寒冷地區(qū)高速鐵路軌道基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制研究

張凡

（中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031）

北方寒冷天氣，因各材料性能和澆筑質(zhì)量受溫度影響大，質(zhì)量事故發(fā)生率較高，如何保證寒冷極端天氣無砟軌道基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量，確保鋪軌工作按節(jié)點(diǎn)時(shí)間介入和控制施工成本是個(gè)需重點(diǎn)攻克的課題?；诖?，需要參照J(rèn)GJ/T 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》[1]對(duì)材料選用、配合比設(shè)計(jì)、攪拌時(shí)間、出機(jī)溫度、運(yùn)輸方法及時(shí)間、入模溫度、澆筑施工、養(yǎng)護(hù)每個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)格精準(zhǔn)控制。本文以魯南高鐵QHTJ-3標(biāo)冬期無砟軌道工程施工為例，介紹一種寒冷極端天氣下軌道基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量精準(zhǔn)控制技術(shù)的研究與應(yīng)用。

1 工程概況及冬期無砟軌道施工范圍

魯南高鐵QHTJ-3標(biāo)位于濟(jì)寧市嘉祥縣，菏澤市巨野縣、鄆城縣，起訖里程DK329+660.39（梁寶寺鐵路特大橋臺(tái)尾）—DK373+518.36（鄄鄆河特大橋第476#墩），正線長(zhǎng)度42.873 km。魯南高鐵QHTJ-3標(biāo)項(xiàng)目部主要負(fù)責(zé)DK329+660.390—DK373+518.360范圍85.7單線公里底座板施工、84.26單線公里CRTSⅢ型軌道板鋪設(shè)及0.71單線公里雙塊式無砟道床施工，無砟道岔底座8組。

根據(jù)濟(jì)寧及菏澤地區(qū)的天氣狀況，每年11月底進(jìn)入冬期施工。作為首鋪段，為保障鋪軌介入時(shí)間和進(jìn)度，標(biāo)段內(nèi)有40鋪軌公里軌道工程須進(jìn)行冬期寒冷施工，主要施工工點(diǎn)部位有梁寶寺鐵路特大橋、區(qū)間路基（DK341+577—DK345+097）、巨野北站、鄆巨河特大橋及鄄鄆河特大橋軌道工程的底座板、自密實(shí)混凝土和鋪板施工及巨野北站內(nèi)雙塊式底座及道床板施工。

2 冬期寒冷施工特點(diǎn)

冬期施工最顯著的特點(diǎn)是環(huán)境溫度低、相對(duì)濕度較小，這些對(duì)于新拌制的混凝土及初凝后的混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)極為不利，對(duì)軌道板的自密實(shí)混凝土灌注有很大的影響。冬期施工的不利影響如下：①冬期混凝土施工，環(huán)境溫度低，混凝土水化反應(yīng)慢，混凝土升溫緩慢，對(duì)混凝土拌制、運(yùn)輸、澆筑、振搗、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)都極為不利。②冬期自密實(shí)混凝土由于環(huán)境溫度低，混凝土灌注后呈板狀，且自身厚度與體積小，澆筑成型后強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，凍結(jié)后直接影響混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)，可能導(dǎo)致自密實(shí)與軌道板離縫。③自密實(shí)混凝土泵送過程中，由于泵管較細(xì)較長(zhǎng)，混凝土經(jīng)過泵送后溫度損失較大，容易導(dǎo)致混凝土泵送過程中受凍。④軌道工程施工位于橋上，溫度較低，風(fēng)速較大，在低溫狀態(tài)下工作，人員反應(yīng)速度和工作狀態(tài)都將受到極大影響。因此，為保證施工生產(chǎn)進(jìn)度、工程質(zhì)量、安全，冬期施工必須參照Q/CR 9605—2017《高速鐵路軌道工程施工技術(shù)規(guī)程》[2]，首先進(jìn)行底座板和自密實(shí)混凝土施工工藝試驗(yàn)，如圖1所示，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整優(yōu)化混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)全過程工序，落實(shí)可靠的措施來保證生產(chǎn)順利、質(zhì)量?jī)?yōu)良。

圖1 工藝試驗(yàn)

3 軌道基礎(chǔ)混凝土冬期施工質(zhì)量精準(zhǔn)控制技術(shù)及保溫養(yǎng)護(hù)措施

3.1 施工質(zhì)量精準(zhǔn)控制技術(shù)

首先通過分析濟(jì)寧和菏澤地區(qū)近5年最不利極端天氣后，參照Q/CR 9605—2017《高速鐵路軌道工程施工技術(shù)規(guī)程》[2]、TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[3]、TB 10754—2018《高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[4]、Q/CR 596—2017《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實(shí)混凝土》[5]、TB/T 3275—2018《鐵路混凝土》[6]、JGJ/T 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》[1]，計(jì)算出混凝土拌和物熱工系數(shù)、拌和用水加熱功率、保溫設(shè)備配備。然后擬定以下施工技術(shù)措施。

3.1.1 砂石料倉(cāng)封閉

施工前備足所需的骨料，對(duì)骨料合格倉(cāng)進(jìn)行全封閉，料倉(cāng)進(jìn)出口采用篷布封閉，在無運(yùn)輸車輛出入的情況下，嚴(yán)禁將進(jìn)出口敞開，防止冷空氣進(jìn)入料倉(cāng)。料倉(cāng)前后設(shè)排水設(shè)施，防止雨雪溶化后灌入堆料中，因氣溫低，使骨料凝結(jié)成塊。

3.1.2 拌和水及外加劑

為防止供水管道凍脹破壞，保障拌和用水的需求，拌和站供水管道采用保溫材料包裹。拌和站用儲(chǔ)水箱置于封閉彩鋼房?jī)?nèi)，水箱外圍采用保溫材料包裹，減少水加熱后的熱量散失，拌和用水采用電熱棒加熱的方式來保證溫度。

外加劑儲(chǔ)存罐置于全封閉彩鋼棚內(nèi)，并在彩鋼棚內(nèi)安裝空調(diào)及油汀，以加熱空氣保溫，防止出現(xiàn)凍結(jié)結(jié)晶的情況，因外加劑與水混合后進(jìn)入攪拌機(jī)，原則上不考慮對(duì)外加劑進(jìn)行加熱。

3.1.3 骨料存放

河砂及碎石存放于全封閉料倉(cāng)內(nèi)，料倉(cāng)內(nèi)配置3臺(tái)30 kW工業(yè)暖風(fēng)機(jī)，保證倉(cāng)內(nèi)溫度不低于5℃。待檢倉(cāng)儲(chǔ)備2 d準(zhǔn)備使用的骨料，確保骨料進(jìn)入合格倉(cāng)前不出現(xiàn)凍結(jié)的情況，混凝土開盤前檢查合格倉(cāng)內(nèi)的骨料存量是否滿足本次拌和使用需求，儲(chǔ)量不足不得開盤進(jìn)行混凝土拌和。

3.1.4 鋼筋存放和焊接

冬期鋼筋必須做好下墊上蓋，鋼筋焊接前，必須做好防風(fēng)雪措施。

3.1.5 混凝土攪拌機(jī)

攪拌機(jī)封閉在彩鋼房?jī)?nèi)，彩鋼房?jī)?nèi)安裝空調(diào)及油汀升溫，保證攪拌機(jī)彩鋼房?jī)?nèi)溫度不低于10℃，同時(shí)使用保溫防火棉或防火棉被對(duì)攪拌機(jī)出料口周圍進(jìn)行包裹。儲(chǔ)料斗在封閉砂石料倉(cāng)內(nèi)，采用暖風(fēng)機(jī)對(duì)料倉(cāng)升溫，以達(dá)到砂石料及儲(chǔ)料斗升溫的目的，并在離地面500 mm處設(shè)置溫度檢測(cè)點(diǎn)，每晝夜測(cè)溫不少于4次。每次攪拌前和攪拌完成后，將斗內(nèi)多余的砂石料全部放出，并清洗攪拌機(jī)，清洗干凈后不存水，防止凍結(jié)。

3.1.6 混凝土拌制

調(diào)整混凝土配合比，確保混凝土性能滿足冬期施工要求。精確控制混凝土配合比，拌和水用量應(yīng)扣除骨料中和外加劑溶液中的水分。投料前，先用熱水沖洗攪拌機(jī)，為避免水化熱損失過早，應(yīng)先將骨料和水進(jìn)行均勻攪拌，待溫度降至60℃后，再加入水泥、粉煤灰進(jìn)行攪拌，禁止將80℃以上的拌和水與水泥直接接觸，以免發(fā)生假凝現(xiàn)象，骨料中不得有雪塊、凍塊，拌制時(shí)間不得低于180 s。試驗(yàn)室定期觀測(cè)拌和用水、混凝土出機(jī)和入模溫度。若溫度不達(dá)標(biāo)，后臺(tái)調(diào)整拌和水溫，確保混凝土入模溫度符合規(guī)范不低于5℃的要求。同時(shí)為降低和防止混凝土凍害，冬期施工選用較小的水灰比和較低的坍落（擴(kuò)展）度。冬施期間底座混凝土和自密實(shí)混凝土配合比如表1和表2所示。

表1 冬施期間底座混凝土理論配合比

表2 冬施期間自密實(shí)混凝土理論配合比

3.1.7 混凝土運(yùn)輸

混凝土的運(yùn)輸過程要快裝快卸，盡量縮短運(yùn)輸過程時(shí)間，避免罐車停靠等待。同時(shí)，為有效降低運(yùn)輸過程中的溫度損失，罐車體需用保溫材料包裹。

3.1.8 混凝土澆筑

混凝土澆筑前后工作參照Q/CR 9605—2017《高速鐵路軌道工程施工技術(shù)規(guī)程》[2]施工，混凝土澆筑采用天泵泵送，混凝土入模溫度不得低于5℃。在澆筑過程中為避免受凍，可根據(jù)施工情況增加天泵配置，保證澆筑過程全部在白天溫度較高時(shí)進(jìn)行，并采取邊澆邊蓋的方式。

澆筑前需對(duì)模型進(jìn)行預(yù)熱，模型預(yù)熱采用暖風(fēng)機(jī)吹送熱風(fēng)的方式進(jìn)行。底座及自密實(shí)澆筑完成后，及時(shí)進(jìn)行覆蓋保溫。澆筑選在白天氣溫較高的時(shí)段進(jìn)行。澆筑采用混凝土罐車+天泵泵送+中轉(zhuǎn)倉(cāng)布料的方式組織混凝土的施工，各環(huán)節(jié)緊湊有序，保證澆筑連續(xù)性，縮短了混凝土的運(yùn)輸和卸料等待時(shí)間，從而減小混凝土溫度損失。同時(shí)，為減少天泵及灌注設(shè)備的溫度損失，保證混凝土的灌注設(shè)備正常使用，天泵、中轉(zhuǎn)倉(cāng)等灌注設(shè)備采用包裹保溫材料的方式進(jìn)行，以確?；炷敛皇軆?。

3.1.9 試件留置

除按規(guī)范取樣制作混凝土試件外，還應(yīng)按養(yǎng)護(hù)和拆模的需求制作同條件試件，冬期施工期間同條件試件留置組數(shù)如表3所示。

表3 混凝土試件制作要求

3.1.10 軌道板精調(diào)

軌道板精調(diào)后，環(huán)境溫度變化超過15℃應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)重調(diào)。

3.2 養(yǎng)護(hù)保溫措施

底座和自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)保溫參照TB 10754—2018《高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[4]、JGJ/T 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》[1]實(shí)施。

3.2.1 底座混凝土養(yǎng)護(hù)

底座混凝土收面完成后，采用塑料膜進(jìn)行覆蓋，薄膜上鋪設(shè)電熱毯，電熱毯上覆蓋保溫防火棉被并包裹防雨篷布。底座混凝土澆筑完成后，通過電熱毯進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于14 d，覆蓋保溫時(shí)間根據(jù)同條件混凝土試件強(qiáng)度進(jìn)行確定，保證底座混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%之前不受凍，且養(yǎng)護(hù)溫度不宜高于40℃。底座板保溫養(yǎng)護(hù)如圖2所示。

圖2 底座板保溫養(yǎng)護(hù)

3.2.2 自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)

經(jīng)綜合對(duì)比分析，自密實(shí)混凝土施工預(yù)熱及保溫措施宜選用“單線小暖棚，棚外灌注混凝土”的方式。

保溫暖棚支架強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性應(yīng)良好，連接牢固，能承受施工荷載，并具備防風(fēng)措施（可采取纜風(fēng)繩固定）。支架采用拼裝的方式，具備最大超高段所需調(diào)節(jié)高度，便于拆卸和重復(fù)使用，也可采用吊車分節(jié)段整體倒運(yùn)。覆蓋用保溫材料應(yīng)阻燃且防風(fēng)，同時(shí)根據(jù)橋面軌道板型號(hào)，設(shè)置灌注、觀察和排漿孔預(yù)留位置。預(yù)留位置應(yīng)具備封閉和開啟功能。保溫暖棚預(yù)熱采用暖風(fēng)機(jī)加熱。應(yīng)保證自密實(shí)混凝土在灌注前棚內(nèi)溫度不低于5℃。保溫棚具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖3所示。

圖3 自密實(shí)暖棚結(jié)構(gòu)尺寸圖（單位：mm）

保溫棚支架采用方鋼制作，尺寸根據(jù)梁上具體板型進(jìn)行布置，如圖4所示。保溫材料分兩層：外層采用防雨篷布，內(nèi)層采用保溫防火棉被。保溫棚內(nèi)溫度宜控制在10～25℃內(nèi)，溫控安裝在養(yǎng)護(hù)棚外側(cè)，以便觀察棚內(nèi)溫度，防止設(shè)備故障，導(dǎo)致棚內(nèi)溫度過低，造成質(zhì)量問題。自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于14 d，具體拆除加溫養(yǎng)護(hù)措施根據(jù)混凝土同條件試件抗壓強(qiáng)度進(jìn)行確定。自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)做好現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)，保證自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%之前不受凍。

圖4 方鋼保溫棚

3.2.3 測(cè)溫監(jiān)控

建立溫度監(jiān)測(cè)體系，對(duì)施工環(huán)境、原材料、混凝土拌和料、混凝土出機(jī)、混凝土入模、混凝土養(yǎng)護(hù)等溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，針對(duì)變化情況，適時(shí)調(diào)整防寒保溫措施。設(shè)專人負(fù)責(zé)，并于測(cè)溫前組織培訓(xùn)和交底。在局部溫度過高、溫度變化加大、容易散失熱量、構(gòu)件易受凍的位置布置測(cè)溫孔點(diǎn)。

測(cè)量原材料溫度。開盤前4 h，測(cè)量水泥、粉煤灰、骨料、外加劑溫度，開盤前1 h測(cè)量拌和用水溫，根據(jù)熱工計(jì)算和實(shí)際試拌確定的溫度參數(shù)，采取加熱措施，保證原材料使用前的初始溫度符合要求。原材料的溫度監(jiān)測(cè)每工作班不少于4次。

在澆筑地點(diǎn)對(duì)施工環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀測(cè)最高和最低氣溫，每日06：00、14：00、22：00測(cè)量室外氣溫，求平均值計(jì)算晝夜平均氣溫。初次測(cè)溫，在21：00至次日06：00，1 h一次，得到最低氣溫時(shí)點(diǎn)和溫度值，以后每日測(cè)量最低氣溫時(shí)點(diǎn)和前后1 h的溫度值，以確定當(dāng)日最低氣溫。

混凝土拌制過程中，拌和機(jī)工作環(huán)境溫度不得小于10℃，需對(duì)每車拌和物出機(jī)溫度進(jìn)行檢測(cè)。

混凝土到達(dá)澆筑現(xiàn)場(chǎng)后，現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人對(duì)出罐溫度進(jìn)行測(cè)量。并與其出機(jī)溫度進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算在運(yùn)輸過程中的混凝土溫度降低值。

在混凝土灌注過程中，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人對(duì)工點(diǎn)環(huán)境、工作面和混凝土入模等溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每工作班不少于4次，并與出罐溫度對(duì)比，以便計(jì)算在澆筑過程中的溫度降低值。

底座混凝土每個(gè)施工段設(shè)置3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，自密實(shí)混凝土在每孔梁的梁端及跨中位置設(shè)置3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，在升降溫期間每1 h觀測(cè)一次，在恒溫期間每2 h觀測(cè)一次。升溫期間每小時(shí)溫度變化不大于10℃，降溫期間每小時(shí)溫度變化不大于5℃。自密實(shí)養(yǎng)護(hù)暖棚測(cè)溫點(diǎn)布置示意圖如圖5所示，測(cè)溫點(diǎn)縱向布置示意圖如圖6所示。

圖5 自密實(shí)養(yǎng)護(hù)暖棚測(cè)溫點(diǎn)布置示意圖

圖6 測(cè)溫點(diǎn)縱向布置示意圖

在混凝土養(yǎng)護(hù)期間，對(duì)結(jié)構(gòu)物外采用溫度計(jì)、數(shù)顯測(cè)溫探頭和紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行溫度監(jiān)控。采用蓄熱法養(yǎng)護(hù)時(shí)至少4 h測(cè)量一次溫度，采用暖棚養(yǎng)護(hù)時(shí)，升降溫階段1 h測(cè)量一次，恒溫期間2 h測(cè)量一次。數(shù)顯測(cè)溫儀、紅外線測(cè)溫儀、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫、軌道基礎(chǔ)成品分別如圖7、圖8、圖9、圖10所示。

圖7 數(shù)顯測(cè)溫儀

圖8 紅外線測(cè)溫儀

圖9 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫

圖10 軌道基礎(chǔ)成品

4 結(jié)語

綜上所述，在“八縱八橫”高鐵網(wǎng)加密成型戰(zhàn)略布局下，為確保民生工程和交通強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的盡早實(shí)現(xiàn)，寒冷地區(qū)冬季施工難以避免，確保冬季施工質(zhì)量是必須攻克的難題。本文討論了鋪軌作業(yè)前，軌道基礎(chǔ)混凝土冬期施工質(zhì)量控制措施，通過從混凝土原材料、生產(chǎn)拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)把控，克服了寒冷地區(qū)混凝土易凍結(jié)、施工質(zhì)量不可控、返工率高、成本投入大等不利條件，有力保障了軌道基礎(chǔ)施工進(jìn)度和質(zhì)量，一次通過了建設(shè)單位組織的達(dá)標(biāo)驗(yàn)收，施工質(zhì)量一次成優(yōu)，在工期壓力巨大的情況下，順利保障了首鋪段按計(jì)劃推進(jìn)。較傳統(tǒng)覆蓋和搭設(shè)炭火暖棚蓄熱法，該技術(shù)在材料周轉(zhuǎn)利用、節(jié)能環(huán)保、施工進(jìn)度和質(zhì)量控制上有明顯優(yōu)勢(shì)，值得推廣。