CRTSⅢ型先张轨道板台座法生产工艺优化

2018-12-06刘建新周建军庞洪贤

铁路技术创新 2018年5期

■ 刘建新周建军庞洪贤

0 引言

2012年，通过对轨道板设计方案、结构设计、生产工艺和试验测试等方面进行系统研究，形成了具有我国自主知识产权的双向先张预应力轨道板成套技术，并在西宝客专CRTSⅢ型先张板式无砟轨道试验段系统验证的基础上，进行推广应用[1]。

研究初期，相对稳妥地选择了模板不承力的台座法生产工艺，并在郑徐、京沈、昌赣等高速铁路（客运专线）建设中推广应用，现已形成相对成熟的生产工艺。台座法作为传统的CRTSⅢ型先张轨道板生产工艺，具有工艺成熟的优势，但规模化生产以来，也陆续暴露出一些问题，需要对台座法生产工艺进一步优化，以提高台座法生产工艺的市场竞争力。

鄢陵板场位于河南省许昌市鄢陵县陈化店镇，主要承担郑阜铁路河南段Ⅰ—Ⅲ标DK11+424．11—DK117+625．53里程段106．201 km范围内约3．9万块CRTSⅢ型先张轨道板的预制任务，采用台座法生产工艺，并在施工中不断进行工艺优化。

1 台座法生产工艺及特点

CRTSⅢ型先张轨道板台座法生产工艺特点如下[2]：（1）采用生产台座生产，每个台座按2×4布置8套轨道板模板；（2）生产台座固定端作为反力墙提供张拉反力，预应力张拉分2个阶段：初张拉和终张拉；（3）张拉过程中模板不受力，变形小，模板结构相对简单、自质量小、成本较低；（4）采用附着式振动器进行混凝土振捣；（5）单个生产台座的8块轨道板整体养护。CRTSⅢ型先张轨道板台座法生产工艺流程见图1[3]。

1.1 钢筋绑扎、入模

钢筋骨架在专用台架上绑扎完成、验收合格后安装预应力筋及锚固板，然后吊运至临时存放架上存放。钢筋骨架入模时，利用专用吊具将钢筋骨架吊入拆装平台上清理、组装完成的端侧模内定位安装。

1.2 模板清理、组装、拆模

底模清理干净、均匀喷涂脱模剂、安装预埋套管及螺旋筋；将钢筋骨架吊入拆装平台上清理、组装完成的端侧模内，然后整体吊运至张拉台座内与底模组装。预应力放张、连接器拆除后，将轨道板和端侧模整体由张拉台座吊运至拆装平台上；依次拆除张拉杆、打开端侧模，将轨道板吊运至封锚区。

图1 CRTSⅢ型先张轨道板台座法生产工艺流程

1.3 预应力筋张拉及放张

钢筋骨架入模后，在每根预应力筋端部安装张拉杆；将张拉横梁与模板之间、相邻模板之间、模板与张拉台座固定端之间对应的张拉杆用连接器连接。

预应力筋张拉分为2个阶段：（1）初张拉：利用张拉小车按照规定次序将每根预应力筋张拉至24 kN；（2）终张拉：利用张拉系统，通过张拉横梁整体张拉预应力筋至80 kN，持荷1 min后锁紧千斤顶机械锁。

轨道板混凝土强度、弹性模量均满足要求时进行双向同步放张。放张完成后依次拆除连接器。

1.4 混凝土浇筑、养护

利用电瓶车将混凝土由拌合站运送至生产车间，然后用桁车吊运至布料机上方，将混凝土倾斜到布料机临时料斗中。

混凝土采用分层布料，从模板一端朝另一端分散式延伸布料。第一次布料约10 cm厚的混凝土，第二次布料至混凝土表面略高于模板3 mm，最后进行人工找平和清理。浇筑成型后，及时将表面浮浆、气泡清除，以确保轨道板底面粗糙、无浮浆。

在每个台座8块轨道板混凝土全部拉毛完成后，布设补水管，分别用塑料薄膜、蒸养罩覆盖进入养护阶段。混凝土养护可采用蒸汽养护或自然养护。蒸汽养护时，采用自动温控设备进行温度调节。蒸汽养护分为静置、升温、恒温、降温4个阶段。自然养护在轨道板振动成型后，立即进行保温保湿养护。养护过程中，通过自动补水系统保持轨道板混凝土处于湿润状态。

1.5 轨道板封锚、水养、存放

轨道板脱模后进行封锚，封锚施工顺序为：封锚砂浆制备、装袋→锚穴清理→喷涂界面剂→填料→收面→喷涂养护剂。

封锚完成2 h以上（根据工艺性试验确定）时吊运至水养池进行水养。水养3 d后进行轨道板外形尺寸、外观质量检验，然后运送至存板区存放。

2 工艺优化

2.1 轨道板翘曲变形控制[4]

采用ABAQUS有限元软件建模，分别就轨道板自身结构、底模初始翘曲、预应力偏心、温度效应、模板承轨槽约束、收缩徐变等方面对轨道板平面度的影响进行计算，计算结果显示：

（1）轨道板预应力筋相对于轨道板对称布置，而轨道板加了承轨台后，上下两侧不对称，整个轨道板的中心会向有承轨台一侧的板面偏移，这种不对称的轨道板结构会产生一定的变形效应，但数值较小，约0．161 mm。

（2）轨道板底模在自重及混凝土作用下，底模中心附近下挠约0．5 mm，引起轨道板的初始翘曲。

（3）混凝土浇筑后模板会整体下沉，预应力筋相对向板底偏移。实际测量显示模板下沉量不等，但大都约为0．5 mm。当预应力筋向板底整体偏移0．5 mm时，轨道板的翘曲变形增量约为0．3 mm。

（4）温度效应也是轨道板翘曲变形的重要原因，主要是轨道板板面与底面之间的温度差引起的。轨道板蒸养过程中，板面温度约48 ℃、板底（环境温度）约40 ℃，按此温度梯度计算，引起的轨道板翘曲量为1．319 mm。养护完成后混凝土整体处于30 ℃的环境中，温差消失轨道板的翘曲变形恢复为0．339 mm。

（5）放张后，预应力将全部施加到轨道板上，轨道板会有被压缩的趋势，此时模板承轨槽对轨道板的整体压缩变形有一定的约束作用，当轨道板脱模后约束消失。计算结果显示，承轨槽对轨道板的约束作用会使轨道板产生一定的翘曲变形，变形量超过0．8 mm。而当轨道板脱模，约束消失后，翘曲量将基本恢复。

通过以上各因素分析，轨道板在脱模后即存在一定量的翘曲变形，且实测翘曲量多为1～2 mm。因此给轨道板赋予初始翘曲量2 mm时，在此基础上分析混凝土收缩徐变对翘曲变形的影响。通过计算，在轨道板初始翘曲2 mm的基础上，混凝土收缩徐变28 d时，翘曲增量约为0．2 mm。

综上所述，底模初始翘曲、底模整体下沉引起预应力偏心、温度效应是造成轨道板翘曲变形的主要原因。经过大量工艺性试验研究，分别采取底模设置0．5 mm预拱，底模安装高度相对张拉横梁抬高0．5 mm，混凝土养护过程中加强温度控制、养护用水加热后进行补水等一系列措施，能够有效控制轨道板翘曲变形。采取措施后，轨道板平面度偏差均满足产品标准±1 mm的要求，其中偏差≤0．5 mm的轨道板比例约为2/3。

2.2 蒸养工艺优化

蒸养的主要目的是在轨道板混凝土浇筑后的初期，在凝结硬化过程中进行温度和湿度的控制，以利于混凝土获得设计所要求的物理力学性能。采用蒸养技术能够有效预防混凝土出现较大温差，避免产生较大温度应力和裂缝；为强度发展提供良好的热湿环境，缩短了强度发展所需要的时间，加快了施工进度，提高了产品质量，同时提高了模具及其他设备的利用率，可创造较好的经济效益。在此，主要从补水工艺和覆盖工装2个方面对轨道板蒸养工艺进行优化。

2.2.1 自动补水养护系统

在每个台座8块轨道板混凝土全部拉毛完成后，在轨道板纵向门型筋位置布设2根Φ25 mm的聚丙烯塑料水管（见图2），按50 cm间距在水管上开直径1 mm的孔；然后用塑料薄膜（厚0．10～0．15 mm）覆盖混凝土表面，开启自动补水系统（见图3）定时补水，进行保湿养护。

为避免养护用水温度低造成轨道板底面温度降低，进而加剧轨道板翘曲变形，增设了恒温养护水箱（见图4），自动补水系统增加恒定水位、恒定水温的功能，将养护用水加热后再进行补水。

2.2.2 分块式蒸养罩

摒弃传统蒸养覆盖方式（单块轨道板混凝土用土工布覆盖，然后整个台座用塑料篷布覆盖），采用分块式蒸养罩，并在蒸养罩各分块结合处、蒸养罩与台座结合处安装10 mm厚度的橡胶垫，同时在蒸养罩上增加混凝土试件出入口。上述措施避免了蒸汽从蒸养罩接缝处、蒸养罩与台座之间的缝隙泄露，以及掀开蒸养罩取混凝土试件时的蒸汽浪费。在保证蒸养效果的同时，消除了蒸汽泄露伤人的安全隐患，并减少了能源浪费，节约了施工成本。

图2 补水管布设

图3 自动补水系统

图4 恒温养护水箱

2.3 成品轨道板外形尺寸检测技术

轨道板水养完成后，主要采用无砟轨道板快速智能检测系统对轨道板外形尺寸进行全面检测（见图5）。该系统采用动态激光扫描仪获取轨道板表面激光点云，采用光学跟踪器实时获取动态扫描仪的位置和姿态信息，通过多站扫描数据融合得到整块轨道板表面激光点云，实现轨道板外形尺寸自动化检测，并输出检测结果。与传统全站仪检测方法相比，该系统采用激光扫描仪获取数据，不受环境温度、气压等因素的影响，适用范围较广；检测效率大幅度提高，单块轨道板检测时间由25～30 min缩短至6～8 min。

轨道板在水养完成后，由于混凝土自身的徐变也可能加剧轨道板的翘曲变形。针对轨道板平面度检验项目，在轨道板达到28 d龄期，出场前采用 CRTSⅢ型轨道板变形快速检测系统（见图6）按25%的比率（2块/8块）进行抽检。该系统为使用激光配合高灵敏度光电位置传感器PSD的快速检测装置，利用激光建立基准线，使用PSD测量偏离基准线的偏差值。将激光发射端和PSD接收端分别安放于轨道板同一列首尾2个承轨台上，以发射端坐标（0，0）与接收端记录的坐标建立一条虚拟直线，通过移动PSD接收端依次测量每一承轨台的坐标，该坐标垂直、水平偏离虚拟直线的距离即为该承轨台的平面度、直线度偏差。CRTSⅢ型轨道板变形快速检测系统操作简单、方便快捷，只需1名检测人员、1部手机、1套检测工装，2～3 min即可完成1块轨道板检测。检测时间大幅缩短，检测人员工作强度也大幅降低。