郑徐客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工工艺探讨

王显进

(中国铁路总公司 工程质量安全监督总站，北京 100844)

郑徐客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工工艺探讨

王显进

(中国铁路总公司 工程质量安全监督总站，北京 100844)

针对高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道调整层结构特点，在大量灌板试验的基础上，分析了自密实混凝土性能控制指标、灌注方式、轨道板压紧工艺参数、防溢管高度及自密实混凝土养护方式。结果表明:自密实混凝土塌落扩展度650 mm，中间孔灌注效果最优;每块轨道板压紧装置设置数量直线段为4道、曲线段为5道，每个螺母通过扭矩扳手施加80 N·m的力矩比较合理;防溢管高度宜设置为50 cm;自密实混凝土采用养护剂养护较好。

高速铁路 CRTSⅢ型板式无砟轨道 自密实混凝土 施工工艺

板式无砟轨道是高速铁路轨道结构的一种形式，其具有平顺性好和维修少的特点，是我国高速铁路的主要结构形式之一。目前，我国板式无砟轨道结构分为CRTSⅠ型、CRTSⅡ型和CRTSⅢ型三种［1］，前两者为国外引进技术，后者为我国具有自主知识产权的新型轨道结构，其在结构设计和材料组成上都与前两者不同。其中，在材料组成上的最大区别就是CRTSⅢ型板式无砟轨道结构调整层材料为自密实混凝土，而非前两者的水泥乳化沥青砂浆。自密实混凝土关键特点就是具有良好的工作性(高的流动性、间隙通过性、抗离析性和填充性)［2-4］;同时，与水泥乳化沥青砂浆相比，其具有更好的耐久性能。自密实混凝土自问世以来，在国内外已广泛应用于高层或超高层建筑、水工大坝、预制构件等［5-9］，但没有在高速铁路板式无砟轨道调整层结构中应用的先例，国内也是刚开始在盘营客运专线、成绵乐客专眉乐段、武汉城市圈武汉至咸宁铁路等几条线路进行了小规模应用，其施工工艺和相关质量控制参数都还未成熟，有待进一步深化研究。2014年1月，中国铁路总公司批复郑徐客运专线全线采用CRTSⅢ型先张板式无砟轨道结构，并先后设立了2个科研课题对郑徐客专无砟轨道施工关键技术进行深化研究。郑徐客运专线是我国首次大规模应用CRTSⅢ型先张板式无砟轨道结构的线路，其采用的CRTSⅢ型板式无砟轨道成套施工技术需要探讨、优化、固定，自密实混凝土施工技术是其中的关键技术之一。基于此，科研课题组对CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工工艺及其参数进行研究，以期为其大规模应用提供参考。

1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构特点

CRTSⅢ型板式无砟轨道结构由上向下分别由钢轨、垫板与扣件、轨道板、自密实混凝土调整层、中间隔离层、钢筋混凝土底座组成，见图1。自密实混凝土调整层在设计上与轨道板共同承受列车动荷载，这要求自密实混凝土与轨道板要紧密粘结在一起，形成复合整体结构。自密实混凝土调整层与轨道板长宽相同，因而在施工自密实混凝土时，当紧贴轨道板侧面的模板关闭以后，调整层处于轨道板和钢筋混凝土底座之间，几乎是一个全封闭空间结构，设计上供自密实混凝土进入调整层空间的通道仅是轨道板中心线上三个制造时预留的孔道，即中间的一个灌注孔和两侧各一个观察孔。

图1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构示意

2 CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工工艺探讨

在中国高速铁路无砟轨道结构中自密实混凝土最初用在道岔区道岔板充填层中，但由于道岔区在整个线路中占比很少，且道岔区充填层设计上沿线路横向两侧宽出道岔板20 cm，即自密实混凝土的灌注端和出料端均为开放式的，施工难度较小［2］。郑徐客专CRTSⅢ型板式郑徐客专无砟轨道充填层则是全线采用自密实混凝土，自密实混凝土调整层厚度仅9 cm，长宽则分别达到5.6 m和2.5 m，是一种典型的狭长薄板状结构。自密实混凝土调整层顶面为轨道板所覆盖，四周为模板所封闭，灌注通道只有轨道板上3个直径不足180 mm的小孔，其施工工艺与传统道岔区自密实混凝土施工完全不同。

根据CRTSⅢ型板式无砟轨道调整层结构特点和已有施工经验，科研课题组结合郑徐客运专线工程实际，对CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工工艺参数进行了优化。自密实混凝土施工工艺流程见图2。其中，自密实混凝土生产、压紧工艺、防溢管设置、灌注施工、养护是影响自密实混凝土施工质量的关键工序，科研课题组对这些关键工序中的相关参数进行了优化。

图2 CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土施工工艺流程

2.1 自密实混凝土性能指标

自密实混凝土性能决定着自密实混凝土能否有效充满调整层结构，以及自密实混凝土与轨道板混凝土能否良好粘结。铁路标准［10］对板式无砟轨道结构用自密实混凝土性能指标进行了规定(见表1)。其中，坍落扩展度和扩展时间是表征自密实混凝土性能的主要指标。铁路标准中的规定是一种通用性的要求，也是对自密实混凝土性能的最低要求，其无法考虑到现场实际工况的每一方面。因而，需针对现场原材料、施工环境温度、运输距离等实际情况，确定最佳参数。

表1 自密实混凝土性能指标

考虑到在实际施工中，操作人员对自密实混凝土的调控能力，自密实混凝土的入模流动性必须控制在一个合理范围内，其流动性过大和过小都不利于实际施工操作。自密实混凝土配合比试验通过调整减水剂用量，制备出5种不同扩展度大小的自密实混凝土，并进行了线外轨道板灌注试验，其拌合物性能见表2。

表2 自密实混凝土拌合物性能

由表2可见，自密实混凝土坍落扩展度在610～760 mm均能很好灌满整个调整层;但随着自密实混凝土坍落扩展度的增大，拌合物离析倾向也越来越大，实体结构揭板质量也呈变差趋势;随着自密实混凝土坍落扩展度的降低，在满足可施工性前提下，混凝土拌合物稳定性呈改善趋势，但灌注时间增加;当自密实混凝土坍落扩展度为550 mm时，自密实混凝土已不具有足够的自密实能力。结合工程实际施工进度安排和现场管理水平，确定自密实混凝土性能合理控制指标:坍落扩展度620～680 mm，扩展时间 T500为3～6 s。同时，考虑到现场运距，其性能应满足保持2 h合格的铁路标准要求。

2.2 自密实混凝土灌注方式

目前，板式无砟轨道结构自密实混凝土灌注方式为轨道板中间孔单点灌注，见图3(a)。该方式受限于轨道板预留灌注孔尺寸的固定不变，自密实混凝土灌注速度也基本不可调整。为缩短灌注时间，提高工效，科研课题组设计了在侧向模板上开灌注口，见图3(b)。该灌注口进料面积比中间孔增大50%，并且可通过灌注口阀门调整进料口面积。

线外轨道板灌注试验揭板结果表明:当自密实混凝土坍落扩展度在560～600 mm时，采用侧向灌注，自密实混凝土能够灌满调整层，不会有空洞但时间会偏长，灌注时间可达20 min甚至更长，而采用中间孔灌注则无法灌满调整层;当自密实混凝土坍落扩展度在600～650 mm时，侧向灌注的时间与中间孔灌注相当，一般在10～20 min，侧向灌注无明显优势;当自密实混凝土坍落扩展度在650～700 mm时，侧向灌注的时间明显比中间孔灌注缩短一半，一般为3～6 min，灌板后自密实混凝土成品质量略差于中间孔灌注，但也满足铁路标准要求。两种灌注工艺均能满足自密实混凝土施工要求，且侧向灌注工艺的适用性更好，但其需对模板进行改造，增加施工工作量。因而，在实际施工时，可由施工单位根据自身施工进度要求选择合适的灌注工艺。

图3 不同灌注工艺

2.3 轨道板压紧工艺参数

轨道板压紧工艺是控制板式无砟轨道结构水平、方向的关键，决定着后期铺轨精调工作量的大小和工程造价。轨道板压紧工艺有两个要求:①压紧装置必须有效，保证在自密实混凝土灌注过程中轨道板不发生超出设计的上浮或侧移;②压紧装置数量应尽可能少，减少施工设备，提高施工效率。结合工程实际结构特点和验收要求，轨道板压紧装置采用如图4所示的扁担横梁式压紧装置，横梁两端通过精轧螺纹螺栓固定于钢筋混凝土底座，螺栓与钢筋混凝土底座的连接是通过预埋入钢筋混凝土底座里面的T形光圆钢筋相连。对于曲线段轨道板，则同时在曲线内侧设置侧向位移限位挡块，限位挡块固定在钢筋混凝土底座水平面上。

图4 轨道板压紧装置

通过对灌板过程中轨道板上浮情况的测试发现，压紧装置设置为3道时，自密实混凝土灌注后轨道板上浮量最大可达3～4 mm;压紧装置设置为4道时，轨道板上浮量一般在1～3 mm;当轨道板压紧装置设置为5道时，则轨道板上浮量一般在1.5 mm以内，完全满足相关标准规定;当压紧装置设置为6道时，其压紧效果与5道基本相当。对于曲线段轨道板侧向位移限位挡块，则设置3道即能起到预期的限位作用。从线外轨道板灌注试验效果及受力分析看，压紧装置以中间灌注孔对称布置效果最优。直线段轨道板扣压横梁设置4道、每个精轧螺纹钢筋螺母施加80 N·m的力矩，轨道板上浮量也能控制在1.5 mm以内;曲线段轨道板压紧装置的设置若采用4道扣压横梁，上浮量达到2 mm以上，设置5道扣压横梁、每个精轧螺纹钢筋螺母施加75 N·m的力矩，轨道板上浮量能控制在1.5 mm以内，虽然设5道压紧装置在布设上不对称，但设6道压紧装置不但会引起工装设备的增加，而且增加了施工环节，过度富余的压紧力在扣压横梁拆卸后反而引起轨道板反弹，易形成离缝。因此，从压紧效果和技术经济性考虑，确定每块轨道板压紧装置设置数量直线段为4道、曲线段为5道，通过扭矩扳手每个螺母施加80 N·m的力矩比较合理，曲线段轨道板侧向位移限位挡块设置为3道。

2.4 防溢管参数

在自密实混凝土灌注过程中，一部分自密实混凝土在灌注压力作用下，会从轨道板顶面3个制造观察孔溢出，特别是在曲线段，由于轨道板超高层调整层高度高于轨道板中间灌注口高度，因而若不设防溢管，自密实混凝土在灌注压力下会从与灌注口同水平高度的另两个观察孔溢出，不但污染轨道板表面，而且影响调整层自密实混凝土灌注饱满度，因而需在轨道板观察孔处设置防溢管。防溢管采用PVC管材质，防溢管外径应小于轨道板观察孔直径1 mm。

通过对现场大量灌板试验结果统计发现，当自密实混凝土坍落扩展度在620～680 mm，调整层灌注饱满后，直线段轨道板防溢管中自密实混凝土上升高度一般在10～30 cm，曲线段防溢管中自密实混凝土上升高度一般在20～40 cm。因此，防溢管高度设置为50 cm可满足现场施工要求。

2.5 养护

由于自密实混凝土调整层与轨道板尺寸相同，自密实混凝土灌注结束后只有沿轨道板四周的4个侧面暴露于空气中。对于自密实混凝土立面的养护，科研课题组考察了已建线路类似结构的养护方式后发现，采用传统包裹和洒水养护的方式对于自密实混凝土调整层这样一种立面结构很难起到有效保湿养护效果，既浪费水，效率也低，特别是在大面积施工时，铁路线路这种长条形线路很难做到定时补水。因此，建议采用养护剂养护的方式。养护剂养护只需在自密实混凝土调整层拆模时涂刷一次即可实现长效保湿，操作方便，保湿效果明显。

3 结语

本文对郑徐客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土线外灌注试验予以总结分析，得出以下结论:

1)自密实混凝土坍落扩展度控制在 650 mm (±30 mm)灌注效果最好，优先采用中间灌注孔灌注工艺。

2)轨道板压紧装置直线段宜选择4道、曲线段宜选择5道扣压横梁，操作工人在施加压力时应选择扭矩扳手，力矩宜控制在80 N·m左右，切忌由工人通过普通扳手随意拧紧。

3)防溢管高度宜为50 cm。

4)对自密实混凝土优先采用氧护剂养护。

［1］中国铁道科学研究院．岔区板式无砟轨道自密实混凝土材料试验研究［R］．北京:中国铁道科学研究院，2011．

［2］李化建，谭盐宾，谢永江，等．自密实混凝土的特点及其在高速铁路中的应用［J］．铁道建筑，2012(8):143-145．

［3］刘运华，谢友均，龙广成．自密实混凝土研究进展［J］．硅酸盐学报，2007，35(5):671-678

［4］陈绪坤，尹明，陶津．自密实混凝土配合比优化研究［J］．山东建筑大学学报，2006，21(5):410-414．

［5］DOMONE P L．Self-compacting Concrete:An Analysis of 11 Years of Case Studies［J］．Cement＆Concrete Composites，2006(28):197-208．

［6］American Concrete Institute．Self-consolidating Concrete［R］．Farmington Hills:American Concrete Institute，2007．

［7］刘小洁，余志武．自密实混凝土的研究与应用综述［J］．铁道科学与工程学报，2006，3(2):6-9．

［8］罗素蓉，郑建岚．自密实混凝土在加固工程中的应用研究［J］．建筑材料学报，2006，9(3):330-335．

［9］齐永顺，杨玉红，尹兵．应用自密实高性能混凝土的经济性分析［J］．铁道建筑，2007(3):100-101．

［10］中国铁路总公司．高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土暂行技术条件［S］．北京:中国铁道出版社，2013．

Discussion on construction technology of self-compaction concrete for CRTSⅢ slab-type ballastless track on Zhengzhou-Xuzhou passenger-dedicated railway

WANG Xianjin
(China railway corporation quality safety supervision station，Beijing 100844，China)

According to the adjustment layer structure characteristic of CRT SⅢ slab-type ballastless track in highspeed railway，the performance control index，perfusion pattern，track slab compress process parameters，the overflow-control pipe height and curing ways of self-compaction concrete(SCC)were studied based on a large number of perfusion tests．T he results showed that collapse spread of SCC is 650 mm and the perfusion effect of middle hole is the best，the number of compress device straight line section is 4 and the number of curve section is 5 for each track slab，the suitable moment value of each nut is 80 N·m，which is exerted by torque wrench，the height of overflow-control pipe should be 50 cm，and the appropriate curing way for SCC is curing agent．

High-speed railway;CRTSⅢslab-type ballastless track;Self-compaction concrete;Construction technology

U213.2+44

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．30

(责任审编 葛全红)

2015-02-10;

:2015-06-18

中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2013G003-B，2014G001-B)

王显进(1963— )，男，山东龙口人，高级工程师。

1003-1995(2015)08-0105-04