鋼桁梁套軌軌道板墊層聚合物自密實混凝土施工技術

蔣 琨

（中鐵建大橋局集團第四工程有限公司 黑龍江哈爾濱 150000）

1 引言

鋼桁梁橋上以往主要采用明橋面技術，即鋼桁梁頂面直接放置木橋枕。隨著我國鐵路幾次提速，在明橋面地段會出現(xiàn)晃車現(xiàn)象，隨后逐步開始在大跨度鋼桁梁地段采用有砟軌道結構，在道砟和鋼梁頂面間設置道砟槽板。但由于道砟槽板和道砟的增加，隨之帶來了橋梁二期恒載和上建高度加大、主橋工程造價大幅增加的問題［1］。國外，如俄羅斯鐵路主要采用寬軌結構，為了減少養(yǎng)護維修，在鋼桁梁橋地段普遍采用頂面直接設置無砟軌道板結構。采用無砟軌道可提高軌道的平順性、降低結構恒載，對高速行車和節(jié)約投資都有重要影響［2］。我國近年來自主研發(fā)了CRTSⅢ型雙向先張預應力板式無砟軌道技術，其結構特點在于底座與軌道板之間的填充層由自密實混凝土取代瀝青水泥砂漿［3］。同江中俄鐵路鋼桁梁特大橋橫跨高寒地區(qū)黑龍江，橋上鋪設的四線套軌軌道板與鋼桁梁之間采用550mm寬的聚合物自密實混凝土墊層。為保證鋼桁梁在高寒條件下與軌道板有良好的粘接力，針對嚴寒地區(qū)鋼桁梁結構特點，首次研發(fā)了聚合物自密實混凝土做為鋼桁梁與四線套軌軌道板的調整墊層技術。

2 四線套軌無砟軌道墊層結構特點

無砟軌道墊層起到填充施工孔隙、固定軌道板位置和傳遞軌道荷載的作用，是板式無砟軌道系統(tǒng)的重要組成部分［4］。同江橋主橋上鋪設四線套軌板式結構，該板型為國內外首次采用。套軌軌道板與鋼桁梁之間通過120 mm厚的聚合物自密性混凝土做為調整層，強度等級為C40，墊層內配置單層直徑為6 mm鋼筋網(wǎng)片，用高強度螺栓與鋼桁梁縱梁連接，如圖1所示。

圖1 四線套軌無砟軌道板墊層結構（單位：mm）

套軌軌道板上無專設的灌注孔，只能利用軌道板上連接螺栓孔作為灌注孔，連接螺栓孔小（60 mm×162 mm長橢圓形）且中間有連接螺栓，增加了灌注難度，針對此特點研制了專用的灌漿套管和漏斗。

3 線下揭板試驗及攪拌、灌注設備

3.1 線下揭板試驗

在線上正式鋪板之前，應進行線下揭板試驗。水泥乳化瀝青砂漿灌注、自密實混凝土灌注、軌道板鋪設及精調等工序應進行線外模擬施工，驗證配合比、施工工藝、工裝設備及施工組織［5］。線下揭板試驗完成經(jīng)評估合格后方可進行線上正式施工。

3.2 墊層混凝土攪拌和灌注設備

當混凝土用量較少，在符合有關規(guī)定的情況下可以采用現(xiàn)場攪拌的方式，宜選用強制式攪拌機［6］。由于每塊軌道板下墊層混凝土用量較小（每塊板0.25 m3），現(xiàn)場采用自主研發(fā)的移動式0.3 m3強制雙軸攪拌機3臺（見圖2）、12 kW的發(fā)電機1臺、0.05 m3皮桶20個、1m3水箱4個（用于清洗殘余混凝土）、0.05 m3的漏斗50個、套管200個、C60混凝土支承墊塊4 000個、1～20 mm厚鋼墊片若干。

圖2 強制雙軸攪拌機

4 墊層聚合物自密實混凝土施工

每精調完50m軌道板后再進行一次復測，確保軌道板的位置及標高準確無誤后，方可進行板下墊層混凝土灌注。由于板下墊層與軌道板接觸面積小，且每塊軌道板重6.5 t，在進行板下墊層灌注時通過現(xiàn)場觀測軌道板無上浮，不需對軌道板再施加扣壓等外力。

4.1 模板加工

模板是自密實混凝土灌注施工的關鍵工裝設備之一，直接影響無砟軌道施工質量和施工成本。因此，自密實混凝土模板技術的改進和創(chuàng)新具有重要的現(xiàn)實意義［7］。現(xiàn)場采用12 mm的竹木膠合板模板。模板分3種類型：P1960型中間主模板高200 mm、長1 960 mm，加工78套；P1960型橫梁上模板高120 mm、長1 960 mm，加工20套；P1570型模板高200 mm，長1570 mm，加工14套。每套模板由2個側模和2個端模組成，端模高170 mm、寬550 mm。側模中間沿縱向加1根40 mm×50 mm的方木做加勁肋，中間用2根φ8的鋼筋做對拉桿。

4.2 模板安裝

10人組成1個模板安裝小組。模板安裝前先用抹布把模板表面清潔干凈后貼模板透水布，在側模和端模的頂面及側面貼一層泡沫膠以防漏漿，并用對拉桿拉緊，使模板與軌道板及縱梁密貼。

在每塊墊層模板的外側4個角采用直徑25 mm的PVC管做排氣孔，排氣孔的高度超過軌道板頂面500 mm。

模板安裝完后要從側面檢查模板與軌道板底是否密貼，不密貼可在外側打一層發(fā)泡劑。

在每孔軌道板精調完成后及模板安裝前，在鋼梁4根縱梁下翼緣之間橫橋向鋪10 cm×10 cm的方木，間距30 cm，上面再鋪設一層2 cm厚的竹膠板做為施工平臺（見圖3）。施工人員在施工平臺上進行軌道板墊層模板的安裝和拆除、連接螺栓的擰緊等工作。

圖3 鋼桁梁下翼緣搭設竹膠板平臺（單位：mm）

4.3 臨時連接軌道板與鋼縱梁連接螺栓

墊層模板安裝完成后，連接軌道板與鋼縱梁間的M24高強螺栓。

用內徑30 mm的PVC塑料管做為連接螺栓套管，套管壁厚1～2 mm，長度425 mm，墊層混凝土灌注時起到與螺栓隔離的作用。為方便軌道板與螺栓固定，采用100 mm×70 mm×7 mm鐵片在中間開φ27 mm圓孔，螺栓套好PVC塑料管后穿過鐵片圓孔擰好螺母，螺母擰的不要太緊，螺栓不松動為宜。擰完后上面的螺母用透明膠帶整個包死，防止灌注時混凝土漿液流入PVC套管內。板下墊層混凝土灌注前，軌道板每個孔都用該種方法把連接螺栓固定好，固定時螺栓必須保證垂直。

4.4 灌注漏斗和套管加工與安放

漏斗和套管用3mm厚鋼板加工，漏斗高600mm，上口為500mm×500mm，下口為150 mm×250 mm，漏斗采用角鋼做三個支腿（見圖4）。套管高460 mm，上口為160mm×260mm的方形，下口為52mm×160mm的長橢圓形并且中間開個U形槽口便于臨時螺栓墊片的安放（見圖5）。在錨栓孔上安放套管和漏斗。

圖4 漏斗 （單位：mm）

圖5 套管（單位：mm）

4.5 墊層聚合物自密實混凝土灌注工藝

4.5.1 墊層聚合物自密性混凝土

墊層采用C40聚合物自密性混凝土，混凝土理論配合比見表1。聚合物自密實混凝土原材料分干料、液料和石子三部分。石子為5～10 mm連續(xù)級配顆粒，針片狀顆粒含量不大于5%，含泥量不大于0.5%。為降低原材料波動對自密實混凝土性能尤其工作性能的影響，應加強自密實混凝土原材料均質性的控制，即每一批次原材料性能指標的波動要確保在一定范圍內，不宜超過±10%［8］。

混凝土坍落擴展度為690～710mm之間，要有良好的和易性和流動性。自密性混凝土拌合物除滿足凝結時間、泌水、粘稠性和保水性等要求外，還應滿足混凝土自密實性能［9］。當施工環(huán)境溫度變化時，要根據(jù)環(huán)境氣溫來調整干料和液料的比例，直至聚合物自密實混凝土拌合物性能能夠滿足表2的要求。

自密性混凝土具有溫度敏感性［10］，在聚合物自密實混凝土的配制過程中，要確保自密實混凝土拌合物的入模溫度為5～30℃。

表1 聚合物自密實混凝土配合比 kg/m3

4.5.2 聚合物自密性混凝土的攪拌

兩臺雙臥軸強制式攪拌機置于軌道平板車上，碎石及干料按每臺攪拌量0.2 m3裝袋分組存放在人行道板兩側，液料桶按每塊板的需求量也放在人行道板兩側，一次灌注10塊板。

表2 聚合物自密實混凝土材料性能指標

聚合物自密實混凝土攪拌時應精確計量，各種原材料計量設備的最大允許偏差應符合下列規(guī)定（按重量計）：干料±0.5%；粗骨料±1%；液料±0.5%。攪拌時間應以自全部材料裝入攪拌機開始攪拌至攪拌結束開始卸料所用時間計，混凝土連續(xù)攪拌時間應根據(jù)配合比和攪拌設備情況通過試驗確定，應確保拌合物均勻，不宜少于3 min。

自密實混凝土攪拌時應隨時檢測其含氣量和擴展度，當拌制混凝土的含氣量和擴展度超出表2范圍時，應向拌制的混凝土內加入適量的消泡劑。

4.5.3 聚合物自密實混凝土的灌注

混凝土灌注時由23人組成一個混凝土灌注小組，共兩組56人。每組準備10個0.05 m3皮桶用于裝混凝土，混凝土傳送工8人在人行道板上一字排開，第1人負責用皮桶接料，末尾的人負責把傳來的料倒入漏斗內，中間6人負責傳料。灌注小組內上料、轉送、灌注、壓光人員分工明確，成員固定，各盡其職。

P1960型軌道板每側有3個連接螺栓孔，每塊板下有2個墊層共6個螺栓孔（見圖6），P1570型每側有2個墊層共4個螺栓孔。P1960型軌道板灌注時每側板以中間的螺栓孔為灌注孔（見圖7），上邊安放灌注漏斗和套管，其余的2個螺栓孔上安放2個套管，做為灌注時的通氣孔和觀察孔。P1570型軌道板每側板以1個螺栓孔為灌注孔，上邊安放灌注漏斗和套管，另1個螺栓孔上安放套管，做為灌注時的通氣孔和觀察孔。自密實混凝土灌注前應查看混凝土的狀態(tài)，若有離析現(xiàn)象不得使用。灌注時宜連續(xù)進行，混凝土靠自重流入模板腔內，從兩側的螺栓孔溢出，溢出的混凝土為本體骨料均勻的混凝土。由于自密實混凝土凝結時間快，從攪拌到灌注完不宜超過60min。灌注時隨時觀察模板腔內混凝土的上升情況，若停止上升或灌注漏斗內的混凝土不下降，立即停止施工，查明原因后再繼續(xù)灌注。當每側2個套管內的混凝土溢出上升至軌道板面以上400 mm時停止灌注，每側3個套管內的混凝土始終保持高出軌道面400 mm做為壓力，并持續(xù)保壓時間不少于45 min。待混凝土初凝前約灌注完成2 h后取下套管，人工清理螺栓孔表面多余的混凝土并抹平壓光，頂面與軌道板頂面齊平。

圖6 軌道板與鋼縱梁通過螺栓孔連接

圖7 漏斗灌注混凝土

在墊層混凝土初凝后、終凝前松動連接螺栓，使其能自由活動，同時拆除錨栓孔處的臨時鐵墊片。

4.5.4 拆模養(yǎng)生

帶模養(yǎng)護3 d，當自密實混凝土強度達到10.0 MPa以上且其表面及棱角不因拆模而受損時［11］，方可拆模。拆模宜按照立模順序逆向進行，先把模板對拉桿及四角松開，嚴禁用力敲打。拆模后四周立即涂刷養(yǎng)護液、密貼塑料薄膜繼續(xù)養(yǎng)護14 d［12］。

4.6 墊層施工要點

（1）立模時兩邊側模必順保證垂直，加對拉桿時模板內側加支撐防止模板偏斜。

（2）模板安裝完成后螺栓孔用膠帶封死，防止雜物掉入孔內。

（3）混凝土灌注時采用倒退法施工，灌注完墊層的軌道板在強度沒達到要求之前嚴禁任何機械在其上通過。

（4）為減小攪拌機轉動時對墊層產(chǎn)生的振動，在攪拌機與平板車之間加墊1層100 mm泡沫板做緩沖層。攪拌機與施工的軌道板間最少保證10 m的距離。

5 結束語

嚴寒地區(qū)鋼桁梁橋與四線套軌板式無砟軌道板之間的聚合物自密實混凝土調整墊層在國內外首次采用，其施工質量直接影響整個套軌板式無砟軌道結構的使用壽命。通過本次研究，解決了在鋼桁梁橋上施工四線套軌板式無砟軌道板聚合物自密實混凝土墊層的技術難題，可為同類項目工程施工提供經(jīng)驗。