CRTSⅠ型板式无砟轨道先导段施工控制要点分析

2018-03-27李洪刚李海燕邵丕彦

铁道标准设计 2018年3期

王涛,刘鑫,李洪刚,李海燕,邵丕彦

(中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081)

1 概述

中国铁路轨道系统CRTSⅠ型板式无砟轨道是我国高速铁路的主型轨道结构之一[1-3]，也是国际上的重要轨道结构形式[4-7]，由混凝土底座、水泥乳化沥青(Cement asphalt emulsified，CA)砂浆层和轨道板等主要结构组成，具有施工快捷、维修方便等特点[7-9]，在我国哈大、哈齐、海南沿海、沪宁、宁安等高铁线路建设中广泛应用[10-12]。

轨下基础施工质量是保证高铁平稳安全运行的关键之一，CRTSⅠ型板式无砟轨道设计标准高、施工质量要求严，但早期施工建设时，由于经验不足出现一些问题[13-15]。经国内武广试验段、成高子试验段等工程的施工总结，相比早期工程施工，增加了施工队伍专业化、上道施工前进行灌注揭板检查、大规模施工前进行先导段评估等要求，特别是无砟轨道先导段施工及其评估环节，目的在于发现问题、分析原因并采取有效措施进行预防，从而优化施工组织和管理模式，再大面积推广实现“样板引路、确保质量”的目标[16-18]。

根据前期我国CRTSⅠ型板式无砟轨道先导段施工与评估实践[10-12]，系统总结了施工初期在底座与凸台施工、轨道板铺设、砂浆灌注和凸台树脂施工4个方面易出现的问题，病害分类见图1，同时分析了其原因，提出了控制措施，可为我国CRTSⅠ型和其他板式无砟轨道施工提供借鉴。

图1 施工控制要点分类

2 底座板、凸台施工

底座板、凸台施工控制重点是施工精度与外观质量，其常见问题有：(1)底座板连接筋拧入深度不足；(2)钢筋网片不平顺、保护层偏大或偏小；(3)伸缩缝不顺直、位置偏差超标；(4)凸台竖向钢筋偏位超标；(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸缩缝两侧存在错台；(6)混凝土有“乱根”、缺棱掉角；(7)凸台中心偏位超标。

原因分析与控制措施如下。

(1)连接筋拧入深度不足，主要有3种原因：一是套筒内有水泥浆、碎屑等杂物；二是预制箱梁时套筒下部丝头拧入过多导致可拧入深度不足；三是套筒螺纹牙型损坏导致无法拧入。对此，拧入前先将套筒内杂物清理干净，再对可拧入深度不足或套筒螺纹牙型变形的采取钻孔植筋进行补救，同时梁场要加强套筒预埋质量控制，从源头控制好。

(2)钢筋网片不平顺、保护层偏大或偏小，主要有2种原因：一是梁面高程偏低；二是支撑上下层钢筋网片的U形筋尺寸不对(这在曲线段超高量渐变的情况下较明显)。对此，铺网片前测量梁面高程、推算U形筋尺寸，避免钢筋网片出现波浪形和保护层偏大、偏小现象。

(3)伸缩缝不顺直、位置偏差超标。主要有4种原因：一是测量放线不精准；二是未严格按测量放线安装；三是安装后定位不牢浇筑混凝土时变形、偏位；四是绕过凸台处的橡胶泡沫板半径偏小。对此问题，换手测量复核放线结果，严格按测量放线位置布设伸缩缝，对伸缩缝泡沫板上部采用定位卡下部设辅助定位筋进行定位，绕过凸台处的橡胶泡沫板半径适当加大，混凝土两侧同步浇筑，防止伸缩缝出现变形和偏位。

(4)凸台竖向钢筋偏位超标，会影响钢筋保护层厚度，甚至导致模板无法安装在设计位置，凸台中心十字线放样无误的情况下，宜制作定位卡具，以确保凸台竖向钢筋预埋位置准确。凸台放样与定位见图2。

图2 凸台放样与定位

(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸缩缝两侧存在错台。主要有4种原因：一是测量精度不足；二是控制顶面高程的角钢变形；三是刮面次数不够；四是伸缩缝两侧受凸台竖向钢筋影响存在刮尺无法刮到的盲区。对此问题，一是将原4名测量人员增至13人，并严格执行换手复测制度；二是模板上固定角钢形式由点焊改成可调节螺栓，避免点焊拆除时敲打致角钢变形，发现角钢变形及时更换；三是刮面次数不得少于4次；四是在靠近凸台处斜交叉刮面，尽量缩小盲区面积，并在收面时将高出泡沫板齐混凝土面割除，避免因泡沫板隔挡出现高差。

(6)混凝土“乱根”、缺棱掉角主要是由于模板底部密封不严存在漏浆、振捣不到位、拆模过早且成品保护不当造成。为保证混凝土内实外光，现场宜用泡沫密封胶对模板底部进行封闭防止漏浆，浇筑时加强振捣避免漏振，合理延迟拆模时间并加强成品保护。

(7)凸台中心偏位超标直接影响凸台树脂灌注厚度，宜严格控制测量放样精准度，制作凸台模板定位三脚架并用吊锤检查模板中心与放样中心是否重合，模板准确定位后用保护层垫块将模板与钢筋顶紧，并在模板外侧划线监控浇筑时模板是否偏移并及时调整、禁止振捣棒等碰撞模板。

3 轨道板铺设

轨道板铺设质量控制重点是铺设精度和成品保护，其常见问题有：(1)轨道板与凸台间隙小于30 mm，与两端凸台间隙之差大于5 mm；(2)轨道板与底座板间的板腔厚度(CA砂浆厚度)小于40 mm；(3)轨道板与凸台破损、开裂；(4)轨道板铺设位置偏差超标。

与上述问题相对应的原因分析与控制措施如下。

(1)轨道板与凸台间隙小于30 mm这个问题绝大多数是由于凸台偏位所致，只能凿除凸台重做。另一方面，为了控制轨道板两端与凸台间隙之差在5 mm内，轨道板粗铺时，在两侧凸台放置宽30 mm的方木条引导轨道板落下就位，其不仅能够控制两端与凸台间隙大致相同，还能节省精调时间、防止轨道板摆动撞击凸台。

(2)轨道板铺设后板腔厚度小于40 mm，原因在于底座板施工精度和高程控制不严格。另外，也有施工单位为了节省CA砂浆，刻意将底座板高程抬高5～8 mm，这不仅违反现行施工规范，而且当前实际施工水平达不到此精度，因此铺板前应复测底座板高程、平整度等，无误后交接给铺板班组，但不管是测量放样还是复测，均是以点带面，平整度允许偏差也是10 mm/3 m，当测量偏差、施工偏差、轨道板厚度偏差等累加后易导致板腔厚度不足40 mm。

(3)轨道板与凸台破损、开裂，主要有3种原因：一是吊板时没有在起吊套管处加橡胶垫片，起吊环与轨道板摩擦、挤压致使轨道板起吊套管处破损；二是落板时未对凸台加橡胶圈保护和用方木条引导，轨道板摆动与凸台碰撞出现破损；三是粗调和精调时，4个精调爪调整不同步而受力不匀，致使起吊套管处裂损。因而，作业人员应加强成品保护意识，严格落实成品保护措施，避免野蛮操作。

(4)轨道板铺设位置偏差超标主要有5种原因：一是测量偏差引起，主要是设站存在偏差、恶劣气候(高温、大风等)导致测量仪器出现偏差、棱镜放置不当出现偏差，这需合理选择作业时间，严格按测量规程操作和执行换手复测制度来防范；二是精调后保护不当，人员踩踏、机具碰撞引起偏差超标，完全属于人为因素，可分区设警示牌、精调完毕区域拉警示绳围挡提醒注意保护，若出现人员踩踏和机具碰撞后必须复测；三是精调方法不合理，主要是精调测量未考虑灌注CA砂浆时轨道板的上浮量(常用“7”字形压板装置不能完全压住轨道板)、曲线段轨道板侧向位移、累加偏差等实际因素，根据轨道板四角设置百分表监控灌注CA砂浆时的上浮量和灌注后复测结果综合分析，精调时将轨道板高程在设计值基础上调低约2 mm，可抵消轨道板上浮量，为防止曲线段轨道板侧向位移，精调时曲线段外侧只允许正误差；相邻轨道板承轨面相对横向误差和高差，精调允许偏差宜控制在0.3 mm内，避免出现一个左侧偏移一个右侧偏移；四是压紧装置设置不当，未扣紧，主要是压紧安装位置差别大，宜统一与底座板边平齐，避免扣压力不均匀，导致局部上浮量偏大；同时不同人拧紧压紧装置所施加的力不同，宜采用力矩扳手控制各压紧装置的扣压力，使其保持一致；五是精调后长时间未灌注CA砂浆，容易引起轨道板位置偏差，精调完成后12 h内灌注效果最佳。

4 CA砂浆灌注

CA砂浆施工是一个非常关键的环节，其质量受原材料、机械设备、拌制工艺、气候、灌注工艺等多种因素影响，极其敏感。其常见问题有：(1)原材料质量不合格导致砂浆异常；(2)砂浆车计量不精准导致砂浆异常；(3)拌制时搅拌速率、时间选择不当导致砂浆出现颗粒、结块等；(4)灌注袋铺设不平展有褶皱、灌注袋回缩导致轨道板悬空、轨道板两侧砂浆外露量差别大等；(5)灌注不饱满，与轨道板有离缝；(6)灌注后轨道板上浮量不均匀；(7)曲线段轨道板灌注后侧向位移超标；(8)袋口砂浆未与灌注袋边扎线平齐，存在鼓包、侵入等外观缺陷。

与上述问题相对应的原因分析与控制措施如下。

(1)控制进场原材料质量，不合格禁止进场，严格把控原材料储存、使用关，在保证原材储存条件、周期满足要求的情况下，遵循“先进场先使用”的原则，避免合格原材因储存、使用不当变质影响砂浆质量。

(2)砂浆搅拌车计量系统是否精准直接影响砂浆工作性能是否稳定，为了保证砂浆质量稳定，应加强砂浆搅拌车计量系统校核频次。

(3)砂浆出现颗粒、结块现象主要有两个方面造成：一是干料受潮结块或沥青乳液沉淀结块；二是搅拌时间过短或转速过低，未将干料充分搅散搅匀。应做好干料仓库防潮措施和湿度监控，防止干料受潮，按要求频次搅拌沥青乳液防止沉淀结块，调整砂浆高速搅拌转速、时长，使干料充分搅散搅匀，另外在灌注时设过滤网进行过滤，避免残余颗粒灌入。

(4)灌注袋产生褶皱有三方面原因：一是灌注袋运输、存放不当产生；二是铺设时未完全铺平展产生；三是灌注时灌注速率过快，灌注袋还未来得及被撑起来形成褶皱。为了避免产生褶皱，灌注袋应平铺存放；铺设时将灌注袋四角四边完全扯平，保证铺设平展；灌注时严格控制灌注速率，遵循“慢、快、慢”的原则，防止灌注过快产生褶皱。

灌注袋回缩主要有两种原因：一是灌注袋铺设不对称或铺设好后有扰动产生偏移；二是灌注砂浆时袋子四角未固定牢靠，灌注袋受砂浆自重回缩(在曲线段容易出现)。灌注袋应对称铺设平展后采用木楔固定牢靠，灌注时，袋子四角还应人工辅助轻扯固定，砂浆快流到时再取出木楔。

CA砂浆灌注后轨道板两侧砂浆外露量差别大，有的一侧多一侧少，主要由于灌注袋四边、四角不对称。灌注袋铺设时，测量袋边扎线至轨道板的距离(图3)，确认四边、四角灌注袋外露一致后，再用木楔固定。

图3 灌注袋铺设与定位

(5)砂浆层与轨道板底有离缝，由于砂浆灌注后铝粉膨胀、内部受压会有水分渗出灌注袋(与袋子布料渗透性也有关系)，若此时砂浆稠度小，水分渗出量大于铝粉膨胀量，则灌注袋边角易塌陷，表现为四角或曲线段高侧离缝，应根据现场气温、运距等，适当减少用水量将砂浆流动度靠上限控制的措施来预防离缝。

(6)CA砂浆灌注后轨道板的高程至关重要，直接影响铺轨质量。轨道板承轨面高程不均匀，除了前面扣压装置位置和精调控制措施外，砂浆灌注时进浆口冲击力大于出浆口，易导致进浆口轨道板上浮量大，此处应增加压板装置，另外，保持砂浆灌注漏斗内液位大致一致、尽量匀速灌注，防止水头压力和冲击力过大，引起轨道板不均匀上浮。

(7)为防止CA砂浆灌注时曲线段轨道板产生侧向位移，轨道板精调时曲线外侧横向偏移只允许正误差，并在精调完毕后用木楔将轨道板与凸台固定(图4)，防止轨道板向曲线内侧位移。

图4 木楔固定轨道板

(8)袋口砂浆与灌注袋U形边弧度不一致，有鼓包、侵入灌注袋边线等现象。原因在于砂浆袋口夹具简陋，如：钢筋棍等容易滑动移位，采用一端活页固定的钢夹板、并沿灌注袋扎线边缘夹住袋口砂浆，硬化后袋口砂浆弧度与灌注袋U形边弧度基本一致，无鼓包、侵入灌注袋边线等。不同夹具的封口效果见图5、图6。

图5 钢筋棍夹边效果

图6 钢夹板夹边效果

5 凸台树脂施工

凸台树脂施工常见问题如下：(1)凸台与轨道板间填充树脂厚度小于30 mm或大于50 mm；(2)灌注袋粘贴有褶皱；(3)树脂灌注高度不足。

与上述问题相对应的原因分析与控制措施如下。

(1)凸台与轨道板间填充树脂厚度小于30 mm或大于50 mm，主要由于凸台偏位超标，需要从凸台施工环节控制，参见前面控制方法。施工前应检查凸台与轨道板的间隙宽度，小于30 mm或大于50 mm的凸台应凿除重做。

(2)灌注袋粘贴有褶皱会导致树脂与轨道板、凸台侧边不密贴，甚至脱粘，灌注袋应粘贴平整，否则不得灌注。

(3)凸台树脂高度不足有两种形式：一是凸台树脂底边高于板底超过10 mm，原因在于CA砂浆灌注袋偏大，部分侵入轨道板与凸台间隙下部，作业人员粘贴灌注袋时底部仍使用泡沫衬垫或未将衬垫压至混凝土底座上，从而垫高凸台树脂底面；二是凸台树脂顶面低于轨道板板面超过10 mm，原因在于树脂灌注数量不足。应根据实际，使用泡沫聚乙烯衬垫、或裁剪衬垫并将衬垫压实，使衬垫上表面与砂浆层上表面平齐，避免衬垫抬高凸台树脂底部；另外，应根据板面高度控制树脂灌注数量，保证其顶面高度合格。