蔣 琨

（中鐵建大橋局集團(tuán)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(shù)，即鋼桁梁頂面直接放置木橋枕。隨著我國(guó)鐵路幾次提速，在明橋面地段會(huì)出現(xiàn)晃車現(xiàn)象，隨后逐步開(kāi)始在大跨度鋼桁梁地段采用有砟軌道結(jié)構(gòu)，在道砟和鋼梁頂面間設(shè)置道砟槽板。但由于道砟槽板和道砟的增加，隨之帶來(lái)了橋梁二期恒載和上建高度加大、主橋工程造價(jià)大幅增加的問(wèn)題［1］。國(guó)外，如俄羅斯鐵路主要采用寬軌結(jié)構(gòu)，為了減少養(yǎng)護(hù)維修，在鋼桁梁橋地段普遍采用頂面直接設(shè)置無(wú)砟軌道板結(jié)構(gòu)。采用無(wú)砟軌道可提高軌道的平順性、降低結(jié)構(gòu)恒載，對(duì)高速行車和節(jié)約投資都有重要影響［2］。我國(guó)近年來(lái)自主研發(fā)了CRTSⅢ型雙向先張預(yù)應(yīng)力板式無(wú)砟軌道技術(shù)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于底座與軌道板之間的填充層由自密實(shí)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(shè)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(shí)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(duì)嚴(yán)寒地區(qū)鋼桁梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首次研發(fā)了聚合物自密實(shí)混凝土做為鋼桁梁與四線套軌軌道板的調(diào)整墊層技術(shù)。

2 四線套軌無(wú)砟軌道墊層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

無(wú)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(wú)砟軌道系統(tǒng)的重要組成部分［4］。同江橋主橋上鋪設(shè)四線套軌板式結(jié)構(gòu)，該板型為國(guó)內(nèi)外首次采用。套軌軌道板與鋼桁梁之間通過(guò)120 mm厚的聚合物自密性混凝土做為調(diào)整層，強(qiáng)度等級(jí)為C40，墊層內(nèi)配置單層直徑為6 mm鋼筋網(wǎng)片，用高強(qiáng)度螺栓與鋼桁梁縱梁連接，如圖1所示。

圖1 四線套軌無(wú)砟軌道板墊層結(jié)構(gòu)（單位：mm）

套軌軌道板上無(wú)專設(shè)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(zhǎng)橢圓形）且中間有連接螺栓，增加了灌注難度，針對(duì)此特點(diǎn)研制了專用的灌漿套管和漏斗。

3 線下揭板試驗(yàn)及攪拌、灌注設(shè)備

3.1 線下揭板試驗(yàn)

在線上正式鋪板之前，應(yīng)進(jìn)行線下揭板試驗(yàn)。水泥乳化瀝青砂漿灌注、自密實(shí)混凝土灌注、軌道板鋪設(shè)及精調(diào)等工序應(yīng)進(jìn)行線外模擬施工，驗(yàn)證配合比、施工工藝、工裝設(shè)備及施工組織［5］。線下揭板試驗(yàn)完成經(jīng)評(píng)估合格后方可進(jìn)行線上正式施工。

3.2 墊層混凝土攪拌和灌注設(shè)備

當(dāng)混凝土用量較少，在符合有關(guān)規(guī)定的情況下可以采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌的方式，宜選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)［6］。由于每塊軌道板下墊層混凝土用量較?。繅K板0.25 m3），現(xiàn)場(chǎng)采用自主研發(fā)的移動(dòng)式0.3 m3強(qiáng)制雙軸攪拌機(jī)3臺(tái)（見(jiàn)圖2）、12 kW的發(fā)電機(jī)1臺(tái)、0.05 m3皮桶20個(gè)、1m3水箱4個(gè)（用于清洗殘余混凝土）、0.05 m3的漏斗50個(gè)、套管200個(gè)、C60混凝土支承墊塊4 000個(gè)、1～20 mm厚鋼墊片若干。

圖2 強(qiáng)制雙軸攪拌機(jī)

4 墊層聚合物自密實(shí)混凝土施工

每精調(diào)完50m軌道板后再進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，確保軌道板的位置及標(biāo)高準(zhǔn)確無(wú)誤后，方可進(jìn)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(jìn)行板下墊層灌注時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)軌道板無(wú)上浮，不需對(duì)軌道板再施加扣壓等外力。

4.1 模板加工

模板是自密實(shí)混凝土灌注施工的關(guān)鍵工裝設(shè)備之一，直接影響無(wú)砟軌道施工質(zhì)量和施工成本。因此，自密實(shí)混凝土模板技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［7］。現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)1 960 mm，加工78套；P1960型橫梁上模板高120 mm、長(zhǎng)1 960 mm，加工20套；P1570型模板高200 mm，長(zhǎng)1570 mm，加工14套。每套模板由2個(gè)側(cè)模和2個(gè)端模組成，端模高170 mm、寬550 mm。側(cè)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(duì)拉桿。

4.2 模板安裝

10人組成1個(gè)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(cè)模和端模的頂面及側(cè)面貼一層泡沫膠以防漏漿，并用對(duì)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(cè)4個(gè)角采用直徑25 mm的PVC管做排氣孔，排氣孔的高度超過(guò)軌道板頂面500 mm。

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

在每孔軌道板精調(diào)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(shè)一層2 cm厚的竹膠板做為施工平臺(tái)（見(jiàn)圖3）。施工人員在施工平臺(tái)上進(jìn)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(shè)竹膠板平臺(tái)（單位：mm）

4.3 臨時(shí)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(qiáng)螺栓。

用內(nèi)徑30 mm的PVC塑料管做為連接螺栓套管，套管壁厚1～2 mm，長(zhǎng)度425 mm，墊層混凝土灌注時(shí)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(kāi)φ27 mm圓孔，螺栓套好PVC塑料管后穿過(guò)鐵片圓孔擰好螺母，螺母擰的不要太緊，螺栓不松動(dòng)為宜。擰完后上面的螺母用透明膠帶整個(gè)包死，防止灌注時(shí)混凝土漿液流入PVC套管內(nèi)。板下墊層混凝土灌注前，軌道板每個(gè)孔都用該種方法把連接螺栓固定好，固定時(shí)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(gè)支腿（見(jiàn)圖4）。套管高460 mm，上口為160mm×260mm的方形，下口為52mm×160mm的長(zhǎng)橢圓形并且中間開(kāi)個(gè)U形槽口便于臨時(shí)螺栓墊片的安放（見(jiàn)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(shí)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(jiàn)表1。聚合物自密實(shí)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(jí)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(dòng)對(duì)自密實(shí)混凝土性能尤其工作性能的影響，應(yīng)加強(qiáng)自密實(shí)混凝土原材料均質(zhì)性的控制，即每一批次原材料性能指標(biāo)的波動(dòng)要確保在一定范圍內(nèi)，不宜超過(guò)±10%［8］。

混凝土坍落擴(kuò)展度為690～710mm之間，要有良好的和易性和流動(dòng)性。自密性混凝土拌合物除滿足凝結(jié)時(shí)間、泌水、粘稠性和保水性等要求外，還應(yīng)滿足混凝土自密實(shí)性能［9］。當(dāng)施工環(huán)境溫度變化時(shí)，要根據(jù)環(huán)境氣溫來(lái)調(diào)整干料和液料的比例，直至聚合物自密實(shí)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(shí)混凝土的配制過(guò)程中，要確保自密實(shí)混凝土拌合物的入模溫度為5～30℃。

表1 聚合物自密實(shí)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(tái)雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)置于軌道平板車上，碎石及干料按每臺(tái)攪拌量0.2 m3裝袋分組存放在人行道板兩側(cè)，液料桶按每塊板的需求量也放在人行道板兩側(cè)，一次灌注10塊板。

表2 聚合物自密實(shí)混凝土材料性能指標(biāo)

聚合物自密實(shí)混凝土攪拌時(shí)應(yīng)精確計(jì)量，各種原材料計(jì)量設(shè)備的最大允許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定（按重量計(jì)）：干料±0.5%；粗骨料±1%；液料±0.5%。攪拌時(shí)間應(yīng)以自全部材料裝入攪拌機(jī)開(kāi)始攪拌至攪拌結(jié)束開(kāi)始卸料所用時(shí)間計(jì)，混凝土連續(xù)攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)配合比和攪拌設(shè)備情況通過(guò)試驗(yàn)確定，應(yīng)確保拌合物均勻，不宜少于3 min。

自密實(shí)混凝土攪拌時(shí)應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)其含氣量和擴(kuò)展度，當(dāng)拌制混凝土的含氣量和擴(kuò)展度超出表2范圍時(shí)，應(yīng)向拌制的混凝土內(nèi)加入適量的消泡劑。

4.5.3 聚合物自密實(shí)混凝土的灌注

混凝土灌注時(shí)由23人組成一個(gè)混凝土灌注小組，共兩組56人。每組準(zhǔn)備10個(gè)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(kāi)，第1人負(fù)責(zé)用皮桶接料，末尾的人負(fù)責(zé)把傳來(lái)的料倒入漏斗內(nèi)，中間6人負(fù)責(zé)傳料。灌注小組內(nèi)上料、轉(zhuǎn)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(cè)有3個(gè)連接螺栓孔，每塊板下有2個(gè)墊層共6個(gè)螺栓孔（見(jiàn)圖6），P1570型每側(cè)有2個(gè)墊層共4個(gè)螺栓孔。P1960型軌道板灌注時(shí)每側(cè)板以中間的螺栓孔為灌注孔（見(jiàn)圖7），上邊安放灌注漏斗和套管，其余的2個(gè)螺栓孔上安放2個(gè)套管，做為灌注時(shí)的通氣孔和觀察孔。P1570型軌道板每側(cè)板以1個(gè)螺栓孔為灌注孔，上邊安放灌注漏斗和套管，另1個(gè)螺栓孔上安放套管，做為灌注時(shí)的通氣孔和觀察孔。自密實(shí)混凝土灌注前應(yīng)查看混凝土的狀態(tài)，若有離析現(xiàn)象不得使用。灌注時(shí)宜連續(xù)進(jìn)行，混凝土靠自重流入模板腔內(nèi)，從兩側(cè)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(shí)混凝土凝結(jié)時(shí)間快，從攪拌到灌注完不宜超過(guò)60min。灌注時(shí)隨時(shí)觀察模板腔內(nèi)混凝土的上升情況，若停止上升或灌注漏斗內(nèi)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(dāng)每側(cè)2個(gè)套管內(nèi)的混凝土溢出上升至軌道板面以上400 mm時(shí)停止灌注，每側(cè)3個(gè)套管內(nèi)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(shí)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(guò)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(dòng)連接螺栓，使其能自由活動(dòng)，同時(shí)拆除錨栓孔處的臨時(shí)鐵墊片。

4.5.4 拆模養(yǎng)生

帶模養(yǎng)護(hù)3 d，當(dāng)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到10.0 MPa以上且其表面及棱角不因拆模而受損時(shí)［11］，方可拆模。拆模宜按照立模順序逆向進(jìn)行，先把模板對(duì)拉桿及四角松開(kāi)，嚴(yán)禁用力敲打。拆模后四周立即涂刷養(yǎng)護(hù)液、密貼塑料薄膜繼續(xù)養(yǎng)護(hù)14 d［12］。

4.6 墊層施工要點(diǎn)

（1）立模時(shí)兩邊側(cè)模必順保證垂直，加對(duì)拉桿時(shí)模板內(nèi)側(cè)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(nèi)。

（3）混凝土灌注時(shí)采用倒退法施工，灌注完墊層的軌道板在強(qiáng)度沒(méi)達(dá)到要求之前嚴(yán)禁任何機(jī)械在其上通過(guò)。

（4）為減小攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)墊層產(chǎn)生的振動(dòng)，在攪拌機(jī)與平板車之間加墊1層100 mm泡沫板做緩沖層。攪拌機(jī)與施工的軌道板間最少保證10 m的距離。

5 結(jié)束語(yǔ)

嚴(yán)寒地區(qū)鋼桁梁橋與四線套軌板式無(wú)砟軌道板之間的聚合物自密實(shí)混凝土調(diào)整墊層在國(guó)內(nèi)外首次采用，其施工質(zhì)量直接影響整個(gè)套軌板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命。通過(guò)本次研究，解決了在鋼桁梁橋上施工四線套軌板式無(wú)砟軌道板聚合物自密實(shí)混凝土墊層的技術(shù)難題，可為同類項(xiàng)目工程施工提供經(jīng)驗(yàn)。