楊超鋒 朱永霞
(1.中鐵大橋局第五工程有限公司,江西 九江 332001; 2.中鐵大橋局物資有限公司,湖北 武漢 430050)
CRTSⅠ雙塊式無砟軌道道床板裂縫防治技術(shù)
楊超鋒1朱永霞2
(1.中鐵大橋局第五工程有限公司,江西 九江 332001; 2.中鐵大橋局物資有限公司,湖北 武漢 430050)
結(jié)合滬昆客專長昆湖南段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工實(shí)例,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度變化、混凝土施工等方面出發(fā),總結(jié)分析了雙塊式無砟軌道裂縫產(chǎn)生的原因,并對混凝土配合比設(shè)計(jì)及道床板施工關(guān)鍵點(diǎn)控制措施進(jìn)行了闡述,以保證無砟道床的施工質(zhì)量。
雙塊式無砟軌道,道床板,裂縫,預(yù)防措施
由我單位承建的滬昆客專長昆湖南段CKTJ-1標(biāo)一單元雙塊式無砟軌道施工,起訖里程為DK19+395.95~DK30+000,單線共長26.82 km。雙塊式軌枕由株洲雙塊枕場預(yù)制。
無砟軌道的下層結(jié)構(gòu)為素混凝土支承層(路基段)和鋼筋混凝土底座板(橋梁段),施工工藝參照普通混凝土施工,上層結(jié)構(gòu)為道床板。雙塊式無砟軌道斷面形式見圖1。

道床板寬度為2 800 mm,厚度為260 mm。道床板除縱、橫向接地鋼筋交叉點(diǎn)按規(guī)定進(jìn)行焊接外,其余縱向鋼筋與橫向鋼筋(含軌枕桁架橫向鋼筋)的交叉點(diǎn)處、上下層縱橫向鋼筋搭接處均設(shè)置絕緣卡做絕緣處理,以避免對行車信號產(chǎn)生干擾。
我部采用工具軌法進(jìn)行無砟軌道的施工,進(jìn)行路外、路內(nèi)試驗(yàn)段時(shí),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆混凝土道床板出現(xiàn)了兩類比較典型的裂縫(見圖2),經(jīng)過分析、研究及不斷改進(jìn),正線施工時(shí),道床板裂縫得到了有效控制。現(xiàn)就無砟軌道施工過程中的裂縫產(chǎn)生原因及防治措施,談一些個人體會。

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因。路基段道床板設(shè)計(jì)為連續(xù)式,中間未預(yù)留伸縮縫,而設(shè)計(jì)未考慮混凝土在季節(jié)性變化和日照溫差的影響,氣溫變化時(shí),道床板整體結(jié)構(gòu)縱向較長,縱向位移受到約束,就從最薄弱的位置(新老混凝土交界處)進(jìn)行應(yīng)力釋放,從而引起溫度裂縫。
根據(jù)力學(xué)常識,混凝土結(jié)構(gòu)倒角的形式對混凝土收縮應(yīng)力也有一定的影響,氣溫變化時(shí),對比采用直角、倒棱角等,采用圓倒角的方式,混凝土收縮應(yīng)力是最小的。
2)溫度變化。道床板混凝土澆筑前后,受外部溫度影響最大。
道床板澆筑前混凝土入模溫度與外部氣溫的偏差較大;澆筑完成后,養(yǎng)護(hù)期間混凝土產(chǎn)生大量水化熱,養(yǎng)護(hù)措施不到位,道床板混凝土表面溫度與外部環(huán)境氣溫的偏差較大;混凝土養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后,混凝土收縮徐變過程,出現(xiàn)氣溫變化劇烈,混凝土表面溫度突然降低,而混凝土內(nèi)部溫度變化較為緩慢,從而產(chǎn)生溫度梯度,產(chǎn)生裂縫。
3)粗精調(diào)、混凝土澆筑時(shí)間把握不當(dāng)。雙塊式軌枕采用工具軌法施工,就是把與運(yùn)營期規(guī)格相同的鋼軌(60 kg/m)作為基準(zhǔn)尺,長度采用12.5 m工具軌,將軌枕通過彈性扣件與工具軌連接成一個整體,利用鐵路專用設(shè)備(精調(diào)螺桿、無級變速起道機(jī),精調(diào)小車等)進(jìn)行施工過程中的粗、精調(diào)定位,最后澆筑混凝土道床板至設(shè)計(jì)線路的位置。
通過在路外試驗(yàn)段的施工,在下午和晚上進(jìn)行粗精調(diào),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),鋼軌平面位置、高程變化均超過2 mm以上。由于鋼軌導(dǎo)熱性好,對氣溫的變化也最敏感,鋼軌由于熱脹冷縮的原因,其變形幅度較大,帶動軌枕產(chǎn)生次生應(yīng)力。鋼軌變化現(xiàn)場實(shí)測變化變形見表1及圖3。

表1 不同溫度下鋼軌的變形量

實(shí)驗(yàn)時(shí)還發(fā)現(xiàn),夜間精調(diào)時(shí),氣溫變化不大,全站儀受氣溫變化最小,是最穩(wěn)定的階段,設(shè)站的效率最高,精調(diào)效率也最高。
混凝土初凝后,隨著氣溫的升高,鋼軌伸長,縱向變形受到約束,帶動軌枕變形,從而影響軌枕周邊混凝土產(chǎn)生裂縫。
4)工具軌未設(shè)置伸縮縫。工具軌法施工采用的是12.5 m長鋼軌,鋼軌與鋼軌間利用魚尾板連接,鋼軌間未設(shè)置伸縮縫,或設(shè)置較少,氣溫變化,鋼軌伸縮,應(yīng)力無法釋放,傳遞至道床板混凝土產(chǎn)生裂縫。
5)混凝土施工。道床板混凝土設(shè)計(jì)水灰比過大,或?yàn)楸WC流動性,坍落度偏大,粗骨料下沉,表面形成浮漿,或因?yàn)榈来舶邃摻钏荩斐杀Wo(hù)層過大,表面浮漿收縮,產(chǎn)生裂紋。
6)軌枕精度不足。混凝土澆筑前,為滿足軌道精調(diào)精度要求,施加外部作用力,使軌枕內(nèi)部集聚了次生內(nèi)應(yīng)力;產(chǎn)生開裂。
軌枕起吊、存放、運(yùn)輸過程中,由于桁架鋼筋變形,雙塊式軌枕間距變化,粗、精調(diào)為了保證標(biāo)準(zhǔn)軌距(1 435 mm),強(qiáng)行使用軌距撐桿,鋼軌產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力釋放時(shí)傳遞至軌枕,引起道床板開裂。
7)混凝土表面收縮裂紋。混凝土澆筑初凝后未及時(shí)進(jìn)行覆蓋。夏季施工時(shí),混凝土表面裸露暴曬,未及時(shí)補(bǔ)水、覆蓋;或遇到大風(fēng)降溫等極端天氣,道床板混凝土未進(jìn)行包裹;或澆筑前準(zhǔn)備工作不充分,路基支撐層、橋梁底座板頂面土工布隔離層、隧道底基層表面未灑水濕潤等原因,造成混凝土失水較快,產(chǎn)生急劇收縮開裂。
3.1 做好混凝土配合比
進(jìn)入正線施工前,施作試驗(yàn)段,調(diào)整出最適宜的配合比。
路基支撐層要按設(shè)計(jì)要求預(yù)留切縫,保證支撐層混凝土的質(zhì)量,不得隨意提高或降低混凝土標(biāo)號,降低混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。更要確保C15水硬性混凝土的質(zhì)量,在保證強(qiáng)度的前提下,水灰比越小,混凝土收縮值越小。支撐層施工完成后,應(yīng)在12 h內(nèi)盡快進(jìn)行切縫(價(jià)縫),縫深105 mm,寬度不大于5 mm,可有效引導(dǎo)裂縫的發(fā)展方向。
3.2 做好道床板施工關(guān)鍵點(diǎn)控制
道床板施工的精調(diào)作業(yè)和混凝土澆筑施工質(zhì)量控制對道床板裂縫的防治將有決定性的作用,它的施工質(zhì)量將直接決定后期正線鋪軌后精調(diào)的效率和無砟軌道的使用耐久性,是無砟軌道施工中最重要的幾道控制工序。現(xiàn)僅就道床板精調(diào)及混凝土澆筑前的準(zhǔn)備工作及施工質(zhì)量控制做出闡述。
1)做好施工準(zhǔn)備工作。a.認(rèn)真檢查雙塊式軌枕有無出廠合格證,不合格的產(chǎn)品嚴(yán)禁使用;b.雙塊式軌枕的吊裝要有專用吊具,存放不宜超過5層,避免倒運(yùn)、運(yùn)輸過程中的變形;c.兩工具軌的接頭應(yīng)該落在兩個軌枕的中間,不能落在承軌座上,鋼軌接縫之間必須預(yù)留8 mm~10 mm間隙,為因溫差引起的鋼軌變化預(yù)留空間;d.軌距(1 435 mm)按照負(fù)誤差控制,考慮起道機(jī)起頂時(shí),軌枕會產(chǎn)生彎矩,中間向下?lián)希壘鄷仍O(shè)計(jì)略小,澆筑混凝土后會產(chǎn)生少許上浮,軌枕中間會起拱,軌距變大。故粗調(diào)、精調(diào)時(shí)軌距按負(fù)誤差控制。偏差較大時(shí)嚴(yán)禁使用軌距撐桿擴(kuò)大軌距。軌道精調(diào)采取先平面后高程的原則;e.混凝土澆筑前支撐層灑水,橋梁底座板采用噴霧器對軌枕四周及軌枕底部、土工布隔離層、路基支撐層進(jìn)行灑水,充分潤濕,以保證混凝土與軌枕粘貼密實(shí)。嚴(yán)禁采用大量澆水方式,產(chǎn)生積水,影響與軌枕粘結(jié)。
2)混凝土澆筑質(zhì)量控制。要控制好道床板混凝土澆筑質(zhì)量,要確保雙塊式軌枕底部混凝土的密實(shí)度,減少邊角裂縫的產(chǎn)生,就必須先弄清楚道床板澆筑時(shí)混凝土工作的原理。雙塊式無砟軌道道床板澆筑時(shí)混凝土工作示意圖見圖4。a.要嚴(yán)格控制水灰比及澆筑現(xiàn)場混凝土坍落度(以180 mm為宜);b.盡量避免太陽輻射較強(qiáng)的時(shí)間澆筑,澆筑混凝土宜安排在夜間進(jìn)行;c.混凝土澆筑盡量采用汽車泵進(jìn)行布料。混凝土澆筑時(shí),應(yīng)從一側(cè)向另一側(cè)整體分層推進(jìn),混凝土落點(diǎn)應(yīng)待一側(cè)軌枕底部混凝土全部充滿,且軌枕側(cè)面出現(xiàn)明顯氣泡翻動,方可向前推進(jìn);d.混凝土振搗時(shí),振搗棒應(yīng)配備4臺(包括備用1臺),左、中、右側(cè)各1臺進(jìn)行振搗。從A點(diǎn)處先開始下料,然后從A1,A2點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充,待A點(diǎn)兩側(cè)軌枕底部混凝土充滿后,振搗A1,A2,使A點(diǎn)兩側(cè)軌枕氣泡完全排除,澆筑時(shí),用探照燈仔細(xì)觀察軌枕底部混凝土翻動、氣泡排除情況。只有待A點(diǎn)兩側(cè)軌枕下部混凝土完全充滿后,方可移動澆筑點(diǎn)至B點(diǎn),按照以上程序,逐個進(jìn)行推進(jìn)施工。混凝土振搗施工可參見圖5。


3)把握合適時(shí)機(jī)拆除豎向精調(diào)螺桿及工具軌。道床板混凝土澆筑完成后,可根據(jù)混凝土的初凝時(shí)間和混凝土現(xiàn)場坍落度、澆筑時(shí)的氣溫等條件綜合確定豎向精調(diào)螺桿拆除時(shí)間。常規(guī)都是用2 kg直徑75 mm鐵球測量混凝土表面的壓痕(直徑接近30 mm~33 mm時(shí))來確定。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn),施工熟練后,用手指按壓混凝土表面,混凝土有明顯痕跡,但混凝土已有塑性時(shí)(三次收光之前)拆除豎向精調(diào)螺桿。將螺桿調(diào)節(jié)器旋轉(zhuǎn)半圈,注意左右側(cè)對稱調(diào)整,待螺桿調(diào)節(jié)器全部拆除完成后,精調(diào)小車及時(shí)采集數(shù)據(jù)。此時(shí)混凝土已初凝,已達(dá)到人員可在其上行走的條件,盡快松掉鋼軌扣件(在松解螺桿調(diào)節(jié)器后約1 h就可以適當(dāng)松開扣件),必須徹底松完(用手可以轉(zhuǎn)動螺栓),使鋼軌處于不受約束狀態(tài),并松開魚尾板的螺栓。
4)進(jìn)行三次收光。混凝土澆筑完成后,用木抹收光1次,混凝土澆筑完成后約2 h再收光一次,初凝前(用手指按壓有痕跡)進(jìn)行第三次收光;最后一次收光需根據(jù)施工配合比和現(xiàn)場實(shí)際施工環(huán)境確定初凝時(shí)間。
5)加強(qiáng)道床板混凝土的養(yǎng)護(hù)。混凝土在三次收光完成后,馬上進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。夏季施工時(shí),可先在混凝土表面灑水,保持混凝土表面噴霧灑水保濕,然后鋪設(shè)塑料薄膜,在塑料薄膜頂面鋪設(shè)一層土工布,土工布保持濕潤,再在頂面根據(jù)工作面的長度覆蓋一層帆布,帆布兩端要進(jìn)行封閉,防止通風(fēng),并可起到保濕、節(jié)水的作用;在大風(fēng)、降溫天氣又可起到保溫的作用。道床板的養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)不少于7 d。

表2 施工組織安排表
由于線上施工時(shí),養(yǎng)護(hù)用水量較大,可購置較大型的塑料桶,在底部及側(cè)面鉆孔,采用滴漏方式節(jié)水,又可進(jìn)行倒用。
雙塊式無砟軌道施工,要高度重視混凝土的養(yǎng)護(hù)工作,養(yǎng)護(hù)工作到位,可最大限度的降低道床板產(chǎn)生開裂的幾率。
6)合理的施工組織安排。根據(jù)路外、路內(nèi)試驗(yàn)段的不斷總結(jié),道床板夏季施工時(shí),按照100 m/d功效組織施工,可參考表2時(shí)間安排進(jìn)行組織。
雙塊式軌枕具有質(zhì)量輕、整體性好,與道床板新老混凝土結(jié)合面小的優(yōu)點(diǎn);雙塊式軌枕與道床板結(jié)合處易產(chǎn)生裂縫,破壞無砟道床整體性,產(chǎn)生病害,增加了運(yùn)營期間養(yǎng)護(hù)維修工作量,需從設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)各個方面進(jìn)行優(yōu)化,本文通過施工實(shí)踐過程中的總結(jié),希望對以后同類施工提供借鑒、參考。
Preventive technologies of CRTS Ⅰ double-block ballastless track bed board cracks
Yang Chaofeng1Zhu Yongxia2
(1.ChinaRailwayBridgeBureau5thEngineeringCo.,Ltd,Jiujiang332001,China;2.MaterialsCo.,Ltd,ChinaZhongtieMajorBridgeEngineeringGroup,Wuhan430050,China)
Starting from aspects of structural design, temperature alteration and concrete construction and so on, combining with CRTS Ⅰ double-block ballastless track construction of south Hunan section of Hu-Kun passenger special railway line example, the paper analyzes double-block ballastless track cracking causes, and describes concrete mixing proportion design and critical track bed board construction points and control measures, with a view to guarantee ballastless track bed construction quality.
double-block ballastless track, track bed board, cracks, preventive measures
2014-12-11
楊超鋒(1979- ),男,工程師; 朱永霞(1974- ),女,工程師
1009-6825(2015)06-0136-03
U213.244
A