高速鐵路橋梁CRTSⅢ型板式無砟軌道底座板施工技術創新

馬樂樂

(中鐵二十四局集團安徽工程有限公司,合肥 230011)

無砟軌道具有穩定性好、使用壽命長等優點,已成為目前高速鐵路建設的主流模式。CRTSⅢ型板式無砟軌道作為我國自主研發的新型無砟軌道,隨著不斷推廣和應用,成為我國高速鐵路建設無砟軌道的主要結構形式[1-2]。為確保高速動車運營的安全性、舒適性,板式無砟軌道的建造質量是關鍵。目前,國內已有部分學者對如何提高高速鐵路無砟軌道的建造質量進行研究。李昌寧等依托鄭徐鐵路客運專線工程,從軌道板預制、底座施工高程控制施工、自密實混凝土施工工藝等方面對施工關鍵技術展開探討[3];張永厚等從結構特點、施工工藝、養護維修、經濟性等方面對CRTSⅠ、CRTSⅡ、CRTSⅢ型三種板式無砟軌道進行了分析比較,認為CRTSⅢ型無砟軌道板將會有更加廣闊的應用和發展前景[4-6];吳立娜對CRTSⅢ型板式無砟軌道施工過程中存在的常見問題展開原因分析,如底座混凝土開裂、嵌縫材料離縫等,針對性地提出了一系列解決措施[7];韋合導利用互聯網和大數據分析技術,研發高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道建造一體化管理系統[8]。

基于前人的研究,依托商合杭鐵路站前工程SHZQ-17標段,從梁面處理、測量放樣、底座鋼筋綁扎、底座及限位凹槽模板安裝、混凝土澆筑及養護、伸縮縫施工等方面,對橋梁CRTSⅢ型板式無砟軌道底座板施工技術展開研究,并對無砟軌道底座板模板進行改進分析,以期提高類似工程的施工質量。

1 工程概況

商合杭鐵路站前工程SHZQ-17標段,跨越安徽省和浙江省,起止里程為DK628+815.78～DK674+162.9,正線長度44.588km。其中路基長18.599km,共計34段;橋梁長25.989km,正線特大橋11座(21.781km);標段內現澆連續梁4座,簡支箱梁554孔,框架橋6座;車站2座,分別為廣德南站和安吉站。軌道工程正線鋪設CRTSⅢ型板式無砟軌道(雙線)。

2 CRTSⅢ型板式無砟軌道結構

2.1 無砟軌道結構組成

CRTSⅢ型板式無砟軌道由鋼軌、彈性扣件、軌道板、自密實混凝土、隔離層、鋼筋混凝土底座板等部分組成(見圖1)。曲線段超高在底板上設置,通過曲線外側底座板加高實現直線段與曲線段過渡銜接,橋梁曲線地段橫斷面見圖2。

圖1 CRTSⅢ型板式無砟軌道結構示意

圖2 橋梁曲線地段橫斷面(高程單位:m;其余:mm)

2.2 無砟軌道結構底座板

底座板采用C40鋼筋混凝土,為單元結構,單元間設置2cm寬伸縮縫,其間填充泡沫板,頂面及兩側用有機硅酮密封。底座內配置雙層CRB550鋼筋焊網,對應自密實混凝土凸臺設置凹槽。

橋梁底座板寬2.9m,直線段厚20cm,曲線段根據具體情況確定,每塊軌道板范圍對應一個底座單元,32m梁設5道伸縮縫,24m梁設4道伸縮縫[9]。

3 底座板施工關鍵技術

3.1 施工工藝流程

CRTSⅢ型板式無砟軌道底座板施工[10]以橋梁區段為例,工藝流程如圖3所示,主要包括基礎面清理、測量放樣、底座鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑及伸縮縫施工等。

圖3 底座板施工工藝流程

3.2 基礎面處理

底座板施工前,應先檢查梁面預埋件狀況,對預埋套筒失效的,采取“缺一補二”的原則植筋處理,鉆孔深220mm,φ16mm鋼筋植入深度210mm,抗拔力不小于65kN。軌道中心線兩側1.35m范圍內鑿毛1.8～2.2mm,以增大底座板與基礎面的結合力。清除基礎面的表面浮渣、灰塵及雜物,必要時灑水清洗。橋梁基面見圖4。

圖4 橋梁基面

3.3 測量放樣

基礎驗收合格后,采用自由設站法平面放樣。標出底座板邊緣輪廓線、伸縮縫位置線、凹槽邊緣線。用墨線彈出每塊底座板輪廓線。

3.4 底座鋼筋綁扎

底座鋼筋綁扎前,清理施工區域內的雜物、積水,放置底層鋼筋網片,再安裝“L”形連接鋼筋(扭矩≥100N·m,再綁扎U形架立筋,最后綁扎頂層鋼筋網片和凹槽四角雙層斜向防裂鋼筋,以梅花形設置保護層墊塊(見圖5)。

圖5 鋼筋網片及連接筋安裝

3.5 底座及限位凹槽模板安裝

以32m簡支箱梁為例,具體安裝步驟如下。

(1)側模安裝:32m簡支箱梁每孔梁底座放樣共計48個點,根據底座放樣數據,墨線彈出底座板立模位置、伸縮縫聚乙烯泡沫板位置。側模與梁面垂直,鋼模高35cm。側模外兩根可調螺栓和梁面錨固鋼筋組成三角支撐,支撐間距為1m,在側模上設置高效振搗梁軌道,軌道面為底座板標高的控制基面,側面與梁面不平整空隙處,采用泡沫膠封閉(見圖6)。

圖6 側模安裝

(2)凹槽模板安裝:采用底座限位凹槽定位工裝,取材方便、制作簡易、成本較低、可操作性較強。凹槽模板由模板本體、4根頂緊螺桿和2根拉結螺桿組成。頂緊螺桿安裝在模板底部四角,拉結螺栓安裝在模板中間位置,安裝時模板頂面比設計高程低5mm左右(見圖7)。

圖7 凹槽模板定位安裝

(3)端模安裝:橋梁伸縮縫上方端模與梁端平齊,保證布板后,底座板和梁端部對齊。

(4)伸縮縫模板安裝:伸縮縫加固系統由伸縮縫背貼鋼板、鋼板卡具、頂升螺栓和兩道壓鐵組成。鋼板始終安裝在聚乙烯泡沫板靠近簡易型振搗梁的一側,梁端用卡具在側模上卡緊,安裝到位后,兩側植筋固定,伸縮縫一側與鋼板一側各植入2根(見圖8)。

圖8 伸縮縫模板安裝

3.6 混凝土澆筑及養護

底座混凝土采用“三低一高”配合比,即“低膠凝材料、低用水量、低坍落度、高含氣量”,采用汽車泵或地泵進行澆筑,輔助以高頻振搗器深層振搗。改進底座板平整度及標高控制措施:制作簡易型振搗梁對表層提漿、整平(見圖9)。采用該工法后,底座混凝土表面幾何尺寸和厚度控制效果好;底座混凝土平整度達標,兩側排水坡達標且一致;實現了整平、振搗、收面機械化作業。

圖9 簡易型振搗梁振搗提漿整平作業

底座混凝土初凝后,立即蓄水帶模養護3d,養護前沿線路方向在底座板中心位置鋪設,1條滴灌水管,養護采用“一布一膜”,即底座頂面鋪設1層土工布加薄膜覆蓋,預備滴灌水桶蓄水,全過程保持養護土工布濕潤密貼,整個過程不少于14d(見圖10)。養護過程中保持土工布濕潤,杜絕干濕循環現象,養護時間須根據外界溫度和濕度作出調整,并滿足高速鐵路軌道工程施工相關要求[11-12]。

圖10 帶模蓄水養護

3.7 伸縮縫填縫施工

伸縮縫由聚乙烯泡沫板和底座兩側及頂面有機硅酮密封膠組成[13]。聚乙烯泡沫板寬2cm,高度根據底座板實際混凝土高度而定,要求與底座齊平并延伸至側模板邊。為防止底座板成形后溫度應力變形導致伸縮縫裂紋不規則發展,底座板伸縮縫開槽切縫施工應盡快進行,最早在底座蓄水帶模3d養護之后,最晚不得遲于滴灌養護到期(14d),伸縮縫切縫見圖11。

圖11 伸縮縫測量彈線切縫清理

伸縮縫切縫之前,應先測量放線定位伸縮縫,采用開槽機(雙刀片)施工,開槽后,及時清理混凝土、泡沫板,嵌縫施工前,在伸縮縫兩側粘貼5cm寬膠帶,涂刷界面劑,表干30min后,使用填充槍灌注有機硅酮、灌注要求緩慢、均勻、連續。灌注后狀態飽滿、內部無氣孔或空洞,表面平滑,縫邊順直(見圖12)。

圖12 伸縮縫密封膠施工

4 無砟軌道底座板模板改進分析

4.1 現有無砟軌道底座板模板支撐樣式

(1)無砟軌道底座板模板構造

無砟軌道底座板模板由端頭模板、縱模板、伸縮縫模板、模板支護(模板支撐)、凹槽模板、凹槽橫梁及配套標準件等組成(見圖13)。

圖13 無砟軌道底座板模板組成

(2)橋梁地段底座板模板支撐

橋梁地段每塊軌道板為1個單元,縱模板支撐數量為每塊板縱向布置5道,端頭模板支撐方式同縱向,單端布置2道。模板支撐有環的一端固定在梁面鉆孔插入的鋼筋上(見圖14)。模板支撐用于調節模板的位置、直線度、垂直度及固定模板,以防止灌注混凝土時模板變形、移動。

圖14 橋梁地段無砟軌道底座板模板支撐

(3)底座板模板支撐的缺點分析

現有無砟軌道底座板模板支撐,特別是橋梁段底座板模板支撐,需要在梁體頂面鉆孔并插入鋼筋作為模板支撐,以抵抗水平荷載,這樣會對梁體造成一定損傷。為此,應進一步展開分析,改進模板支撐設計。

4.2 無砟軌道底座板模板支撐形式

從力學角度分析,模板主要承受以下幾種水平荷載:①由底座板混凝土自重引起的側壓力;②澆筑混凝土時由豎向沖擊力引起的額外側壓力;③混凝土振搗時引起的額外側壓力等。由于側壓力的存在,可能導致模板出現水平移動,故需要加設模板外部支撐以抵抗水平荷載,確保模板位置偏差及變形在允許范圍內。該外支撐式模板可以采取2種形式,即在梁體頂部鉆孔形式(即4.1節所述的現有形式)、梁體頂部不鉆孔形式。

(1)鉆孔形式

采用組合鋼模板,由側面板、端頭模板、伸縮縫模板、凹槽模具等組成,鋼模板支撐需要在梁體頂面鉆孔并插入鋼筋進行固定(見圖15)。

圖15 現有模板支撐示意

(2)不鉆孔形式

在現有模板基礎上改進,采用行走通長型鋼與梁上泄水孔固定,模板支撐固定在型鋼上,減少對梁體的鉆孔數量,見圖16。

圖16 型鋼式模板支撐效果

(3)門字形卡扣式

底座板兩側縱模板采用門字形卡扣固定,卡扣采用高強度型鋼制作,每塊板設置4～5道,卡扣與模板接觸處設上下兩根調節螺桿,用以調節底座板模板的寬度與垂直度(見圖17)。

圖17 門字形卡扣式模板支撐示意(單位:mm)

(4)臺車式

參考隧道電纜槽成型液壓臺車,改進成適合底座板施工的臺車,同時考慮與振動梁相結合(見圖18)。

圖18 臺車式模板支撐示意(單位:mm)

4.3 模板支撐形式分析

4種模板支撐技術方案優缺點見表1。 模板支撐4種技術方案經濟分析見表2。

表1 模板支撐4種方案技術分析

表2 模板支撐4種技術方案經濟分析

4.4 模板支撐形式分析小結

分析4種模板支撐形式可知,型鋼式模板支撐可以在不對基礎面損傷的情況下滿足大面積施工要求,合計節約成本133750元,取得較好的經濟效益,可以在全線應用推廣。

5 結論

結合商合杭鐵路站前工程SHZQ-17標段工程,基于CRTSⅢ型板式無砟軌道結構,對底座板的施工關鍵技術展開分析,總結出一套適用的施工方法。2020年6月28日,商合杭高速鐵路合湖段開通運營,無砟軌道系統狀態良好,結構穩定,列車運行平穩、舒適。實踐證明,CRTSⅢ型板式無砟軌道施工技術方案設計合理,底座板混凝土內在質量、外觀平整度和光潔度均滿足設計要求,成型后底座線型平順、美觀,解決了底座限位凹槽拆模后易出現缺棱掉角及開裂,排水坡及頂面高程不易控制等難題,取得良好的社會效益和經濟效益。