CRTSⅠ型板式無砟軌道先導段施工控制要點分析

王 濤,劉 鑫,李洪剛,李海燕,邵丕彥

(中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所,北京 100081)

1 概述

中國鐵路軌道系統CRTSⅠ型板式無砟軌道是我國高速鐵路的主型軌道結構之一[1-3]，也是國際上的重要軌道結構形式[4-7]，由混凝土底座、水泥乳化瀝青(Cement asphalt emulsified，CA)砂漿層和軌道板等主要結構組成，具有施工快捷、維修方便等特點[7-9]，在我國哈大、哈齊、海南沿海、滬寧、寧安等高鐵線路建設中廣泛應用[10-12]。

軌下基礎施工質量是保證高鐵平穩安全運行的關鍵之一，CRTSⅠ型板式無砟軌道設計標準高、施工質量要求嚴，但早期施工建設時，由于經驗不足出現一些問題[13-15]。經國內武廣試驗段、成高子試驗段等工程的施工總結，相比早期工程施工，增加了施工隊伍專業化、上道施工前進行灌注揭板檢查、大規模施工前進行先導段評估等要求，特別是無砟軌道先導段施工及其評估環節，目的在于發現問題、分析原因并采取有效措施進行預防，從而優化施工組織和管理模式，再大面積推廣實現“樣板引路、確保質量”的目標[16-18]。

根據前期我國CRTSⅠ型板式無砟軌道先導段施工與評估實踐[10-12]，系統總結了施工初期在底座與凸臺施工、軌道板鋪設、砂漿灌注和凸臺樹脂施工4個方面易出現的問題，病害分類見圖1，同時分析了其原因，提出了控制措施，可為我國CRTSⅠ型和其他板式無砟軌道施工提供借鑒。

圖1 施工控制要點分類

2 底座板、凸臺施工

底座板、凸臺施工控制重點是施工精度與外觀質量，其常見問題有：(1)底座板連接筋擰入深度不足；(2)鋼筋網片不平順、保護層偏大或偏小；(3)伸縮縫不順直、位置偏差超標；(4)凸臺豎向鋼筋偏位超標；(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸縮縫兩側存在錯臺；(6)混凝土有“亂根”、缺棱掉角；(7)凸臺中心偏位超標。

原因分析與控制措施如下。

(1)連接筋擰入深度不足，主要有3種原因：一是套筒內有水泥漿、碎屑等雜物；二是預制箱梁時套筒下部絲頭擰入過多導致可擰入深度不足；三是套筒螺紋牙型損壞導致無法擰入。對此，擰入前先將套筒內雜物清理干凈，再對可擰入深度不足或套筒螺紋牙型變形的采取鉆孔植筋進行補救，同時梁場要加強套筒預埋質量控制，從源頭控制好。

(2)鋼筋網片不平順、保護層偏大或偏小，主要有2種原因：一是梁面高程偏低；二是支撐上下層鋼筋網片的U形筋尺寸不對(這在曲線段超高量漸變的情況下較明顯)。對此，鋪網片前測量梁面高程、推算U形筋尺寸，避免鋼筋網片出現波浪形和保護層偏大、偏小現象。

(3)伸縮縫不順直、位置偏差超標。主要有4種原因：一是測量放線不精準；二是未嚴格按測量放線安裝；三是安裝后定位不牢澆筑混凝土時變形、偏位；四是繞過凸臺處的橡膠泡沫板半徑偏小。對此問題，換手測量復核放線結果，嚴格按測量放線位置布設伸縮縫，對伸縮縫泡沫板上部采用定位卡下部設輔助定位筋進行定位，繞過凸臺處的橡膠泡沫板半徑適當加大，混凝土兩側同步澆筑，防止伸縮縫出現變形和偏位。

(4)凸臺豎向鋼筋偏位超標，會影響鋼筋保護層厚度，甚至導致模板無法安裝在設計位置，凸臺中心十字線放樣無誤的情況下，宜制作定位卡具，以確保凸臺豎向鋼筋預埋位置準確。凸臺放樣與定位見圖2。

圖2 凸臺放樣與定位

(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸縮縫兩側存在錯臺。主要有4種原因：一是測量精度不足；二是控制頂面高程的角鋼變形；三是刮面次數不夠；四是伸縮縫兩側受凸臺豎向鋼筋影響存在刮尺無法刮到的盲區。對此問題，一是將原4名測量人員增至13人，并嚴格執行換手復測制度；二是模板上固定角鋼形式由點焊改成可調節螺栓，避免點焊拆除時敲打致角鋼變形，發現角鋼變形及時更換；三是刮面次數不得少于4次；四是在靠近凸臺處斜交叉刮面，盡量縮小盲區面積，并在收面時將高出泡沫板齊混凝土面割除，避免因泡沫板隔擋出現高差。

(6)混凝土“亂根”、缺棱掉角主要是由于模板底部密封不嚴存在漏漿、振搗不到位、拆模過早且成品保護不當造成。為保證混凝土內實外光，現場宜用泡沫密封膠對模板底部進行封閉防止漏漿，澆筑時加強振搗避免漏振，合理延遲拆模時間并加強成品保護。

(7)凸臺中心偏位超標直接影響凸臺樹脂灌注厚度，宜嚴格控制測量放樣精準度，制作凸臺模板定位三腳架并用吊錘檢查模板中心與放樣中心是否重合，模板準確定位后用保護層墊塊將模板與鋼筋頂緊，并在模板外側劃線監控澆筑時模板是否偏移并及時調整、禁止振搗棒等碰撞模板。

3 軌道板鋪設

軌道板鋪設質量控制重點是鋪設精度和成品保護，其常見問題有：(1)軌道板與凸臺間隙小于30 mm，與兩端凸臺間隙之差大于5 mm；(2)軌道板與底座板間的板腔厚度(CA砂漿厚度)小于40 mm；(3)軌道板與凸臺破損、開裂；(4)軌道板鋪設位置偏差超標。

與上述問題相對應的原因分析與控制措施如下。

(1)軌道板與凸臺間隙小于30 mm這個問題絕大多數是由于凸臺偏位所致，只能鑿除凸臺重做。另一方面，為了控制軌道板兩端與凸臺間隙之差在5 mm內，軌道板粗鋪時，在兩側凸臺放置寬30 mm的方木條引導軌道板落下就位，其不僅能夠控制兩端與凸臺間隙大致相同，還能節省精調時間、防止軌道板擺動撞擊凸臺。

(2)軌道板鋪設后板腔厚度小于40 mm，原因在于底座板施工精度和高程控制不嚴格。另外，也有施工單位為了節省CA砂漿，刻意將底座板高程抬高5～8 mm，這不僅違反現行施工規范，而且當前實際施工水平達不到此精度，因此鋪板前應復測底座板高程、平整度等，無誤后交接給鋪板班組，但不管是測量放樣還是復測，均是以點帶面，平整度允許偏差也是10 mm/3 m，當測量偏差、施工偏差、軌道板厚度偏差等累加后易導致板腔厚度不足40 mm。

(3)軌道板與凸臺破損、開裂，主要有3種原因：一是吊板時沒有在起吊套管處加橡膠墊片，起吊環與軌道板摩擦、擠壓致使軌道板起吊套管處破損；二是落板時未對凸臺加橡膠圈保護和用方木條引導，軌道板擺動與凸臺碰撞出現破損；三是粗調和精調時，4個精調爪調整不同步而受力不勻，致使起吊套管處裂損。因而，作業人員應加強成品保護意識，嚴格落實成品保護措施，避免野蠻操作。

(4)軌道板鋪設位置偏差超標主要有5種原因：一是測量偏差引起，主要是設站存在偏差、惡劣氣候(高溫、大風等)導致測量儀器出現偏差、棱鏡放置不當出現偏差，這需合理選擇作業時間，嚴格按測量規程操作和執行換手復測制度來防范；二是精調后保護不當，人員踩踏、機具碰撞引起偏差超標，完全屬于人為因素，可分區設警示牌、精調完畢區域拉警示繩圍擋提醒注意保護，若出現人員踩踏和機具碰撞后必須復測；三是精調方法不合理，主要是精調測量未考慮灌注CA砂漿時軌道板的上浮量(常用“7”字形壓板裝置不能完全壓住軌道板)、曲線段軌道板側向位移、累加偏差等實際因素，根據軌道板四角設置百分表監控灌注CA砂漿時的上浮量和灌注后復測結果綜合分析，精調時將軌道板高程在設計值基礎上調低約2 mm，可抵消軌道板上浮量，為防止曲線段軌道板側向位移，精調時曲線段外側只允許正誤差；相鄰軌道板承軌面相對橫向誤差和高差，精調允許偏差宜控制在0.3 mm內，避免出現一個左側偏移一個右側偏移；四是壓緊裝置設置不當，未扣緊，主要是壓緊安裝位置差別大，宜統一與底座板邊平齊，避免扣壓力不均勻，導致局部上浮量偏大；同時不同人擰緊壓緊裝置所施加的力不同，宜采用力矩扳手控制各壓緊裝置的扣壓力，使其保持一致；五是精調后長時間未灌注CA砂漿，容易引起軌道板位置偏差，精調完成后12 h內灌注效果最佳。

4 CA砂漿灌注

CA砂漿施工是一個非常關鍵的環節，其質量受原材料、機械設備、拌制工藝、氣候、灌注工藝等多種因素影響，極其敏感。其常見問題有：(1)原材料質量不合格導致砂漿異常；(2)砂漿車計量不精準導致砂漿異常；(3)拌制時攪拌速率、時間選擇不當導致砂漿出現顆粒、結塊等；(4)灌注袋鋪設不平展有褶皺、灌注袋回縮導致軌道板懸空、軌道板兩側砂漿外露量差別大等；(5)灌注不飽滿，與軌道板有離縫；(6)灌注后軌道板上浮量不均勻；(7)曲線段軌道板灌注后側向位移超標；(8)袋口砂漿未與灌注袋邊扎線平齊，存在鼓包、侵入等外觀缺陷。

與上述問題相對應的原因分析與控制措施如下。

(1)控制進場原材料質量，不合格禁止進場，嚴格把控原材料儲存、使用關，在保證原材儲存條件、周期滿足要求的情況下，遵循“先進場先使用”的原則，避免合格原材因儲存、使用不當變質影響砂漿質量。

(2)砂漿攪拌車計量系統是否精準直接影響砂漿工作性能是否穩定，為了保證砂漿質量穩定，應加強砂漿攪拌車計量系統校核頻次。

(3)砂漿出現顆粒、結塊現象主要有兩個方面造成：一是干料受潮結塊或瀝青乳液沉淀結塊；二是攪拌時間過短或轉速過低，未將干料充分攪散攪勻。應做好干料倉庫防潮措施和濕度監控，防止干料受潮，按要求頻次攪拌瀝青乳液防止沉淀結塊，調整砂漿高速攪拌轉速、時長，使干料充分攪散攪勻，另外在灌注時設過濾網進行過濾，避免殘余顆粒灌入。

(4)灌注袋產生褶皺有三方面原因：一是灌注袋運輸、存放不當產生；二是鋪設時未完全鋪平展產生；三是灌注時灌注速率過快，灌注袋還未來得及被撐起來形成褶皺。為了避免產生褶皺，灌注袋應平鋪存放；鋪設時將灌注袋四角四邊完全扯平，保證鋪設平展；灌注時嚴格控制灌注速率，遵循“慢、快、慢”的原則，防止灌注過快產生褶皺。

灌注袋回縮主要有兩種原因：一是灌注袋鋪設不對稱或鋪設好后有擾動產生偏移；二是灌注砂漿時袋子四角未固定牢靠，灌注袋受砂漿自重回縮(在曲線段容易出現)。灌注袋應對稱鋪設平展后采用木楔固定牢靠，灌注時，袋子四角還應人工輔助輕扯固定，砂漿快流到時再取出木楔。

CA砂漿灌注后軌道板兩側砂漿外露量差別大，有的一側多一側少，主要由于灌注袋四邊、四角不對稱。灌注袋鋪設時，測量袋邊扎線至軌道板的距離(圖3)，確認四邊、四角灌注袋外露一致后，再用木楔固定。

圖3 灌注袋鋪設與定位

(5)砂漿層與軌道板底有離縫，由于砂漿灌注后鋁粉膨脹、內部受壓會有水分滲出灌注袋(與袋子布料滲透性也有關系)，若此時砂漿稠度小，水分滲出量大于鋁粉膨脹量，則灌注袋邊角易塌陷，表現為四角或曲線段高側離縫，應根據現場氣溫、運距等，適當減少用水量將砂漿流動度靠上限控制的措施來預防離縫。

(6)CA砂漿灌注后軌道板的高程至關重要，直接影響鋪軌質量。軌道板承軌面高程不均勻，除了前面扣壓裝置位置和精調控制措施外，砂漿灌注時進漿口沖擊力大于出漿口，易導致進漿口軌道板上浮量大，此處應增加壓板裝置，另外，保持砂漿灌注漏斗內液位大致一致、盡量勻速灌注，防止水頭壓力和沖擊力過大，引起軌道板不均勻上浮。

(7)為防止CA砂漿灌注時曲線段軌道板產生側向位移，軌道板精調時曲線外側橫向偏移只允許正誤差，并在精調完畢后用木楔將軌道板與凸臺固定(圖4)，防止軌道板向曲線內側位移。

圖4 木楔固定軌道板

(8)袋口砂漿與灌注袋U形邊弧度不一致，有鼓包、侵入灌注袋邊線等現象。原因在于砂漿袋口夾具簡陋，如：鋼筋棍等容易滑動移位，采用一端活頁固定的鋼夾板、并沿灌注袋扎線邊緣夾住袋口砂漿，硬化后袋口砂漿弧度與灌注袋U形邊弧度基本一致，無鼓包、侵入灌注袋邊線等。不同夾具的封口效果見圖5、圖6。

圖5 鋼筋棍夾邊效果

圖6 鋼夾板夾邊效果

5 凸臺樹脂施工

凸臺樹脂施工常見問題如下：(1)凸臺與軌道板間填充樹脂厚度小于30 mm或大于50 mm；(2)灌注袋粘貼有褶皺；(3)樹脂灌注高度不足。

與上述問題相對應的原因分析與控制措施如下。

(1)凸臺與軌道板間填充樹脂厚度小于30 mm或大于50 mm，主要由于凸臺偏位超標，需要從凸臺施工環節控制，參見前面控制方法。施工前應檢查凸臺與軌道板的間隙寬度，小于30 mm或大于50 mm的凸臺應鑿除重做。

(2)灌注袋粘貼有褶皺會導致樹脂與軌道板、凸臺側邊不密貼，甚至脫粘，灌注袋應粘貼平整，否則不得灌注。

(3)凸臺樹脂高度不足有兩種形式：一是凸臺樹脂底邊高于板底超過10 mm，原因在于CA砂漿灌注袋偏大，部分侵入軌道板與凸臺間隙下部，作業人員粘貼灌注袋時底部仍使用泡沫襯墊或未將襯墊壓至混凝土底座上，從而墊高凸臺樹脂底面；二是凸臺樹脂頂面低于軌道板板面超過10 mm，原因在于樹脂灌注數量不足。應根據實際，使用泡沫聚乙烯襯墊、或裁剪襯墊并將襯墊壓實，使襯墊上表面與砂漿層上表面平齊，避免襯墊抬高凸臺樹脂底部；另外，應根據板面高度控制樹脂灌注數量，保證其頂面高度合格。

6 結論

通過系統總結CRTSⅠ型板式無砟軌道先導段在底座與凸臺施工、軌道板鋪設、砂漿灌注和凸臺樹脂施工4個方面的控制要點，得到如下主要結論。

(1)通過換手復測、控制放樣精度、模板定位準確牢固且拼裝不漏漿等關鍵環節，可提高底座凸臺混凝土施工精度，通過橡膠墊片/圈保護、方木條引導、精調爪同步受力等措施，可提高軌道板鋪設時成品質量。

(2)壓板裝置不能完全限位軌道板，用百分表監控軌道板上浮量確定CA砂漿灌注終點、在進漿口處增加壓板裝置等措施，可有效減少CA砂漿施工對精調軌道板狀態的擾動影響。

(3)根據現場氣溫、運距等實際情況，通過調節外加用水量，將CA砂漿流動度控制在上限附近，可預防或減少軌道板四角離縫和曲線段高側離縫。

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