一種通用性的要求，也是對自密實混凝土性能的最低要求，其無法考慮到現場實際工況的每一方面。因而，需針對現場原材料、施工環境溫度、運輸距離等實際情況，確定最佳參數。

表1 自密實混凝土性能指標

考慮到在實際施工中，操作人員對自密實混凝土的調控能力，自密實混凝土的入模流動性必須控制在一個合理范圍內，其流動性過大和過小都不利于實際施工操作。自密實混凝土配合比試驗通過調整減水劑用量，制備出5種不同擴展度大小的自密實混凝土，并進行了線外軌道板灌注試驗，其拌合物性能見表2。

表2 自密實混凝土拌合物性能

由表2可見，自密實混凝土坍落擴展度在610～760 mm均能很好灌滿整個調整層;但隨著自密實混凝土坍落擴展度的增大，拌合物離析傾向也越來越大，實體結構揭板質量也呈變差趨勢;隨著自密實混凝土坍落擴展度的降低，在滿足可施工性前提下，混凝土拌合物穩定性呈改善趨勢，但灌注時間增加;當自密實混凝土坍落擴展度為550 mm時，自密實混凝土已不具有足夠的自密實能力。結合工程實際施工進度安排和現場管理水平，確定自密實混凝土性能合理控制指標:坍落擴展度620～680 mm，擴展時間 T500為3～6 s。同時，考慮到現場運距，其性能應滿足保持2 h合格的鐵路標準要求。

2.2 自密實混凝土灌注方式

目前，板式無砟軌道結構自密實混凝土灌注方式為軌道板中間孔單點灌注，見圖3(a)。該方式受限于軌道板預留灌注孔尺寸的固定不變，自密實混凝土灌注速度也基本不可調整。為縮短灌注時間，提高工效，科研課題組設計了在側向模板上開灌注口，見圖3(b)。該灌注口進料面積比中間孔增大50%，并且可通過灌注口閥門調整進料口面積。

線外軌道板灌注試驗揭板結果表明:當自密實混凝土坍落擴展度在560～600 mm時，采用側向灌注，自密實混凝土能夠灌滿調整層，不會有空洞但時間會偏長，灌注時間可達20 min甚至更長，而采用中間孔灌注則無法灌滿調整層;當自密實混凝土坍落擴展度在600～650 mm時，側向灌注的時間與中間孔灌注相當，一般在10～20 min，側向灌注無明顯優勢;當自密實混凝土坍落擴展度在650～700 mm時，側向灌注的時間明顯比中間孔灌注縮短一半，一般為3～6 min，灌板后自密實混凝土成品質量略差于中間孔灌注，但也滿足鐵路標準要求。兩種灌注工藝均能滿足自密實混凝土施工要求，且側向灌注工藝的適用性更好，但其需對模板進行改造，增加施工工作量。因而，在實際施工時，可由施工單位根據自身施工進度要求選擇合適的灌注工藝。

圖3 不同灌注工藝

2.3 軌道板壓緊工藝參數

軌道板壓緊工藝是控制板式無砟軌道結構水平、方向的關鍵，決定著后期鋪軌精調工作量的大小和工程造價。軌道板壓緊工藝有兩個要求:①壓緊裝置必須有效，保證在自密實混凝土灌注過程中軌道板不發生超出設計的上浮或側移;②壓緊裝置數量應盡可能少，減少施工設備，提高施工效率。結合工程實際結構特點和驗收要求，軌道板壓緊裝置采用如圖4所示的扁擔橫梁式壓緊裝置，橫梁兩端通過精軋螺紋螺栓固定于鋼筋混凝土底座，螺栓與鋼筋混凝土底座的連接是通過預埋入鋼筋混凝土底座里面的T形光圓鋼筋相連。對于曲線段軌道板，則同時在曲線內側設置側向位移限位擋塊，限位擋塊固定在鋼筋混凝土底座水平面上。

圖4 軌道板壓緊裝置

通過對灌板過程中軌道板上浮情況的測試發現，壓緊裝置設置為3道時，自密實混凝土灌注后軌道板上浮量最大可達3～4 mm;壓緊裝置設置為4道時，軌道板上浮量一般在1～3 mm;當軌道板壓緊裝置設置為5道時，則軌道板上浮量一般在1.5 mm以內，完全滿足相關標準規定;當壓緊裝置設置為6道時，其壓緊效果與5道基本相當。對于曲線段軌道板側向位移限位擋塊，則設置3道即能起到預期的限位作用。從線外軌道板灌注試驗效果及受力分析看，壓緊裝置以中間灌注孔對稱布置效果最優。直線段軌道板扣壓橫梁設置4道、每個精軋螺紋鋼筋螺母施加80 N·m的力矩，軌道板上浮量也能控制在1.5 mm以內;曲線段軌道板壓緊裝置的設置若采用4道扣壓橫梁，上浮量達到2 mm以上，設置5道扣壓橫梁、每個精軋螺紋鋼筋螺母施加75 N·m的力矩，軌道板上浮量能控制在1.5 mm以內，雖然設5道壓緊裝置在布設上不對稱，但設6道壓緊裝置不但會引起工裝設備的增加，而且增加了施工環節，過度富余的壓緊力在扣壓橫梁拆卸后反而引起軌道板反彈，易形成離縫。因此，從壓緊效果和技術經濟性考慮，確定每塊軌道板壓緊裝置設置數量直線段為4道、曲線段為5道，通過扭矩扳手每個螺母施加80 N·m的力矩比較合理，曲線段軌道板側向位移限位擋塊設置為3道。

2.4 防溢管參數

在自密實混凝土灌注過程中，一部分自密實混凝土在灌注壓力作用下，會從軌道板頂面3個制造觀察孔溢出，特別是在曲線段，由于軌道板超高層調整層高度高于軌道板中間灌注口高度，因而若不設防溢管，自密實混凝土在灌注壓力下會從與灌注口同水平高度的另兩個觀察孔溢出，不但污染軌道板表面，而且影響調整層自密實混凝土灌注飽滿度，因而需在軌道板觀察孔處設置防溢管。防溢管采用PVC管材質，防溢管外徑應小于軌道板觀察孔直徑1 mm。

通過對現場大量灌板試驗結果統計發現，當自密實混凝土坍落擴展度在620～680 mm，調整層灌注飽滿后，直線段軌道板防溢管中自密實混凝土上升高度一般在10～30 cm，曲線段防溢管中自密實混凝土上升高度一般在20～40 cm。因此，防溢管高度設置為50 cm可滿足現場施工要求。

2.5 養護

由于自密實混凝土調整層與軌道板尺寸相同，自密實混凝土灌注結束后只有沿軌道板四周的4個側面暴露于空氣中。對于自密實混凝土立面的養護，科研課題組考察了已建線路類似結構的養護方式后發現，采用傳統包裹和灑水養護的方式對于自密實混凝土調整層這樣一種立面結構很難起到有效保濕養護效果，既浪費水，效率也低，特別是在大面積施工時，鐵路線路這種長條形線路很難做到定時補水。因此，建議采用養護劑養護的方式。養護劑養護只需在自密實混凝土調整層拆模時涂刷一次即可實現長效保濕，操作方便，保濕效果明顯。

3 結語

本文對鄭徐客運專線CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土線外灌注試驗予以總結分析，得出以下結論:

1)自密實混凝土坍落擴展度控制在 650 mm (±30 mm)灌注效果最好，優先采用中間灌注孔灌注工藝。

2)軌道板壓緊裝置直線段宜選擇4道、曲線段宜選擇5道扣壓橫梁，操作工人在施加壓力時應選擇扭矩扳手，力矩宜控制在80 N·m左右，切忌由工人通過普通扳手隨意擰緊。

3)防溢管高度宜為50 cm。

4)對自密實混凝土優先采用氧護劑養護。

［1］中國鐵道科學研究院．岔區板式無砟軌道自密實混凝土材料試驗研究［R］．北京:中國鐵道科學研究院，2011．

［2］李化建，譚鹽賓，謝永江，等．自密實混凝土的特點及其在高速鐵路中的應用［J］．鐵道建筑，2012(8):143-145．

［3］劉運華，謝友均，龍廣成．自密實混凝土研究進展［J］．硅酸鹽學報，2007，35(5):671-678

［4］陳緒坤，尹明，陶津．自密實混凝土配合比優化研究［J］．山東建筑大學學報，2006，21(5):410-414．

［5］DOMONE P L．Self-compacting Concrete:An Analysis of 11 Years of Case Studies［J］．Cement＆Concrete Composites，2006(28):197-208．

［6］American Concrete Institute．Self-consolidating Concrete［R］．Farmington Hills:American Concrete Institute，2007．

［7］劉小潔，余志武．自密實混凝土的研究與應用綜述［J］．鐵道科學與工程學報，2006，3(2):6-9．

［8］羅素蓉，鄭建嵐．自密實混凝土在加固工程中的應用研究［J］．建筑材料學報，2006，9(3):330-335．

［9］齊永順，楊玉紅，尹兵．應用自密實高性能混凝土的經濟性分析［J］．鐵道建筑，2007(3):100-101．

［10］中國鐵路總公司．高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土暫行技術條件［S］．北京:中國鐵道出版社，2013．

Discussion on construction technology of self-compaction concrete for CRTSⅢ slab-type ballastless track on Zhengzhou-Xuzhou passenger-dedicated railway

WANG Xianjin
(China railway corporation quality safety supervision station，Beijing 100844，China)

According to the adjustment layer structure characteristic of CRT SⅢ slab-type ballastless track in highspeed railway，the performance control index，perfusion pattern，track slab compress process parameters，the overflow-control pipe height and curing ways of self-compaction concrete(SCC)were studied based on a large number of perfusion tests．T he results showed that collapse spread of SCC is 650 mm and the perfusion effect of middle hole is the best，the number of compress device straight line section is 4 and the number of curve section is 5 for each track slab，the suitable moment value of each nut is 80 N·m，which is exerted by torque wrench，the height of overflow-control pipe should be 50 cm，and the appropriate curing way for SCC is curing agent．

High-speed railway;CRTSⅢslab-type ballastless track;Self-compaction concrete;Construction technology

U213.2+44

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．30

(責任審編 葛全紅)

2015-02-10;

:2015-06-18

中國鐵路總公司科技研究開發計劃項目(2013G003-B，2014G001-B)

王顯進(1963— )，男，山東龍口人，高級工程師。

1003-1995(2015)08-0105-04