CRTSⅢ型先張預應力軌道板平面度變化規律研究

■ 曹自印 高俊

0 引言

CRTSⅢ型板式無砟軌道是我國在消化、吸收國外技術基礎上形成的具有自主知識產權的無砟軌道結構，已應用于成灌、盤營、鄭徐、京沈、濟青、商合杭等多條高速鐵路，是我國高速鐵路無砟軌道的主要結構形式之一，并作為我國高速鐵路技術輸出的唯一軌道形式，在國際工程中推廣應用。CRTSⅢ型板式無砟軌道主要結構見圖1。

軌道板作為CRTSⅢ型板式無砟軌道的主要結構層，其制造精度、施工精度將決定長鋼軌鋪設后的線路品質[1]。由于CRTSⅢ型軌道板為長薄型混凝土結構，在運輸、儲存和吊裝過程中，因混凝土預應力、溫度應力和重力的影響，易出現“四角翹曲”和“中間凸起”2種形式的翹曲變形，影響軌道板的平面度[2]。因此，研究CRTSⅢ型軌道板在不同施工階段和不同環境狀態下平面度的變化規律，對于提升軌道板的制造精度和無砟道床的鋪設質量具有重要意義。

1 存放階段

為研究CRTSⅢ型先張預應力軌道板在存放階段的平面度變化情況，隨機選取部分P5600型軌道板，分別在水養完成后（簡稱出水）的第1、7、14、21、28、56、81 d進行軌道板平面度檢測。中央翹曲量是反映軌道板平面度的關鍵指標，其隨存放時間的變化規律見圖2。

圖1 CRTSⅢ型板式無砟軌道結構示意圖

圖2 軌道板中央翹曲量隨存放時間的變化規律

由測試結果可知：

（1）軌道板出水時，中央翹曲量均為負值，說明軌道板中部承軌臺低于四角承軌臺，而存放81 d后，中央翹曲量均為正值，說明軌道板中部承軌臺高于四角承軌臺，軌道板中部隨存放時間的增加呈逐步上拱趨勢；

（2）從出水到存放28 d，軌道板平面度變化相對較快，28 d后變化相對較小并趨于穩定，存放過程中，軌道板中央翹曲量的總變化量約為2．0 mm。

因此，為保證軌道板出廠時具有較高的平面度，軌道板生產時，應采取措施實現在脫模時及水養完成后，軌道板處于“四角翹曲”狀態，中央翹曲量宜為-2．0～-1．5 mm。

2 溫度影響

CRTSⅢ型先張預應力軌道板為薄板結構，在板面和板底溫差作用下，易產生翹曲變形，為掌握溫度對軌道板平面度的影響[3]，隨機抽取8塊軌道板進行連續測量。測試時軌道板處于室外平放狀態，橫向條形支撐設置于軌道板起吊套管下方。軌道板中央翹曲量在溫度連續變化條件下的測試結果見圖3。

由圖3可知，平放狀態下，軌道板的平面度隨溫度變化而發生改變，其根本原因是板面與板底的溫度差。當板面溫度高于板底溫度時，軌道板會發生相對明顯的“中間凸起”變形，在板面溫度高于板底溫度約10 ℃時，軌道板中央翹曲量的變化值約1 mm。

為進一步驗證軌道板在溫度影響下的變化，在白天粗鋪和夜間自密實混凝土灌注后2個階段，對軌道板9對承軌臺進行高程測量，并以板端承軌臺為基準進行平差，軌道板平面度測試結果見圖4。

由圖4可知，軌道板在晝夜溫差作用下，平面度也會發生變化。以監測軌道板為例，中央翹曲量變化為1．0～1．5 mm。同時可以看出，由于軌道板充分暴露在日照條件下，在中午溫度最高的時段甚至會出現軌道板平面度超出規范要求的情況。

由上述分析可知，軌道板平面度受板面和板底的溫度差影響較大，因此，軌道板精調、自密實混凝土灌注等施工應在夜間進行，以保證板面與板底的溫度差較小，軌道板平面度處于較好狀態。

3 支撐位置

CRTSⅢ型軌道板在粗鋪階段，由于要預留精調爪安裝位置，墊木不便安放于起吊套管位置，施工中存在墊木安放較為隨意的情況，為驗證支撐位對軌道板平面度的影響，開展了支撐位置外移和內移2種工況對軌道板平面度影響的試驗研究。為消除溫度梯度對測試結果的影響，試驗在室內進行，并避免陽光直射。

3.1 支撐位置向板端外移

首先，支撐位置設置于起吊套管下方，經長時間放置后（超過48 h），測量軌道板平面度；然后，將支撐位置向板端移動0．5 m，靜置10 min后再次測量軌道板平面度，在自重作用下，軌道板平面度發生了較為明顯的變化，中央翹曲量減小約0．7 mm；在該支撐位置保持24 h后，第三次測量平面度數據，軌道板平面度再次發生明顯變化，但變化方向與之前相反，各承軌臺測試數據基本恢復到更換支撐位置之前的狀態；最后將支撐調整至初始位置，放置24 h，軌道板平面度變化并不明顯。也就是說，軌道板的支撐向板端外移，會在短時間內發生較為明顯的平面度變化，但在靜置一段時間后，軌道板平面度會基本恢復至更換支撐位之前的數據。軌道板支撐位向板端外移測量過程線圖見圖5。

圖3 溫度連續變化條件下的軌道板中央翹曲量測試結果

圖4 軌道板白天和夜間平面度測試結果

3.2 支撐位置向板中內移

首先，支撐位置設置于起吊套管下方，經長時間放置后（超過48 h），測量軌道板平面度；然后，將支撐位置向板中移動0．5 m，10 min后再次測量平面度，軌道板平面度發生相對明顯的變化，變化值約為1．3 mm；在該支撐位置保持24 h后，第三次測量平面度數據，軌道板平面度再次發生明顯變化，變化方向仍與之前相同，平面度數據繼續變大，變化值約1．2 mm，累積變化2．5 mm；最后，將支撐調整至初始位置，并放置24 h，軌道板平面度又發生明顯變化，變化值為-1．2 mm，變化方向與之前2次相反，但并未能恢復到更換支撐前的平面度數據。也就是說，軌道板的支撐向板中內移，會在短時間內發生較為明顯的平面度變化，并隨著時間的增加，軌道板平面度繼續變化，并在換回支撐位后，短時間內不能完全恢復至原位，存在一定量的塑性變形。軌道板支撐位向板中內移測量過程線圖見圖6。

4 施工階段

為研究CRTSⅢ型軌道板在整個施工過程的變化情況，隨機選取若干塊軌道板進行粗鋪、灌注前、灌注后、初凝等階段的跟蹤檢測。各施工階段環境參數見表1（天氣情況為晴、少云），軌道板平面度在不同施工階段的變化見圖7。

從圖7可以看出，粗鋪到灌注前，軌道板平面度變化較大，與前文所述的溫度影響一致，在板面與板腔溫度差為10 ℃時，軌道板平面度將產生1．0～1．5 mm的變化；自密實混凝土灌注前后的平面度變化不明顯；當自密實混凝土灌注后，軌道板平面度變化相對較小，基本表現為初凝后的平面度較灌注后的平面度略有輕微的中間凸起。

5 結論

由CRTSⅢ型先張預應力軌道板在不同施工階段和不同條件下的平面度試驗研究可知：

圖5 軌道板支撐位向板端外移測量過程線圖

圖6 軌道板支撐位向板中內移測量過程線圖

表1 各施工階段環境參數℃

圖7 軌道板平面度在不同施工階段的變化

（1）在水養完成后至28 d齡期內會發生較為明顯的平面度變化，呈“中間凸起”趨勢，變化值為1．5～2．0 mm，并逐漸趨于穩定，建議軌道板在板廠養護至28 d齡期方可出廠。

（2）在日照條件下，因板面與板底溫度差，軌道板平面度產生變化，中部鼓起，溫差10 ℃時，軌道板中央翹曲量的變化值約1 mm，建議在夜間板面和板底溫差小的時段，進行軌道板精調、自密實混凝土灌注等施工。

（3）軌道板若不按設計位置進行支撐，將會發生平面度變化，支撐位向板端外移表現為一定的彈性變形，而支撐位向板中內移，短期內則表現為一定的塑性變形。軌道板的存儲應嚴格按設計要求支撐，如果無法按設計位置支撐，建議將支撐安置于設計位置靠板端側，并嚴格控制外移量。

（4）自密實混凝土灌注及自密實混凝土凝固階段對軌道板平面度影響較小。