CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實混凝土施工技術

莫江云 （中國中鐵上海工程局一公司，江蘇 南京 210000）

1 引言

具有我國工程特色的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道是我國研究工程人員經過長期工程項目積累，具有我國完全自主知識產權，在結合我國施工環境基礎上推出的新型鐵路無砟軌道結構形式，該技術的關鍵在于以自主研發的新型自密實結構混凝土替代傳統意義上的水泥乳化瀝青砂漿材料作為施工板下填充層材料。擁有我國完全自主知識產權研發的自密實結構混凝土采用新型的配料方式：由水泥、粗細骨料、粉煤灰、礦物摻和料、外加劑、膨脹劑和水等經嚴格的比例摻合配制而成，該混合料在澆筑時無需振搗就可以達到飽滿、密實的狀態，經過長期的工程使用，充分驗證了該模型具有較為良好的灌注施工性，同時該結構模型具有體積穩定性，在真實施工環境中展現了低彈性模量和高耐久性的良好工程特點。

2 CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結構設計及技術特點

2.1 結構設計

經過我國的自主研發設計形成的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結構從常規意義上可以分成以下部分：60kg/m鋼軌、WJ-8B扣件、承軌臺、軌道板，其中更具特色的工程材料包括自密實混凝土、隔離層、底座等。具體結構型式見圖1。

圖1 直線地段無砟軌道斷面圖

底座板采用C30鋼筋混凝土，路基地段寬3100mm，設計厚度300mm，橋梁、隧道地段寬2900mm，設計厚度200mm；通常意義上的結構類型包括兩個上、下表面尺寸，與之對應的結構尺寸分別為616mm×616mm，其中下表面尺寸為600mm×600mm，該結構的高度為100mm，并且設置傾角結構，其中傾角為13:1類型的凹槽結構形式。

軌道板采用C60普通鋼筋混凝土結構，路基、隧道內鋪設P4856、P5600等規格軌道板，橋上鋪設P4856、P4925、P5600三種規格軌道板，板寬2500mm，板厚200mm。長5600mm，扣件間距630mm；24m梁上鋪設P4856一種軌道板；32m梁上鋪設P4925、P5600兩種軌道板。

2.2 技術特點

我國工程研發人員自主研發設計的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道具有實用性強的特色，采用“逐塊精調，逐塊灌注，一次成型”的施工工藝流程，其主要技術特點及要求如下。

①通常情況下，該結構中軌道與自密實結構混凝土之間、自密實混凝土與底座板之間均設置了限位設置結構。在施工過程中通常為三個層次：軌道板、混凝土底座、自密實結構的混凝土，而且在施工過程中施工人員將此三個層次獨立進行施工加工。在底座板每塊軌道板范圍內設置兩個凹槽與自密實混凝土連接，當自密實混凝土結構澆筑操作完成后，就形成具有一定突起面積的凸臺，經過工程實際的測量研究發現該功能達到工程中要求的限位功能，最終實現實際意義中縱橫向荷載的理論上的傳遞，從而最大程度地保證分層分塊結構的縱橫向的工程理論上的穩定性。

②施工過程中普遍采用具有高性能的自密實混凝土材料充當填充層的填充材料。作為工程中常用的CRTS Ⅰ型板、工程中常用的CRTS Ⅱ型板式無砟軌道為了具有更好的施工效果，通常情況下施工人員利用水泥乳化瀝青砂漿這種工程材料作為板的填充層的常用填充材料，但是通常情況下采用的水泥乳化瀝青砂漿材料耐久性差、壽命短，很難滿足實際工程的真正需求，常常在使用過程中存在多次維修的問題，這個常見的問題成為通常情況下無砟軌道結構使用過程中的薄弱基礎環節。而選擇使用自主研發設計的高性能自密實結構混凝土材料便可以很好地解決填充層介質耐久性差、不穩定等問題，而且工藝流程簡單、無需振搗、抗裂防凍性能優良、自流性比較強，具有成本低廉同時能夠最大程度地減少環境污染的優良特點，并且通用性較強，通常采用普通混凝土攪拌設備便可以對其進行攪拌。

2.3 技術難點分析

試件及揭板試驗發現，在施工中，檢測人員逐漸發現CRTS Ⅲ型板式無砟軌道自密實混凝土在施工過程中主要暴露出以下的質量問題：

①自密實混凝土拌合物存在泌水、離析現象，且擴展度損失較快；

②揭板后混凝土表面存在水紋、氣泡過多，混凝土頂面浮漿層較厚，局部灌注不飽滿以及混凝土側面蜂窩麻面等情況；

③軌道板存在上浮和偏移，影響軌面高程。

根據以上問題，通過原材料及配合比、工裝設備以及工藝控制等方面進行研究解決。

3 原材料及配合比

3.1 材料選用

材料選用水泥、粉煤灰、中粗砂、碎石、減水劑、水、膨脹劑、引氣劑、粘度改性材料等原材料。原材料應符合以下要求。

3.1.1 水泥

我國相關專業在實際工程施工環境時通常采用的水泥材料一般會選擇硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥這兩種材料作為施工中的常用結構材料。

3.1.2 粉煤灰

作為混合材料的粉煤灰的技術要求應滿足GB1596-2005F類Ⅰ級粉煤灰的有關規定。

3.1.3 細骨料

工程實際中細骨料通常情況下應該根據具體的工程環境選用級配合理、質地堅固、吸水率及空隙率較小的潔凈河沙（本材料作為工程中常用的施工材料，應用廣泛）作為選用的材料。工程實際中細骨料顆粒級配應符合表2Ⅱ區或Ⅲ區規定，細度模數不大于2.7，含泥量不大于2%，其他性能需符合TB/T3275的規定。

3.1.4 粗骨料

粗骨料普遍選用粒型較良好、質地堅固、線脹系數比較小的潔凈碎石或卵石。我國施工人員通常施工情況下選用的粗骨料宜采用二級配骨料材料經過混合配制而成，此材料的最大公稱粒徑不宜大于16mm，針片狀顆粒不大于5%，含泥量不大于0.5%。

3.1.5 減水劑

減水劑一般情況下減水劑材料應選用品質較為穩定并且在一定程度下能明顯提高自密實混凝土耐久性能的具有高性能的減水劑作為首選材料，高性能減水劑必須與水泥及摻和料之間有良好的相容性，兩者之間所要求的性能應該最大程度地符合TB/T3275。

3.1.6 膨脹劑

膨脹劑應選用性能符合GB23439規定的Ⅱ型膨脹劑。

3.1.7 粘度改性材料

粘度改性材料需選用能夠改善性能且不降低自密實程度的混凝土，力學性能和耐久性能的材料必須符合表1的規定。

3.2 配合比設計方案

從調整摻和物、特殊摻和料、調整外加劑和降低用水量等方面展開配合比研究，最終研制出了合格的配合比，主要參數及性能指標如表2、表3所示。

參考配合比表（單位：kg/m3） 表2

主要性能指標（工地試驗室實測） 表3

通過配合比設計研究得出：

自密實混凝土灌注完成后軌道板位置允許偏差 表4

①自密實混凝土材料具有嚴格的配控比例，通常環境下施工過程中膠凝材料用量不大于590kg/m3，用水量不大于185kg/m3，砂率50%～57%，氯離子總含量不大于膠凝材料的0.1%，若原材料、施工環境、灌注工藝等發生明顯變化時，則需及時調整配合比；

②為了保證混凝土具有足夠的潤滑層和流動部分，降低其內摩擦力，混凝土中需要有足夠的漿體包裹粗細骨料，從而使粗細骨料與漿體材料均勻流動，因此，自密實混凝土良好的流變性應根據坍落拓展度、拌合物性狀、骨料包裹程度等性能確定；

③混凝土拌和物坍落度損失問題，通過改善粗骨料顆粒級配，保證足夠的漿體用量外，還應采取以粉煤灰替代部分水泥，使用高效的減水劑和引氣劑，添加優質黏度改性材料等綜合措施，提高混凝土流變性能。

4 自密實混凝土施工工藝及研究

4.1 模板安裝

自密實填充層模板由側模、端模、導流槽及四角插板、軌道板扣壓裝置組成。模板內壁粘貼透水透氣模板布，模板布盡量。保證連續性，不得刻意續接，確保拆模不損傷自密實混凝土，保證側面外觀質量完整性。

①為防止軌道板在澆筑過程中出現擠壓側移及上浮，每塊軌道板配備5道扣壓裝置，扣壓裝置主要由防上浮裝置、防側移支架組成，路基地段壓杠橫梁兩側將加長節向兩側移動100mm。

②壓桿橫梁兩側各設置兩套緊固裝置并預留長70mm桿件固定孔位，內側端連接軌道板采用6.3#槽鋼，槽鋼下部設頂絲4個用以固定自密實填充層模板，槽鋼上部設頂絲2個用以配合壓桿定位軌道板；外側端連接壓桿橫梁采用8#槽鋼，上部預留70mm桿件固定孔位，用于連接底座板對軌道板進行防上浮鎖緊，下部設頂絲2個固定于底座上，用于配合壓桿橫梁橫向固定軌道板。一般情況下，軌道板壓杠裝置不少于5道，防側移固定裝置不少于3道。軌道板扣壓裝置設計大樣如圖1所示。

圖1 自密實混凝土模板圖

③模板四周設計預留高于軌道板頂面的專門排氣孔，方便混凝土排氣，最大限度保證灌注后效果，同時也便于觀察和判斷灌注是否順利到位和拆模后外觀清理。

圖2 專用排氣孔示圖

4.2 自密實混凝土攪拌及運輸

實際工程施工過程中自密實混凝土通常情況下經過拌和站攪拌操作后，施工人員一般都會通過混凝土罐車來完成對其運輸的操作。通常情況下，罐車一次運輸量理論上不超過2塊軌道板灌注所需數量，從攪拌開始計時到灌注結束時停止計算其有效時間，這個過程一般不宜超過60min，并且在實際的施工過程中工程人員一般要盡量減少中轉次數。在運輸及待機途中應保持低速攪拌，并在卸料前高速旋轉20～30s。運輸到現場入模前經檢測含氣量不小于3%、拓展度650～700mm、T50值3～4s和溫度5～30℃，且無分層，離析和泌漿、泌水。

4.3 灌注前準備及板腔濕潤

灌注過程注意事項：首先，從軌道板末次精調到混凝土灌注結束后，這個過程大約為1h，在這個時間段內氣溫變化不宜超過15℃；第二，注意避開高溫、烈日、大風、雨雪和嚴寒天氣，必要時可采取搭棚、增溫、降溫、加濕等措施確保順利進行。灌注前我們再次進行檢查并且確認軌道板精調及加固狀態、模板和鋼筋安裝質量，使用高壓霧化水濕潤軌道板地面及底座表面的過程中，應避免積水。潤澤方法及標準一般情況下由試驗確定。

4.4 自密實混凝土施工

4.4.1 灌注前檢查

①工程實際中通常檢查軌道板的標高和軸向平順性是否能夠滿足一般意義上的工程要求，然后確認精調整體受力及緊固程度是否滿足要求，一定要確保封邊模具的支護裝置滿足施工安全可靠原則。

②第二步我們要檢查模板腔體內是否存有積水，當土工布和限位凹槽中存有積水時，一般不能對自密實結構混凝土進行灌注，尤其是工程中碰到陰雨天氣時，工程施工人員更是不得擅自進行自密實機構混凝土的灌注和施工等不合時宜的操作。

③通常情況下在進行灌注之前，應檢查軌道板模板四周的密實情況和排漿孔的設置情況，并檢查軌道板板端的所有橫向邊縫是否密封完好。

④攪拌前，測定骨料含水率，根據骨料含水率的大小及時調整施工配合比，每班抽測頻率不得少于2次。

4.4.2 灌注施工

實際工程施工人員在灌注時一般情況下從軌道板中間的灌注孔完成灌注工作，通常在實際施工過程中一般需要一次性完成灌注工作。灌注料斗需一次性加裝整塊板所需充填量，料斗容量不宜小于單塊軌道板最大灌注量的120%。

實際工程以上的自密實混凝土進行灌注工作一般可采用灌注小車或門吊等工程中常用的施工設備進行施工工作。線間小車可滿足雙線同步施工需求，小車底部設置4個直徑為30cm的萬向輪，小車配備料斗裝料量約2m3，料斗底部設置閉合卡板，完成一個節段自密實混凝土灌注后，將卡板封上即可。小車車體兩側各設置不小于1.5m的導流槽，導流槽兩側各設置一個吊環，吊環與小車車體用手拉葫蘆連接，以便控制導流槽槽口灌注高度，導流槽底部設置兩個支撐角鋼，角鋼一端固定在車體上，另一端焊接一塊鐵板，以此作為導流槽托架。

圖3 線間行進灌注小車整體結構設計圖

為了使自密實混凝土在有限的空間內更好地完成成型質量，減少混凝土浪費，施工過程中自密實混凝土在進行灌注之前通常應在軌道板中心灌注孔處設置一個硬質的下料管，然后在前后觀察孔處設置一個硬質的防溢管。澆筑過程中通常按照“先快后慢”的節奏灌注，混凝土從觀察孔涌入后操作過程減慢速度，通常情況下或者根據工程實際要等到全部PVC套管中所含有的混凝土的高度達到一致時停止灌注，一般情況下灌注時間大約為8～12min。另外灌注過程中需注意根據溢出情況及時封堵排氣孔。初凝后，將灌注孔和觀測孔內的多余的混凝土打掃清理干凈。工程中一般采取的高度為15cm左右，然后對每根灌注孔插入1根連接鋼筋型號采用S型，接下來的操作步驟就是要拆除原來的PVC套管，需要將軌道板表面及四周的灌注物清理干凈，最大限度地保證清潔。自密實混凝土在實際工程施工完成后，一般工程施工在其完成灌注3小時內不得移除灌注孔的下料管和觀察孔處的防溢管。

4.4.3 拆模與養護

①通常情況下自密實混凝土在完成灌注作業后，要進行帶模養護，時間不得少于3天。

②通常情況下研發的自密實機構的混凝土在最終冷凝后，我們可以進一步地拆除扣壓裝置和防側移的用來固定的裝置，當自密實混凝土強度為10MPa或者高于這個值，表面及棱角不會因拆模受到損傷時，我們便可以拆除軌道板及其軌道板四周的模板模具。逆向拆模過程中不得損傷軌道板四周及它們周圍的自密實混凝土結構。實際工程施工過程中，當需要拆除的模板在完成與之相連的混凝土后，工程中的施工人員方才可以對其進行拆卸、完成后續的調運模板操作。

③在拆模作業結束后，還要對自密實結構的混凝土采取工程中常用的土工布進行包裹，采用工程養護膜對其進行覆蓋或對其進行噴養護劑養護等，通常情況下養護時間不得少于14天，養護水與混凝土表面溫差值一般情況下不得大于理論上的5℃。

④通常情況下在完成拆模動作后，施工人員應該對其進行強度測試，在達到表面具有100%的設計承壓強度后，方可承受理論意義上計算得到的全部設計荷載和負載值。

5 結語

自主設計的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道所采用的自密實混凝土施工技術經過大量的實驗驗證然后通過近幾年廣泛應用，通過最終的施工效果已經可以說明該施工技術方案的質量可靠、操作方便等優點。本文結合現場施工，對原材料及配比、工裝設備、主要施工工序等關鍵技術進行總結，為后續施工提供借鑒。