CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實混凝土充填層施工技術探究

張超平，孫洪碩，孫麗娟

（鄭州鐵路職業技術學院，河南 鄭州 451460）

我國作為世界上高速鐵路在建和運營里程最大的國家，無砟軌道板的發展經歷了引進吸收、試驗段研究等工作后，2008年開建了全線鋪設CRTS I型板式無砟軌道的滬寧高鐵；2018年4月18日正式開建了全線鋪設CRTS Ⅱ型板式無砟軌道的京滬高鐵；而CRTS I型、Ⅱ型板式無砟軌道不具備完全自主知識產權，特別是以上兩種軌道板與底板間的充填層CA砂漿和BMZ砂漿施工成本較大，且部分原材料國內廠家不具備相應生產技術，嚴重影響我國高鐵技術自主化。因此，鐵道部組織相關科研機構和設計單位在盤營客運專線、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具有完全自主知識產權CRTSⅢ型板式無砟軌道試驗段應用研究。CRTSⅢ型板式無砟軌道由鋼軌及扣件、軌道板、自密實混凝土填充層、隔離層及鋼筋混凝土底座等部分組成。作為軌道板和底座板間的填充物，自密實混凝土充填層起到支持、限位、調整標高等功能，其施工質量決定整個無砟軌道結構運營的安全性與耐久性。2014年1月，中國鐵路總公司批復鄭徐客專全線使用CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結構。CRTS Ⅲ型板式無砟軌道施工示意圖見圖1所示。

圖1 CRTS Ⅲ型板式無砟軌道與自密實混凝土施工示意

1 板式無砟軌道自密實混凝土性能要求

根據高速鐵路板式無砟軌道充填層設計要求和功能定位，充填層材料應滿足以下功能：①強填充能力。充填材料應能對軌道板提供平順支承，并能填滿整個充填空間，因此充填材料應具有強流動性和擴展度。②強粘結與承載能力。充填層位于軌道板與鋼筋混凝土底座中間，在結構上充填層應與軌道板凝結為一體共同承載上部列車的荷載。故充填層和軌道板的結合面不應出現強度不均勻或孔洞麻面等病害，且具有強穩定性、粘結性與抗離析的能力。

根據上述功能要求，鐵路總公司相關標準明確了充填層材料——自密實混凝土性能指標的強制要求，自密實混凝土工作性能指標和硬化體性能指標見表 1、2。

表1 自密實混凝土工作性能指標

表2 自密實混凝土硬化體性能指標

2 施工技術難點

鄭徐客專蕭縣段采用的自密實混凝土經過前期揭板試驗以及其他項目施工經驗總結發現填充層施工的主要技術難點如下：①自密實混凝土拌和物坍落度損失快，且存在泌水與離析現象②灌注后混凝土表面容易產生較厚的浮漿層，且存在表面水紋、氣泡等病害數量超標現象，甚至局部灌注不飽滿。③灌注過程中軌道板存在上浮和側移現象，模板出現跑模或漏漿，混凝土側面存在蜂窩麻面病害。④自密實混凝土充填層與軌道板間存在粘結力低和離縫情況。

針對以上問題查閱相關文獻，EFNARC、安雪暉等進行研究后發現，當自密實混凝土配比中膠凝材料用量、砂率以及漿骨比較高時，可有效改善混凝土的工作性，但對自密實混凝土收縮、變形有不利影響。同時由于自密實混凝土的離析現象主要是其較低的塑性黏度和屈服應力所致，而且自密實混凝土中漿體和骨料的分離是不可視的，只有采取特殊手段才能發現，這就更加導致了混凝土在硬化后干縮較大以及混凝土強度分布不均勻等質量問題。譚鹽賓等按性能要求設計了C30、C40和C50三種具有良好工作性能的充填層自密實混凝土，并進行試驗，發現自密實混凝土的塑性收縮變形與強度等級的成正比例關系；但在水膠比與單方用水量相同時三種自密實混凝土的干燥收縮變形卻呈現出完全相反的規律。張勇、趙慶新等通過試驗研究后發現，自密實混凝土水膠比、減水劑用量和粗骨料最大粒徑增加在提高其基本工作性能的同時會降低其靜態穩定性，而引氣劑含量、粗骨料體積分數的增加則存在相反作用；骨料集配對自密實混凝土基本工作性能和靜態穩定性的影響會以其最佳集配為基礎呈對稱趨勢變化；各影響因素對自密實混凝土靜態穩定性影響程度按變異系數大小依次為水膠比、骨料體積分數、減水劑用量、含氣量、骨料級配和骨料最大粒徑；同時，自密實混凝土的豎向膨脹率(24h)與其靜態穩定性間不存在明顯相關性。通過貫入試驗、GTM篩穩定性試驗和柱狀法試驗三種試驗方法細分研究發現，當自密實混凝土基本工作性能至少 滿 足 5.3s≤ T500≤ 20.0s，12.1s≤ T600≤ 46.3s，35.7s≤Tfin≤63.5s和550 mm≤坍落擴展度≤715mm中的三項時，可判定其靜態穩定性良好。根據以上文獻研究結果，又進行了CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實混凝土相關配合比調整試驗，同時優化了施工工藝。

3 施工工藝研究

施工工藝研究主要包括拌和及運輸工藝研究和灌注工藝研究兩部分內容。

3.1 拌和及運輸

自密實混凝土應采用強制拌和機拌和，各種原材料投放量應嚴格按照前期試驗配合比執行，因此在對原材料計量時采用電子計量系統，膠凝材料、拌和用水、外加劑等原材料質量偏差應控制在±1%內，骨料應控制在±2%以內。同時應嚴格按規范對砂、摻和料、粗骨料、減水劑等原材料進行入場檢測，尤其應對砂子細度模數、粗骨料最大粒徑、摻合料細度與燒失量等嚴格檢驗。

拌和前應對各種骨料的含水率進行檢測，并在拌和過程中每8小時抽檢不少于2次，且不少于每4 h檢測一次，雨雪天氣應隨時抽檢；大氣溫度應每小時量測1次，檢測后應及時根據結果調整施工配合比。自密實混凝土拌和時應按二次投料拌和工藝實施，并先按細骨料、粗骨料、水泥、礦物摻和料的先后順序投料，待一次拌和均勻后再注入拌和水與外加劑，直至拌和均勻。混凝土拌和完成后應在出料裝車前檢測自密實混凝土工作性能指標是否滿足規范要求。

自密實混凝土采用8m3混凝土拌和車運送，在運送途中拌和車應保持低速拌和狀態，駕駛過程盡量保持平衡。混凝土拌和車卸料前應高速拌和均勻，并應先對自密實混凝土的工作性能進行檢測，檢測合格后方可卸料灌注。夏冬季節運送自密實混凝土時，應對攪拌車采取保溫隔熱措施，以防混凝土入模溫度升高或過低。

3.2 灌注工藝

通過研究將灌注漏斗由最初按敞開式方形設計改為圓柱形，并在漏斗內增加拌和裝置和移動裝置，可保證施工過程中漏斗移動作業方便，同時也可有效避免混凝土產生骨料下沉、分層、坍落度損失等問題。

對模板系統研究發現，將原設計中固定軌道板的L形扣壓裝置增設水平方向調節螺栓，可有效控制軌道板在自密實混凝土灌注時的側移，同時將原設計中的小斷面槽鋼正面扣壓方式，改為具有更大剛度的大尺寸槽鋼立放形成扁擔扣壓在軌道板頂面，并與底板內預埋的PVC管“T”形銷鉚接后，可有效控制軌道板在自密實混凝土灌注時的頂面高程上浮以保證施工精度。由于自密實混凝土主要靠自身流動性填充整個充填層，澆筑時整個充填層為密閉結構導致混凝土排氣效果不佳，經研究將自密實混凝灌注時的封頭側模板改為定型鋼模板分段拼接，以及在模板內側面粘貼透水土工布，同時在軌道板4角設置排氣槽等，可有效提高自密實混凝土在澆筑硬化過程中的排氣效果，避免混凝土表面麻面和自密實混凝土與軌道板離縫的產生。

對澆筑前軌道板潤濕裝置試驗研究后發現，在混凝土灌注前采用旋轉噴頭對軌道板和底板進行霧狀噴射，可有效達到軌道板腔表面濕潤且無明水的效果，并使軌道板腔濕度滿足85%～95%的要求。對灌注施工工藝進行多次試驗研究后總結出自密實混凝土充填層施工應按“先快后慢”的灌注原則控制，灌注速度快慢轉變以自密實混凝土是否到達觀察孔為標準控制。每塊板灌注時間應控制在8～12min范圍內，當觀察到設置的排氣槽內充滿自密實混凝土后停止灌注，并采用插板封閉排氣槽。

4 結語

通過對鄭徐客專蕭縣段自密實混凝土充填層施工工藝試驗研究并經過施工過程中的不斷改進與完善，通過揭板試驗驗證發現CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土填充層施工效果良好，側面混凝土澆筑飽滿，充填層表面浮漿層、裂紋與麻面現象得到有效控制，施工質量達到規范要求。