張婧穎 劉心成 王域辰

（1.北京中鐵誠業(yè)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，北京 100020；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

CRTSⅢ型板式無砟軌道是我國自主研發(fā)設(shè)計的［1］，截至2019 年底，我國鋪設(shè)CRTSⅢ型無砟軌道的線路總里程約5 400 km。

在CRTSⅢ型板式無砟軌道施工過程中，如果控制措施不到位，容易出現(xiàn)軌道板鋪設(shè)精度低、底座板頂面及凹槽四角裂紋、自密實混凝土質(zhì)量不達標等問題［2］。其中自密實混凝土施工質(zhì)量問題會帶來一系列病害（如滲漿、離縫等），從而減小自密實混凝土與軌道板間的黏結(jié)力和約束力，嚴重時可能會造成軌道整體結(jié)構(gòu)承載力降低、軌道板發(fā)生相對位移等問題，為線路的正常運營埋下安全隱患［3］?？刹扇「倪M施工技術(shù)、嚴格規(guī)范管理等方式控制施工中的質(zhì)量問題。

文獻［4-7］在進行大量無砟軌道施工和監(jiān)管工作的基礎(chǔ)上，針對CRTSⅢ型板式無砟軌道施工過程中存在的常見問題提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制方法，總結(jié)了自密實混凝土施工方案和施工特點，并指出自密實混凝土的材料性能和現(xiàn)場施工技術(shù)是影響其灌注質(zhì)量的重要因素。針對自密實混凝土的材料、制備等，文獻［8-10］通過理論和試驗研究，根據(jù)性能要求提出了相應(yīng)的配置方法和配合比，提升了自密實混凝土的耐久性和穩(wěn)定性。

目前針對CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土施工系統(tǒng)性質(zhì)量管理缺少成熟經(jīng)驗，且無大范圍應(yīng)用的內(nèi)部質(zhì)量檢測方法。為減少施工過程中的質(zhì)量問題和后期養(yǎng)護維修工作量，本文對自密實混凝土施工全過程質(zhì)量管理體系進行研究，結(jié)合現(xiàn)場施工經(jīng)驗，總結(jié)自密實混凝土質(zhì)量控制要點，并對當前混凝土無損檢測技術(shù)進行研究，提出適合自密實混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測的無損檢測技術(shù)。

1 施工流程與技術(shù)標準

CRTSⅢ型板式無砟軌道施工流程見圖1。自密實混凝土施工處于整個無砟軌道結(jié)構(gòu)施工的最后一步，在調(diào)整好軌道板位置后，通過在軌道板上預(yù)留灌注孔，將自密實混凝土灌注至軌道板和底座板間的空腔中。在此過程中，需要保證自密實混凝土既能夠有效充滿空腔，又具備足夠的強度和穩(wěn)定性，這是其施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

圖1 CRTSⅢ型板式無砟軌道施工流程

為保證施工質(zhì)量，在自密實混凝土施工前還需進行準備工作，主要是確定模板狀態(tài)、安裝灌注設(shè)備和混凝土工作性能檢測。自密實混凝土施工流程見圖2。

圖2 無砟軌道自密實混凝土施工流程

Q/CR 596—2017《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土》對自密實混凝土的材料和施工全過程作了規(guī)定，在型式檢驗和日常檢驗中須重點檢測自密實混凝土的原材料、性能和灌注質(zhì)量。

在正式灌注前，應(yīng)先進行場外試驗，確定自密實混凝土基本配合比和拌制工藝參數(shù)，主要關(guān)注拌和物的坍落擴展度、拓展時間等性能指標，以及硬化體的抗壓、抗折強度、有害物質(zhì)含量等指標。

自密實混凝土的灌注質(zhì)量主要關(guān)注其尺寸以及表面和斷面的狀態(tài)，見表1。

表1 自密實混凝土灌注質(zhì)量指標

2 自密實混凝土質(zhì)量標準化管理

根據(jù)自密實混凝土的施工流程，參考規(guī)范標準中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合無砟軌道現(xiàn)場施工情況，自密實混凝土質(zhì)量的管理要點主要包括原材料質(zhì)量管理、配合比質(zhì)量管理和施工質(zhì)量管理3個方面。須貫徹全面質(zhì)量管理理念，建立工程質(zhì)量標準化管理體系，包括如下方面：①建立設(shè)計、建設(shè)、施工、監(jiān)理單位多層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，各單位分別成立質(zhì)量管理小組，明確施工總體方案，制定檢查管理方案。②嚴格質(zhì)量檢查驗收程序，在自密實混凝土施工前，應(yīng)嚴格檢查原材料質(zhì)量，組織場外試驗驗證拌和物的性能和揭板檢查灌注質(zhì)量。在正式施工前嚴格檢查模板安裝情況和灌注設(shè)備運行情況。③各單位形成相應(yīng)的考核標準和考核制度，針對施工的全過程進行考核。④加強內(nèi)部隱蔽性病害檢測，Q/CR 596—2017 對自密實混凝土灌注質(zhì)量作出要求，但目前無法做到對軌道板內(nèi)部質(zhì)量進行檢測，須采用合適的混凝土無損檢測手段。

自密實混凝土施工控制要點如下。

1）封邊模板安裝及壓緊，防側(cè)移裝置安裝

封邊模板采用定制鋼模板，端模采用與軌道板相同弧形角結(jié)構(gòu)。使用一層透氣模板布粘貼在鋼模內(nèi)側(cè)。模板應(yīng)緊貼軌道板，并在轉(zhuǎn)角處設(shè)置排氣孔。模板安裝好后在側(cè)面使用壓緊裝置加固，端模采用X 型加固件及木楔固定。模板安裝過程中應(yīng)保證各個支架受力均勻。

2）自密實混凝土灌注

①自密實混凝土的制拌工藝、原材料、配合比必須嚴格與場外工藝性試驗所采用的保持一致，無論哪方面出現(xiàn)變化，都須重新進行試驗論證和評估驗收。②為了保證自密實混凝土的良好狀態(tài)，在拌和完成后應(yīng)盡快施工。應(yīng)考慮每車混凝土的運輸數(shù)量，主要根據(jù)運輸距離、灌注能力、氣溫、道路通暢情況等決定，每車混凝土數(shù)量最多不超過4塊板的用量。③自密實混凝土運到現(xiàn)場后，在施工前應(yīng)檢測拌和物的坍落擴展度、擴展度達到500 mm 的時間T500、溫度和含氣量等相關(guān)性能指標。不滿足性能標準的混凝土不得灌注。④自密實混凝土從軌道板中心孔灌注。灌注時直線段軌道板上設(shè)置的下料管露出軌道板上表面的高度不宜小于0.7 m，曲線段軌道板上設(shè)置的下料管露出軌道板上表面的高度不宜小于1.0 m。自密實混凝土灌注速度不宜過快，待四角排氣孔內(nèi)自密實混凝土漿面全部超出軌道板時，停止灌注。每塊板的灌注過程必須一次完成，不得進行二次灌注。⑤工藝試驗灌注時，每塊軌道板均安裝百分表（直線4 塊，曲線6 塊），監(jiān)控位移和上浮。⑥部分項目采用自密實混凝土填充觀察孔與灌注孔，孔內(nèi)混凝土至少分3 次進行收面，第1 次為清除保壓混凝土后的初次收平，第2 次為終凝前，第3 次為粘貼養(yǎng)護薄膜前收光。任何一次收平時都必須按照由孔中心向四周的方向完成，以有效避免填充混凝土與板壁間出現(xiàn)離縫。

3）養(yǎng)護和拆模

灌注完成待自密實混凝土初凝后松開精調(diào)器。松開時間：環(huán)境溫度15～25 ℃時宜為8～10 h，5～15 ℃時宜為12～14 h。混凝土灌注24 h 后松開扣壓裝置。精調(diào)器拆除時先松開固定在軌道板上的螺栓，再解除板上螺栓，可避免因操作失誤調(diào)高精調(diào)器而引起軌道板上抬出現(xiàn)離縫現(xiàn)象。自密實混凝土養(yǎng)護時間不得少于3 d，拆除模板前應(yīng)確定混凝土強度達到10 MPa以上，且其表面和棱角不會因拆模而受損。拆模按立模順序逆向進行，不得損傷軌道板四周自密實混凝土。

3 自密實混凝土施工主要問題及控制措施

3.1 原材料及拌和物質(zhì)量

3.1.1 主要問題

在自密實混凝土施工前，須展開場外揭板試驗，通過硬化后自密實混凝土充填層灌注質(zhì)量的揭板檢查，再根據(jù)實際情況調(diào)整配合比和拌制工藝參數(shù)。如果原材料質(zhì)量和配合比不滿足要求，可能會產(chǎn)生浮漿、氣泡等病害。主要原因有：①混凝土原材料及儲存不符合要求；②配合比試驗指標不達標；③混凝土從攪拌到灌注耗時太長，導致混凝土塌損較大，流動性差。

3.1.2 控制措施

①對于穩(wěn)定合格的砂、石及外加劑料源進行混凝土試配，試配合格后對材料進行一定量的儲備，以免因材料更換造成混凝土性能變化。②砂石料的儲藏必須在料棚內(nèi)，以防污染，并且保溫和保證含水量穩(wěn)定。③拌和混凝土的性能指標確認：在試驗室用小型機具試配成功取得初步數(shù)據(jù)后不能直接用于施工，要及時進行大型機具試配，進行性能指標試驗，得到拌和站試配的配合比才是指導施工的配合比。④混凝土的穩(wěn)定性試驗。在大型機具試驗成功后，裝入混凝土運輸車中，分別在運行0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h時做混凝土性能試驗，一般擴展度應(yīng)在2.0 h 以上才滿足性能指標要求。⑤施工配合比要及時調(diào)整。每天對砂石料進行2 次含水率測量，及時調(diào)整用水量。根據(jù)氣溫變化，分別在07：00，12：00，19：00，次日02：00進行配合比微調(diào)，使拌和物性能指標處于穩(wěn)定狀態(tài)。氣溫高時應(yīng)稍增加外加劑用量，使擴展度稍大，達到700 mm，保證到達現(xiàn)場不小于650 mm，反之亦然。⑥混凝土水平運輸采用罐車運輸，運輸過程中均要穿上保溫或降溫衣，所運行的道路要有專門的保通小組人員負責道路暢通，縮短運輸時間。垂直運輸采用吊車吊斗方案。

3.2 模板安裝固定

3.2.1 主要問題

①壓桿所受壓力不均勻造成軌道板上浮或下沉。②模板布粘貼不平整，發(fā)生褶皺造成混凝土表面不平整。

3.2.2 控制措施

①使用預(yù)置扭力式扳手，使每個壓桿的壓力均衡。②螺栓扭矩經(jīng)試驗確定，保證抵抗混凝土灌注時的上浮力，使軌道板的高程控制在±2 mm以內(nèi)，扭矩一般在80～100 kN·m。③在粘貼模板布前，要對模板進行校正，打磨光滑內(nèi)表面，均勻地滿涂膠黏劑，平順粘貼密封土工布。

3.3 自密實混凝土灌注

3.3.1 主要問題

①灌注速度太快，造成沖力及上浮力較大，產(chǎn)生側(cè)模移位及軌道板上浮較大的現(xiàn)象。②混凝土性能降低，流動性差，不能充滿板腔或產(chǎn)生干縮離縫現(xiàn)象。③插板未插到底，造成自密實混凝土轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生混凝土錯臺。④沒掌握好插板的插入時機，造成板角處只有砂漿沒有碎石。⑤限位凹槽、土工布中含有較多的積水，造成浮漿泡沫層。

3.3.2 控制措施

①灌注時的閘門開口大小要經(jīng)過試驗總結(jié)，靈活掌握，保證灌注小料斗在灌滿模腔前不排空。自開始灌注到各出漿口全部出漿，總時間應(yīng)控制在8～12 min為宜。對擴展度稍小的混凝土，在灌注時適當開大料斗閘口，加大流速，反之亦然。②每車混凝土在灌注前要在現(xiàn)場做擴展度試驗，性能不達標的混凝土不得進行灌注。③將插板下部打磨成刃，使之易于打插。模板安裝好后要用插板試插，插拔不順利時要調(diào)整模板。④灌注現(xiàn)場要派技術(shù)人員進行技術(shù)指導和培訓，出漿中含均勻碎石時判定為封口時間。⑤在自密實混凝土灌注前，用小型吸水機和吸塵吸水器將限位凹槽中的積水徹底吸凈。

3.4 拆模和養(yǎng)護

3.4.1 主要問題

①拆模時損傷自密實混凝土，特別是板角部位掉角。②帶模養(yǎng)護不灑水，涂刷養(yǎng)護液不及時，自密實混凝土層離縫、開裂。

3.4.2 控制措施

①派專人做帶模養(yǎng)護工作，保持模板濕潤。②以現(xiàn)場同條件養(yǎng)護試件強度為依據(jù)，待強度達到后再拆模，且要先將模板與混凝土脫離后，按先拆側(cè)模再拆端模最后拆角膜的順序拆模。③拆模與涂刷養(yǎng)護液同時施工，刷養(yǎng)護液緊跟拆模。

4 自密實混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測

自密實混凝土內(nèi)部質(zhì)量沒有專門的檢測設(shè)備，主要依靠現(xiàn)場人工目測、鋼尺插入法測量、現(xiàn)場揭板試驗等方法進行檢測。

用于檢測混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的無損方法主要有紅外熱成像法、探地雷達法、沖擊回波法、超聲波法（透射法、反射法）等。

4.1 紅外熱成像檢測技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)原理是通過檢測被測物體表面的熱輻射大小來判斷其表面和內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。熱輻射的大小與材料的導熱系數(shù)密切相關(guān)。根據(jù)熱力傳遞相關(guān)理論可知，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺陷或脫空時，由于水和空氣的充填，導致內(nèi)部熱傳導受阻，熱量不能及時向內(nèi)傳遞，形成熱量聚集的狀態(tài)，從而造成混凝土表面溫度升高，生成“熱斑”。通過紅外熱成像技術(shù)檢測這些“熱斑”，在檢測儀中轉(zhuǎn)換為可見的熱圖像，根據(jù)表面的溫度分布來判斷內(nèi)部缺陷和結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

紅外熱成像檢測技術(shù)屬于非接觸檢測方式，可以進行實時、大面積檢測，主要用于大尺度缺陷檢測。但是，紅外熱成像檢測方法受外界環(huán)境影響大，它主要通過檢測混凝土表面溫度分布來判斷內(nèi)部缺陷情況，對于內(nèi)部缺陷的深度判斷有所不足。

4.2 探地雷達檢測技術(shù)

探地雷達基本原理是將高頻率（30～3 000 MHz）電磁波以寬帶短脈沖的方式通過發(fā)射天線向待測結(jié)構(gòu)發(fā)射，通過接收天線接收反射回結(jié)構(gòu)表面的電磁波。由于不同材料的電性（介電常數(shù)、電導率等）不同，在電磁波的傳播過程中，遇到不同界面時會發(fā)生電磁波反射和折射現(xiàn)象。通過分析反射電磁波的波形、時間、振幅等參數(shù)，推斷被測物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形態(tài)、缺陷等。探地雷達法由于具有采樣頻率高、檢測速度快、對結(jié)構(gòu)無損傷等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)中的鋼筋定位、橋面分層定位、路面層厚度測量、隧道襯砌檢測等。

探地雷達檢測技術(shù)也存在一定的不足。首先，電磁波在不同介質(zhì)和缺陷中的傳播規(guī)律有待深入研究，其數(shù)據(jù)的分析和判別需要一定的經(jīng)驗，導致對檢測結(jié)果剖面圖的解釋有較大差異。其次，電磁波很難穿透金屬材料，鋼筋對電磁波有很強的屏蔽作用，因此探地雷達法不適用于鋼筋密集的軌道板內(nèi)部缺陷檢測。

4.3 沖擊回波檢測技術(shù)

沖擊回波法檢測是通過力錘輕敲混凝土表面，在軌道板表面產(chǎn)生振動，并以彈性波的形式向混凝土內(nèi)部傳播，傳播路徑為半球形。彈性波在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞時，由于阻抗系數(shù)存在差異，遇到材料變化或內(nèi)部缺陷會發(fā)生彈性波的反射和折射現(xiàn)象。阻抗系數(shù)相差越大，反射波越強，從而通過采集反射波信號來判斷混凝土內(nèi)部是否存在脫空現(xiàn)象。

沖擊回波法主要應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)厚度、內(nèi)部缺陷等方面的檢測。敲擊產(chǎn)生的彈性波頻率較低，波長較長，具有較強的穿透能力，且不受鋼筋影響，能檢測軌道內(nèi)部缺陷。但該方法信號受檢測人員敲擊水平影響較大，且需要逐點敲擊，檢測速度較慢，無法滿足高鐵的大范圍檢測需求。

4.4 超聲波（透射法、反射法）檢測技術(shù)

超聲波法檢測基本原理是利用高頻（20～250 kHz）的超聲脈沖傳入混凝土結(jié)構(gòu)中，然后對混凝土內(nèi)傳回來的聲波信號進行采集、處理，據(jù)此進行混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量評價。當超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播時，遇到介質(zhì)變化或內(nèi)部缺陷時，由于聲阻抗不同，超聲波的傳播速度、振幅、頻率等參數(shù)都會發(fā)生變化，通過采集超聲穿透波或反射波，并根據(jù)它們的參數(shù)變化規(guī)律判斷混凝土內(nèi)部的質(zhì)量情況。

超聲波具有很強的穿透能力，因此超聲波法具有測試方便快速、結(jié)果直觀、精度高等特性。傳統(tǒng)的超聲波透射法需要被測結(jié)構(gòu)有一組平行的測試面才可進行檢測，而采用超聲反射法可實現(xiàn)對單面結(jié)構(gòu)的檢測，適合CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土內(nèi)部質(zhì)量檢測。然而，超聲波法仍然存在一些問題，比如超聲脈沖的衰減較大，需要研究相應(yīng)的高精度檢測識別方法才能對檢測結(jié)果進行準確判定。

綜上所述，不同的無損檢測技術(shù)有各自的適用范圍和特點。紅外熱成像技術(shù)主要用于大尺度缺陷檢測，受環(huán)境影響較大，對病害的深度判斷有所欠缺。探地雷達法在檢測混凝土脫空和表面裂縫方面有很好的效果，然而金屬材質(zhì)對雷達電磁波在混凝土中的傳播有很嚴重的影響，因此該方法在檢測鋼筋較密的混凝土結(jié)構(gòu)時存在很大的局限性。沖擊回波法在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的檢測方面有一定的應(yīng)用，但由于該方法受人工敲擊水平影響較大，信號判別需要一定的經(jīng)驗，且檢測速度較慢，無法滿足高速鐵路的大范圍檢測需求。超聲反射法對檢測環(huán)境要求不高，不受磁場干擾，在同一結(jié)構(gòu)面激發(fā)和接收超聲波，適合對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行單面檢測，且檢測精度較高，檢測方便快捷，適合CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土質(zhì)量檢測。

5 結(jié)語

本文通過對自密實混凝土施工流程和相關(guān)標準規(guī)范進行整理，總結(jié)出自密實混凝土質(zhì)量管理的要點在于原材料、配合比和施工質(zhì)量管理中；建立了自密實混凝土質(zhì)量標準化管理體系，結(jié)合工程經(jīng)驗，總結(jié)了自密實混凝土原材料和施工中主要存在的問題，針對各種問題提出了相應(yīng)的控制措施。建議對自密實混凝土內(nèi)部病害使用超聲反射法檢測。