張超平，孫洪碩，孫麗娟

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460）

我國(guó)作為世界上高速鐵路在建和運(yùn)營(yíng)里程最大的國(guó)家，無(wú)砟軌道板的發(fā)展經(jīng)歷了引進(jìn)吸收、試驗(yàn)段研究等工作后，2008年開(kāi)建了全線鋪設(shè)CRTS I型板式無(wú)砟軌道的滬寧高鐵；2018年4月18日正式開(kāi)建了全線鋪設(shè)CRTS Ⅱ型板式無(wú)砟軌道的京滬高鐵；而CRTS I型、Ⅱ型板式無(wú)砟軌道不具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，特別是以上兩種軌道板與底板間的充填層CA砂漿和BMZ砂漿施工成本較大，且部分原材料國(guó)內(nèi)廠家不具備相應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)，嚴(yán)重影響我國(guó)高鐵技術(shù)自主化。因此，鐵道部組織相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)單位在盤(pán)營(yíng)客運(yùn)專線、成綿樂(lè)客專眉樂(lè)段、武漢城市圈武漢至咸寧鐵路等幾條線路進(jìn)行了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道試驗(yàn)段應(yīng)用研究。CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道由鋼軌及扣件、軌道板、自密實(shí)混凝土填充層、隔離層及鋼筋混凝土底座等部分組成。作為軌道板和底座板間的填充物，自密實(shí)混凝土充填層起到支持、限位、調(diào)整標(biāo)高等功能，其施工質(zhì)量決定整個(gè)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的安全性與耐久性。2014年1月，中國(guó)鐵路總公司批復(fù)鄭徐客專全線使用CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道施工示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道與自密實(shí)混凝土施工示意

1 板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土性能要求

根據(jù)高速鐵路板式無(wú)砟軌道充填層設(shè)計(jì)要求和功能定位，充填層材料應(yīng)滿足以下功能：①?gòu)?qiáng)填充能力。充填材料應(yīng)能對(duì)軌道板提供平順支承，并能填滿整個(gè)充填空間，因此充填材料應(yīng)具有強(qiáng)流動(dòng)性和擴(kuò)展度。②強(qiáng)粘結(jié)與承載能力。充填層位于軌道板與鋼筋混凝土底座中間，在結(jié)構(gòu)上充填層應(yīng)與軌道板凝結(jié)為一體共同承載上部列車的荷載。故充填層和軌道板的結(jié)合面不應(yīng)出現(xiàn)強(qiáng)度不均勻或孔洞麻面等病害，且具有強(qiáng)穩(wěn)定性、粘結(jié)性與抗離析的能力。

根據(jù)上述功能要求，鐵路總公司相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確了充填層材料——自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)的強(qiáng)制要求，自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)和硬化體性能指標(biāo)見(jiàn)表 1、2。

表1 自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)

表2 自密實(shí)混凝土硬化體性能指標(biāo)

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

鄭徐客專蕭縣段采用的自密實(shí)混凝土經(jīng)過(guò)前期揭板試驗(yàn)以及其他項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)填充層施工的主要技術(shù)難點(diǎn)如下：①自密實(shí)混凝土拌和物坍落度損失快，且存在泌水與離析現(xiàn)象②灌注后混凝土表面容易產(chǎn)生較厚的浮漿層，且存在表面水紋、氣泡等病害數(shù)量超標(biāo)現(xiàn)象，甚至局部灌注不飽滿。③灌注過(guò)程中軌道板存在上浮和側(cè)移現(xiàn)象，模板出現(xiàn)跑?；蚵{，混凝土側(cè)面存在蜂窩麻面病害。④自密實(shí)混凝土充填層與軌道板間存在粘結(jié)力低和離縫情況。

針對(duì)以上問(wèn)題查閱相關(guān)文獻(xiàn)，EFNARC、安雪暉等進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自密實(shí)混凝土配比中膠凝材料用量、砂率以及漿骨比較高時(shí)，可有效改善混凝土的工作性，但對(duì)自密實(shí)混凝土收縮、變形有不利影響。同時(shí)由于自密實(shí)混凝土的離析現(xiàn)象主要是其較低的塑性黏度和屈服應(yīng)力所致，而且自密實(shí)混凝土中漿體和骨料的分離是不可視的，只有采取特殊手段才能發(fā)現(xiàn)，這就更加導(dǎo)致了混凝土在硬化后干縮較大以及混凝土強(qiáng)度分布不均勻等質(zhì)量問(wèn)題。譚鹽賓等按性能要求設(shè)計(jì)了C30、C40和C50三種具有良好工作性能的充填層自密實(shí)混凝土，并進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)自密實(shí)混凝土的塑性收縮變形與強(qiáng)度等級(jí)的成正比例關(guān)系；但在水膠比與單方用水量相同時(shí)三種自密實(shí)混凝土的干燥收縮變形卻呈現(xiàn)出完全相反的規(guī)律。張勇、趙慶新等通過(guò)試驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，自密實(shí)混凝土水膠比、減水劑用量和粗骨料最大粒徑增加在提高其基本工作性能的同時(shí)會(huì)降低其靜態(tài)穩(wěn)定性，而引氣劑含量、粗骨料體積分?jǐn)?shù)的增加則存在相反作用；骨料集配對(duì)自密實(shí)混凝土基本工作性能和靜態(tài)穩(wěn)定性的影響會(huì)以其最佳集配為基礎(chǔ)呈對(duì)稱趨勢(shì)變化；各影響因素對(duì)自密實(shí)混凝土靜態(tài)穩(wěn)定性影響程度按變異系數(shù)大小依次為水膠比、骨料體積分?jǐn)?shù)、減水劑用量、含氣量、骨料級(jí)配和骨料最大粒徑；同時(shí)，自密實(shí)混凝土的豎向膨脹率(24h)與其靜態(tài)穩(wěn)定性間不存在明顯相關(guān)性。通過(guò)貫入試驗(yàn)、GTM篩穩(wěn)定性試驗(yàn)和柱狀法試驗(yàn)三種試驗(yàn)方法細(xì)分研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自密實(shí)混凝土基本工作性能至少 滿 足 5.3s≤ T500≤ 20.0s，12.1s≤ T600≤ 46.3s，35.7s≤Tfin≤63.5s和550 mm≤坍落擴(kuò)展度≤715mm中的三項(xiàng)時(shí)，可判定其靜態(tài)穩(wěn)定性良好。根據(jù)以上文獻(xiàn)研究結(jié)果，又進(jìn)行了CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土相關(guān)配合比調(diào)整試驗(yàn)，同時(shí)優(yōu)化了施工工藝。

3 施工工藝研究

施工工藝研究主要包括拌和及運(yùn)輸工藝研究和灌注工藝研究?jī)刹糠謨?nèi)容。

3.1 拌和及運(yùn)輸

自密實(shí)混凝土應(yīng)采用強(qiáng)制拌和機(jī)拌和，各種原材料投放量應(yīng)嚴(yán)格按照前期試驗(yàn)配合比執(zhí)行，因此在對(duì)原材料計(jì)量時(shí)采用電子計(jì)量系統(tǒng)，膠凝材料、拌和用水、外加劑等原材料質(zhì)量偏差應(yīng)控制在±1%內(nèi)，骨料應(yīng)控制在±2%以內(nèi)。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范對(duì)砂、摻和料、粗骨料、減水劑等原材料進(jìn)行入場(chǎng)檢測(cè)，尤其應(yīng)對(duì)砂子細(xì)度模數(shù)、粗骨料最大粒徑、摻合料細(xì)度與燒失量等嚴(yán)格檢驗(yàn)。

拌和前應(yīng)對(duì)各種骨料的含水率進(jìn)行檢測(cè)，并在拌和過(guò)程中每8小時(shí)抽檢不少于2次，且不少于每4 h檢測(cè)一次，雨雪天氣應(yīng)隨時(shí)抽檢；大氣溫度應(yīng)每小時(shí)量測(cè)1次，檢測(cè)后應(yīng)及時(shí)根據(jù)結(jié)果調(diào)整施工配合比。自密實(shí)混凝土拌和時(shí)應(yīng)按二次投料拌和工藝實(shí)施，并先按細(xì)骨料、粗骨料、水泥、礦物摻和料的先后順序投料，待一次拌和均勻后再注入拌和水與外加劑，直至拌和均勻?；炷涟韬屯瓿珊髴?yīng)在出料裝車前檢測(cè)自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。

自密實(shí)混凝土采用8m3混凝土拌和車運(yùn)送，在運(yùn)送途中拌和車應(yīng)保持低速拌和狀態(tài)，駕駛過(guò)程盡量保持平衡?；炷涟韬蛙囆读锨皯?yīng)高速拌和均勻，并應(yīng)先對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可卸料灌注。夏冬季節(jié)運(yùn)送自密實(shí)混凝土?xí)r，應(yīng)對(duì)攪拌車采取保溫隔熱措施，以防混凝土入模溫度升高或過(guò)低。

3.2 灌注工藝

通過(guò)研究將灌注漏斗由最初按敞開(kāi)式方形設(shè)計(jì)改為圓柱形，并在漏斗內(nèi)增加拌和裝置和移動(dòng)裝置，可保證施工過(guò)程中漏斗移動(dòng)作業(yè)方便，同時(shí)也可有效避免混凝土產(chǎn)生骨料下沉、分層、坍落度損失等問(wèn)題。

對(duì)模板系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，將原設(shè)計(jì)中固定軌道板的L形扣壓裝置增設(shè)水平方向調(diào)節(jié)螺栓，可有效控制軌道板在自密實(shí)混凝土灌注時(shí)的側(cè)移，同時(shí)將原設(shè)計(jì)中的小斷面槽鋼正面扣壓方式，改為具有更大剛度的大尺寸槽鋼立放形成扁擔(dān)扣壓在軌道板頂面，并與底板內(nèi)預(yù)埋的PVC管“T”形銷鉚接后，可有效控制軌道板在自密實(shí)混凝土灌注時(shí)的頂面高程上浮以保證施工精度。由于自密實(shí)混凝土主要靠自身流動(dòng)性填充整個(gè)充填層，澆筑時(shí)整個(gè)充填層為密閉結(jié)構(gòu)導(dǎo)致混凝土排氣效果不佳，經(jīng)研究將自密實(shí)混凝灌注時(shí)的封頭側(cè)模板改為定型鋼模板分段拼接，以及在模板內(nèi)側(cè)面粘貼透水土工布，同時(shí)在軌道板4角設(shè)置排氣槽等，可有效提高自密實(shí)混凝土在澆筑硬化過(guò)程中的排氣效果，避免混凝土表面麻面和自密實(shí)混凝土與軌道板離縫的產(chǎn)生。

對(duì)澆筑前軌道板潤(rùn)濕裝置試驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，在混凝土灌注前采用旋轉(zhuǎn)噴頭對(duì)軌道板和底板進(jìn)行霧狀噴射，可有效達(dá)到軌道板腔表面濕潤(rùn)且無(wú)明水的效果，并使軌道板腔濕度滿足85%～95%的要求。對(duì)灌注施工工藝進(jìn)行多次試驗(yàn)研究后總結(jié)出自密實(shí)混凝土充填層施工應(yīng)按“先快后慢”的灌注原則控制，灌注速度快慢轉(zhuǎn)變以自密實(shí)混凝土是否到達(dá)觀察孔為標(biāo)準(zhǔn)控制。每塊板灌注時(shí)間應(yīng)控制在8～12min范圍內(nèi)，當(dāng)觀察到設(shè)置的排氣槽內(nèi)充滿自密實(shí)混凝土后停止灌注，并采用插板封閉排氣槽。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鄭徐客專蕭縣段自密實(shí)混凝土充填層施工工藝試驗(yàn)研究并經(jīng)過(guò)施工過(guò)程中的不斷改進(jìn)與完善，通過(guò)揭板試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土填充層施工效果良好，側(cè)面混凝土澆筑飽滿，充填層表面浮漿層、裂紋與麻面現(xiàn)象得到有效控制，施工質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。