CRTSⅢ型先張法預(yù)應(yīng)力軌道板水養(yǎng)施工工藝及作用機(jī)理研究

王安會(huì) ，孫昆鵬 （中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

《高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力軌道板暫行技術(shù)條件規(guī)定》：軌道板脫模后，先封錨再進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)。水養(yǎng)作為CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力軌道板（以下簡(jiǎn)稱CRTSⅢ型板）的重要工序，對(duì)CRTSⅢ型板后期強(qiáng)度增長(zhǎng)具有不可替代的作用，因此如何控制軌道板水養(yǎng)質(zhì)量及水養(yǎng)溫度控制是軌道板施工的一個(gè)重點(diǎn)。采用科學(xué)的水養(yǎng)池溫控技術(shù)，合理地利用水養(yǎng)池溫度變化規(guī)律利用可以節(jié)約能源，提高工效，減小水溫的波動(dòng)的作用。

1 工程概況

中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司承德軌道板場(chǎng)位于承德縣六溝鎮(zhèn)中六溝村，軌道板場(chǎng)右側(cè)靠近京沈京冀鐵路客運(yùn)專線（對(duì)應(yīng)線路中心里程約為DK215+800）,軌道板場(chǎng)左側(cè)靠近G101國(guó)道，場(chǎng)區(qū)占地約16hm2。主要承擔(dān)京沈京冀客專Ⅰ～Ⅵ標(biāo)DK147+996.28～DK283+961里程段 135.994km范圍內(nèi)47618塊 (其中P5600型41884塊、P4925型3974塊、P4856型 1654塊、P4925B型 48塊、P3710型60塊)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板的預(yù)制和運(yùn)輸任務(wù)。場(chǎng)內(nèi)2個(gè)區(qū)域，分別設(shè)置5個(gè)獨(dú)立的水養(yǎng)池，單個(gè)獨(dú)立的水養(yǎng)池大小為6.2m×15.2m，在水養(yǎng)池旁邊設(shè)置有調(diào)節(jié)池，目的在于保持池內(nèi)水溫的均勻性，防止直接補(bǔ)水導(dǎo)致局部水溫發(fā)生驟變給軌道板帶來(lái)負(fù)面影響，同時(shí)還能節(jié)能減排。單個(gè)水養(yǎng)池設(shè)置有蒸養(yǎng)管道，以保證冬季水養(yǎng)時(shí)，水溫不低于10℃。

承德軌道板場(chǎng)計(jì)劃開(kāi)工時(shí)間為2015年3月1日，竣工日期為2018年3月31日（含軌道板場(chǎng)場(chǎng)建、制板、供板），總工期37個(gè)月，1126個(gè)日歷天。

2 水養(yǎng)施工工藝

以混凝土水化理論為基礎(chǔ)，根據(jù)CRTSIII型預(yù)制軌道板必須進(jìn)行水養(yǎng)的技術(shù)要求，分析了水養(yǎng)對(duì)軌道板質(zhì)量控制的重要以及水養(yǎng)的控制要點(diǎn)，以及新型的水養(yǎng)池調(diào)節(jié)觀點(diǎn)。通過(guò)溫度調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)軌道板水養(yǎng)控制過(guò)程中的優(yōu)越性，使京沈客專承德軌道板場(chǎng)工程實(shí)際運(yùn)用取得了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 水養(yǎng)施工技術(shù)準(zhǔn)備

①養(yǎng)護(hù)用水符合TB/T3275-2011的規(guī)定。

②軌道板封錨材料填壓完畢至軌道板水養(yǎng)的時(shí)間間隔不小于2h。

③軌道板脫模后，先封錨再進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)，脫模至水養(yǎng)的時(shí)間間隔不大于8h，并保持軌道板濕潤(rùn)。

④軌道板在水養(yǎng)池中養(yǎng)護(hù)不少于3d，且保溫、保濕總時(shí)間不少于10d。

機(jī)械設(shè)備配置 表1

⑤養(yǎng)護(hù)期間、養(yǎng)護(hù)水溫不低于10℃；入水養(yǎng)池及濕養(yǎng)時(shí)，軌道板表面溫度與養(yǎng)護(hù)水溫之差不大于10℃。

⑥養(yǎng)護(hù)完成且表面干燥后，軌道板表面溫度與室外環(huán)境溫差不大于15℃時(shí)，方可室外存放，嚴(yán)寒地區(qū)冬季宜覆蓋養(yǎng)護(hù)至28d。

2.2 機(jī)械設(shè)備及人員配置

為確保軌道板養(yǎng)護(hù)工序的施工質(zhì)量，所需機(jī)械設(shè)備、養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員的配置，分別見(jiàn)表1、表2。

養(yǎng)護(hù)作業(yè)人員配置表（單個(gè)班組） 表2

2.3 水養(yǎng)施工步驟

軌道板養(yǎng)護(hù)施工流程包括：封錨區(qū)覆蓋灑水→水池養(yǎng)護(hù)→緩存區(qū)灑水養(yǎng)護(hù)→存板區(qū)灑水養(yǎng)護(hù)，具體流程及要求見(jiàn)圖1。

圖1 軌道板養(yǎng)護(hù)流程

軌道板在封錨區(qū)，入池養(yǎng)護(hù)前采用覆蓋土工布，噴壺灑水的方式使軌道板保持濕潤(rùn)。軌道板入水前清理預(yù)埋套管內(nèi)雜物，安裝預(yù)埋套管蓋、接地端子保護(hù)裝置，軌道板吊入水池養(yǎng)護(hù)。

圖2 封錨區(qū)覆蓋灑水

3 水養(yǎng)系統(tǒng)組成

3.1 自動(dòng)溫控水養(yǎng)池

水養(yǎng)系統(tǒng)主要由水養(yǎng)池、40t無(wú)塔供水器、供水管道、蒸汽管道、溫控柜、電磁閥、開(kāi)關(guān)閥等組成。水養(yǎng)池內(nèi)安裝溫度傳感器，連接至自動(dòng)溫控系統(tǒng)，溫度過(guò)低時(shí)，通過(guò)池底蒸汽管道對(duì)池內(nèi)養(yǎng)護(hù)用水升溫。水養(yǎng)池設(shè)置在21m車間東西兩側(cè)，共2個(gè)水養(yǎng)池，單個(gè)水養(yǎng)池尺寸為：39.3m×14m，1個(gè)單個(gè)水養(yǎng)池又分6個(gè)獨(dú)立的小水養(yǎng)池。2個(gè)水養(yǎng)池各設(shè)有1臺(tái)溫控柜，用于監(jiān)測(cè)、控制、顯示其6個(gè)小水養(yǎng)池的水溫。

3.2 蒸養(yǎng)系統(tǒng)

蒸汽加熱主要由3部分組成，主管道位于27m車間與水養(yǎng)池之間，采用φ65無(wú)縫鋼管。支管道主要位于水養(yǎng)池內(nèi)，主要由φ40、φ25無(wú)縫鋼管組成，具體設(shè)計(jì)情況見(jiàn)圖3。

圖3 水養(yǎng)池蒸汽管道布置圖

3.3 水養(yǎng)系統(tǒng)操作

具體操作流程見(jiàn)圖4～圖8。

圖4 軌道板起吊

圖5 軌道板入水

圖6 注水管道進(jìn)行注水

圖7 蒸汽管道及壓力閥

圖8 蒸汽鍋爐

3.4 溫度控制

自動(dòng)溫控系統(tǒng)水養(yǎng)池，通過(guò)溫度傳感器對(duì)水養(yǎng)池中水溫進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)蒸汽和注水，將水溫控制在恒溫，從而確保了軌道板的表面溫度，確保了軌道板的質(zhì)量。

圖9 溫度控制柜

獨(dú)立水池間通過(guò)隔墻上具有高差的溢水口進(jìn)行水源聯(lián)通。

3.5 軌道板水養(yǎng)控制要點(diǎn)

3.5.1 水養(yǎng)池水位控制

軌道板水養(yǎng)在水養(yǎng)池中進(jìn)行，其關(guān)鍵是養(yǎng)護(hù)水位的控制，水養(yǎng)完成的軌道板的出池與未水養(yǎng)軌道板進(jìn)入都會(huì)影響水水養(yǎng)池水位，而水養(yǎng)目的則是為了混凝土的水化過(guò)程正常進(jìn)行，保證軌道板水養(yǎng)質(zhì)量是每個(gè)軌道板預(yù)制場(chǎng)的控制要點(diǎn)。

圖10 水養(yǎng)池

軌道板預(yù)制場(chǎng)的水養(yǎng)池多為固定深度，一般控制水位高于軌道板，確保軌道板始終沒(méi)入水中5～10cm，軌道板出池入池均會(huì)對(duì)水位產(chǎn)生不同影響，這就要求水養(yǎng)池可以及時(shí)補(bǔ)水和放水。為避免水源浪費(fèi)，各個(gè)軌道板間設(shè)連通泄水道，軌道板入水時(shí)相鄰獨(dú)立水養(yǎng)池中用水可通過(guò)泄水道排至空余水池中，而水位不足時(shí)，則需及時(shí)補(bǔ)水。

常見(jiàn)混凝土表面裂紋主要包括干縮裂紋和溫度應(yīng)力裂紋，深度較淺，干縮裂紋多由養(yǎng)護(hù)不到位造成，混凝土的水養(yǎng)可解決混凝土由缺水引起的干縮裂紋。

3.5.2 水養(yǎng)池溫度控制

《高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力軌道板暫行技術(shù)條件規(guī)定》要求入水養(yǎng)池及濕養(yǎng)時(shí)，軌道板表面溫度與養(yǎng)護(hù)水溫之差不大于10℃。軌道板的溫度應(yīng)力裂縫主要與混凝土水化強(qiáng)度增長(zhǎng)期內(nèi)溫度變化有直接關(guān)系，水養(yǎng)池內(nèi)的溫度均勻性對(duì)軌道板質(zhì)量有直接的影響：一方面是軌道板免受不利溫度驟然變化引起的冷縮和干縮；另一方面使混凝土水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。

3.6 軌道板水養(yǎng)技術(shù)

目前常規(guī)的水養(yǎng)技術(shù)存在的水量浪費(fèi)、溫度驟變、溫度分布不均勻、排放不達(dá)標(biāo)等實(shí)際問(wèn)題，軌道板場(chǎng)在原有的技術(shù)上進(jìn)行改造，增加了溫度監(jiān)控系統(tǒng)和蒸養(yǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)控制蒸養(yǎng)水溫，利用水養(yǎng)池單獨(dú)隔離互通控制池內(nèi)水位。

3.6.1 水溫調(diào)節(jié)

軌道板經(jīng)蒸養(yǎng)后后出模溫度在35℃左右，板芯溫度在45℃上下。經(jīng)封錨工序后板溫度根據(jù)季節(jié)變化也會(huì)有微小的變化，水養(yǎng)池水溫也需根據(jù)不同的軌道板溫度進(jìn)行調(diào)整。水養(yǎng)池溫度影響因素主要有4個(gè)方面：①環(huán)境溫度，冬夏季影響尤其明顯，水蒸發(fā)也會(huì)降低水溫；②軌道板自身溫度，軌道板入水后會(huì)繼續(xù)水化散熱；③蒸汽管道加熱，主要在冬季，通過(guò)人工干預(yù)加熱；④通過(guò)補(bǔ)充新的冷水降溫。因此需要建立養(yǎng)護(hù)水溫監(jiān)測(cè)體制，隨時(shí)采集水養(yǎng)池溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)需要及時(shí)采取調(diào)整措施。

3.6.2 水養(yǎng)池溫度變化規(guī)律及應(yīng)對(duì)

經(jīng)檢測(cè)，軌道板入池后8h之內(nèi)，池內(nèi)水溫受軌道板水化熱和散熱影響會(huì)持續(xù)升高，8～16h內(nèi)水養(yǎng)池水溫會(huì)趨于穩(wěn)定；16h后水溫會(huì)逐漸下降至正常環(huán)境溫度。在正常生產(chǎn)時(shí)，軌道板需不斷入池和出池，因而需要根據(jù)其水溫規(guī)律制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)軌道板出池工序（含出池、裝車、運(yùn)輸、卸車、返回）需 10～12min，板入池（含起吊、入池）需5min，因而根據(jù)統(tǒng)籌學(xué)原理，在每塊板出池過(guò)程中在可同時(shí)安排板入池，平行作業(yè)，也提高了功效。

為防止水溫波動(dòng)較大，對(duì)軌道板入池順序也需合理安排，先出模軌道板應(yīng)先入池，軌道板經(jīng)封錨工序長(zhǎng)時(shí)間時(shí)間暴露在環(huán)境中，板表面溫度相對(duì)較低，而水養(yǎng)池中溫度經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間放置水溫亦相對(duì)較低，可避免溫差較大，帶來(lái)負(fù)面影響；后出模的軌道板后入池，此時(shí)水溫受先入池的軌道板散熱作用，水溫已有所提高，水溫與軌道板表面溫差也相對(duì)較小，有助于板的水養(yǎng)過(guò)程。

3.6.3 水養(yǎng)技術(shù)要求

養(yǎng)護(hù)用水符合應(yīng)TB/T3275-2011的規(guī)定。

①嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)水的PH值為9～11范圍，PH值偏小時(shí)加生石灰進(jìn)行調(diào)節(jié)，PH值偏大時(shí)可采用池底排水并沖入養(yǎng)護(hù)水進(jìn)行調(diào)節(jié)。

②軌道板脫模后8h內(nèi)必須進(jìn)行入池水養(yǎng)護(hù)，起吊時(shí)有專人指揮，不得碰撞產(chǎn)生破損，在行車配合和專人輔助下將軌道板放入水池中，采用軌道板承軌槽相向水養(yǎng)，用木板將承軌槽保護(hù)，并用專用卡具采用串聯(lián)方式將相鄰軌道板固定，注意防止傾覆。

③軌道板封錨材料填壓完畢至軌道板水養(yǎng)的時(shí)間間隔，不小于2h。

④軌道板脫模后，先封錨再進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)，脫模至水養(yǎng)的時(shí)間間隔不大于8h，并保持軌道板濕潤(rùn)。

⑤軌道板在水養(yǎng)池中養(yǎng)護(hù)不少于3d，且保溫、保濕總時(shí)間不少于10d。

⑥養(yǎng)護(hù)期間、養(yǎng)護(hù)水溫不低于10℃；一般不高于40℃，入水養(yǎng)池及濕養(yǎng)時(shí)，軌道板表面溫度與養(yǎng)護(hù)水溫之差不大于10℃。

⑦養(yǎng)護(hù)完成且表面干燥后，軌道板表面溫度與室外環(huán)境溫差不大于15℃時(shí)，方可室外存放，嚴(yán)寒地區(qū)冬季宜覆蓋養(yǎng)護(hù)至28d。

3.6.4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

①溫控柜、電磁閥、截止閥、壓力表除按周期檢驗(yàn)外，每班必須檢查一次。

②水養(yǎng)池水質(zhì)不滿足養(yǎng)護(hù)要求時(shí)需及時(shí)更換，養(yǎng)護(hù)水需漫過(guò)軌道板。

③軌道板入水前采用紅外測(cè)溫儀對(duì)軌道板表面和養(yǎng)護(hù)水溫進(jìn)行測(cè)溫，保證板表溫度與水養(yǎng)水溫溫差不大于10℃。

④檢查供汽系統(tǒng)的各個(gè)部位，是否處于良好狀態(tài)，包括鍋爐、管道、閥門(mén)等設(shè)施，泄盡冷凝水，升火暖管已熱，關(guān)閉泄水管，方可開(kāi)爐供汽。

⑤存板條基礎(chǔ)設(shè)置防傾倒裝置。

⑥存放時(shí)，所有扣件絕緣套管、起吊套管和接地端子均安裝防護(hù)蓋。

4 水養(yǎng)對(duì)提高混凝土耐久性的作用機(jī)理研究

4.1 不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)場(chǎng)內(nèi)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，軌道板脫模后強(qiáng)度一般處于48～49MPa之間，為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，其剩余20%強(qiáng)度會(huì)在水養(yǎng)池及存板區(qū)繼續(xù)增長(zhǎng)，因而，后期養(yǎng)護(hù)是軌道板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的關(guān)鍵。

混凝土強(qiáng)度對(duì)比 表3

為測(cè)試水養(yǎng)對(duì)軌道板強(qiáng)度影響，我們對(duì)進(jìn)行同時(shí)間同批次9塊水養(yǎng)的軌道板和9塊灑水養(yǎng)護(hù)軌道板進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，將軌道板蒸養(yǎng)脫模后，采用水中養(yǎng)護(hù)和灑水養(yǎng)護(hù)的2種方法進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)，每塊板制作6組強(qiáng)度試件，共108組試件，混凝土強(qiáng)度試件和軌道板同條件養(yǎng)護(hù)，對(duì)18塊板的3d、7d、28d強(qiáng)度進(jìn)行比較。

對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：兩種養(yǎng)護(hù)條件下軌道板均能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，水養(yǎng)護(hù)軌道板相比于灑水養(yǎng)護(hù)軌道板條件，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)更快，在出水養(yǎng)池后7d達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度（60MPa）后，仍能穩(wěn)步增長(zhǎng)至70MPa以上。而灑水養(yǎng)護(hù)軌道板在7d內(nèi)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值（60MPa）后便幾乎不再增長(zhǎng)。因而，在軌道板蒸養(yǎng)脫模后及時(shí)進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)具有重要的作用。

4.2 軌道板外觀對(duì)比檢測(cè)

根據(jù)《高速鐵路CRIII型板式無(wú)砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板暫行技術(shù)條件》外形外觀檢測(cè)要求，我們對(duì)試驗(yàn)的18塊軌道板進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方式采用交互檢查方式，即同時(shí)間同批次軌道板不同人員相互檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下表所示。

軌道板外觀對(duì)比檢測(cè)結(jié)果 表4

對(duì)比數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩種養(yǎng)護(hù)軌道板條件下的軌道板雖然均能滿足要求，經(jīng)水養(yǎng)的軌道板在外觀缺陷方面要均優(yōu)于灑水養(yǎng)護(hù)軌道板，水養(yǎng)可有效減少軌道板表面的缺陷，軌道板外觀質(zhì)量明顯提高。

4.3 水養(yǎng)提高混凝土性能的機(jī)理分析

在混凝土強(qiáng)度后期增長(zhǎng)過(guò)程中，濕度對(duì)混凝土的水化作用正常進(jìn)行具有重要的意義：軌道板在高濕度環(huán)境中，混凝土的水化反應(yīng)能充分進(jìn)行，強(qiáng)度增長(zhǎng)也比較充分。混凝土的水化反應(yīng)可增加其凝膠體積，從而減小毛細(xì)管空體積，混凝土密度更加均勻，強(qiáng)度也相應(yīng)增長(zhǎng)；若濕度不足，混凝土表面蒸發(fā)脫水，水化反應(yīng)不正常，混凝土內(nèi)部收縮，毛細(xì)孔道未填充受拉開(kāi)裂，形成干縮裂縫，從而影響軌道板質(zhì)量和使用壽命。

軌道板的入水養(yǎng)護(hù)，是提高軌道板強(qiáng)度增長(zhǎng)速度、提升軌道板強(qiáng)度和確保軌道板質(zhì)量的關(guān)鍵工序，也是行之有效、經(jīng)濟(jì)合理的使用技術(shù)。

5 結(jié)論

本水養(yǎng)工藝在承德軌道板場(chǎng)成功應(yīng)用，圓滿完成京沈京冀客專Ⅰ～Ⅵ標(biāo)DK147+996.28～DK283+961里程段135.994km范圍內(nèi)47618塊的預(yù)制任務(wù)，并一次性通過(guò)國(guó)家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心認(rèn)證，且水中養(yǎng)護(hù)軌道板還可杜絕軌道板混凝土表面因缺水引起的干縮裂縫，充分說(shuō)明本水養(yǎng)工藝的對(duì)軌道板的作用，本文介紹的水養(yǎng)工藝也可為類似工程施工提供借鑒意義。