高速铁路架梁施工中自流平支座砂浆的研究及应用

张 勇，杨富民

(中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所 北京市铁锋建筑工程技术开发公司，北京 100081)

桥梁铺架质量是保证桥梁梁体受力是否均匀的重要环节。传统的预制梁体铺架方法是将梁体直接安放在支承垫石上的干硬性砂浆上，依靠自重压实干硬性砂浆，然后锚固支座螺栓。这种方法往往导致梁体四个支点不在一个水平面上，产生三点受力现象，而不能保证四支点受力完全相同。大量科研成果表明，桥梁支座四支点不平整将使梁体横向承受附加应力，当不平整量较大时会引起梁顶板和底板的开裂。因此，在高速铁路架梁时不再采用这种铺架方式。

目前，国内的桥梁铺架主要根据国外的桥梁铺架成功经验，也就是采用先将梁落放在按架梁高程调平的墩台上的千斤顶上，然后在与支座的缝隙间填充自流平无收缩灌浆料(或采用调高支座进行调整)，避免三点受力现象的产生。国内梁体架设相关的技术标准已逐步要求采用测力千斤顶作为临时支点，确保梁四支点的反力差在5%之内，在支承垫石与支座底面之间采用灌浆材料填实后落梁就位。

1 铁路灌浆材料的技术要求

我国自流平灌浆材料开发比较晚，在20世纪90年代以前大部分采用的都是国外进口材料，大约20世纪90年代后国内才逐渐自行开发这类产品。目前，国内灌浆材料已发布的标准有1998年冶金工业部建筑研究总院起草编制的《水泥基灌浆材料施工技术规程》(YB/T 9261—98)和2005年发布的中华人民共和国建材行业标准《水泥基灌浆材料》(JC/T 986—2005)，这两个标准对指导我国灌浆材料的生产制造施工技术和质量验收等方面起到了巨大的作用，已广泛应用于设备基础二次灌浆、地脚螺栓锚固、混凝土结构加固、修补和改造等方面。

在铁路桥梁铺架安装的灌浆施工中，桥梁底端支座与桥墩支撑垫石之间的施工空间狭窄，一般仅有20～30 mm的施工空间，要求材料具有较高的早期强度和更好的流动性，以满足施工进度和施工质量要求。因此，铁路相关部门参考相关行业标准，针对铁路支座安装灌浆的特点，对支座灌浆材料的某些性能指标做了规定。主要指标如下:浆体水灰比不宜＞0.34，且不得泌水，流动度≥320 mm，30 min后流动度不应＜240 mm;抗压强度，28 d≥50 MPa，56 d和90 d后强度不降低;弹性模量，28 d≥30 GPa;抗折强度，24 h≥10 MPa;标准养护条件下浆体28 d膨胀率为0.02%～0.10%。

2 铁路灌浆材料的试验研究

2.1 原材料

原材料主要有水泥、减水剂、石英砂、矿物掺合料、增稠组分、调凝组分和高分子聚合物。

2.2 性能测试

1)流动性能试验，铁路支座灌浆材料由于其施工部位的特殊性，必须是一种高流态的浆体材料，流变性的好坏至关重要，也可以说，高流态是可施工的先决条件。影响流动性能的主要因素有:用水量、减水剂的减水率及用量、石英砂的粒形及级配。

2)浆体的凝结时间是支座灌浆材料的一项重要指标，凝结时间的长短，既关系到浆体的可操作性时间，也对灌浆材料试件的早期强度有影响。根据桥梁的施工进度要求，一般要求2 h后灌浆材料要有一定的强度。

环境温度及浆体自身温度对浆体的凝结时间有较大影响，相同条件下，温度高，可操作时间和凝结时间缩短，早期强度高;温度低，可操时间和凝结时间延长，早期强度低。凝结时间测定除采用在标准试验条件下进行外，还要求模拟工地实际温度范围进行测试和配方的调整。

3)浆体匀质性能的试验研究。匀质性好的浆体材料，应该具有较好的流态性和黏聚性，不泌水、不分层。可以通过掺加增稠组分、高分子聚合物和矿物掺合料等手段来改善浆体的匀质性。

4)力学性能试验。两种类型早强自流平灌浆材料(试验编号ZYY05，用水量14%，初凝60 min)和(试验编号ZYX05，用水量14%，初凝100 min)。2～24 h的抗折、抗压强度，及其随时间的发展变化曲线见图1，长期强度主要测试结果见图2。结果表明:抗压强度和抗折强度在早期发展迅速，24 h抗压强度超过了40 MPa，抗折强度达到了11.3 MPa。浆体的早期强度发展迅速，浆体长期力学性能良好，后期强度继续增加，没有出现强度倒缩现象。

2.3 现场模拟试验

图1 24 h抗折/抗压强度发展曲线

图2 90 d抗折/抗压强度发展曲线

为了较真实地模拟灌注现场情况，试验采用尺寸1 000 mm×1 000 mm的透明玻璃板来模拟桥梁支座底面，尺寸1 200 mm×1 200 mm的混凝土板模拟桥墩上的支承垫石。模拟混凝土支承垫石四周用模板封闭，防止漏浆。玻璃板放在模拟支承垫石中央，玻璃板用混凝土块垫起与模拟支承垫石距离保持25 mm。试验结果见表1。结果表明，灌浆材料2 h抗压强度为26.0 MPa，24 h抗折强度为 12.5 MPa，28 d抗压强度为75.2 MPa，自由膨胀率0.04%，长期强度发展良好，符合技术要求。

经模拟试验还发现，由于玻璃板与支承垫石间距非常小，支座灌浆材料在灌注过程中流动速度比没有覆盖玻璃板的灌浆材料流动慢，我们把这一现象称为“黏滞效应”，施工时应密切注意浆体流动度的变化。经分析可以得知浆体流动度、支座尺寸和支座与垫石的间隙三者之间存在一定的关系。浆体流动度好、支座与支承垫石间隙大、支座尺寸较小则容易灌实;反之，则不易灌实或灌注时间较长。因此，施工前进行现场模拟试验是非常有必要的。

表1 灌浆材料技术指标及试验结果

3 铁路灌浆材料的施工应用

在初步定位后下落箱梁，箱梁下落至距支承垫石50 cm时减缓下落速度，检查箱梁底部十字线与支承垫石顶面十字线之间的偏差，调整天车后下落箱梁至墩顶上，采用测力千斤顶作为临时支点，确保箱梁四支点的反力差在5%之内，利用精确定位装置和4台500 t千斤顶将箱梁调整至设计位置。然后采用重力灌浆方式对支承垫石与支座底面及锚栓孔处空隙进行灌注，灌浆从支座中心部位向四周注浆，直至从模板与支座底板周边间隙处观察到灌浆材料全部灌满为止。灌浆前应初步计算所需浆体体积，实际灌注浆体数量不应与计算值产生过大的误差，防止中间缺浆。灌浆材料达到规定强度后，拆除模板，检查是否有漏浆处，对漏浆处进行补浆。拧紧下支座板地脚螺栓，拆除上、下支座板连接角钢，拆除临时千斤顶。铁路预制梁铺架见图3，重力灌浆施工示意如图4。

图3 高速铁路预制梁铺架

目前，项目研制生产的TK-Z系列支座灌浆材料产品已广泛应用于合武、武广、温福、福厦、哈大、京沪、郑西等多条高速铁路客运专线上。使用单位普遍反应产品质量稳定、使用方便，产生了良好的经济效益。

4 结语

1)在支承垫石与支座底面之间采用灌浆材料填实后再落梁就位的施工工艺提高了桥梁铺架质量，避免了梁顶或底板可能产生的开裂，提高了桥上线路的平顺性，具有良好的推广前景。

图4 重力灌浆施工示意

2)通过对灌浆材料性能影响较系统的研究，结合铁路工程特点成功研制出性能良好，价格适宜的TK-Z系列支座灌浆材料。

3)研制的灌浆材料具有如下特点:流动性能好，能够依靠自重充满支座与支承垫石之间的间隙，具有自流平、自密实特点;对钢筋无锈蚀作用、微膨胀、不泌水、耐久性能好;工作性可控，根据施工和环境要求进行调整，凝结时间可控制在0.5～12.0 h，能够完全满足5℃ ～35℃温度条件下的施工;早期强度高，后期强度不倒缩，2 h抗压强度可大于20 MPa，24 h抗折强度可大于10 MPa，28 d抗压强度可大于60 MPa，满足施工进度的要求。

4)通过技术推广，TK-Z系列支座灌浆材料产品已在多条高速铁路中应用，取得良好的经济效益和社会效益。

［1］中国铁道科学研究院.高流态铁路桥梁支座灌浆材料的开发、生产及施工应用试验研究［R］.北京:中国铁道科学研究院，2008.

［2］中华人民共和国铁道部.铁科技函［2004］120号 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2004.

［3］中华人民共和国铁道部.科技基［2005］101号 客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］李勤铭.客运专线桥梁盆式橡胶支座安装施工技术［J］.铁道建筑，2008(5):38-39.