高速鐵路橋梁板式無碴軌道的施工技術(shù)

1、高速鐵路橋梁板式無碴軌道的施工技術(shù)作者：周一明提要：本文介紹了用于秦沈客運(yùn)專線橋梁上的一種新型軌道結(jié)構(gòu) 板式無碴軌道施工技術(shù)，主要包括軌道板的制造、CA 砂漿的研究及配制，混凝土底座及凸形擋臺施工、軌道板鋪設(shè)、CA 砂漿灌注、充填式墊板的施工等一系列關(guān)鍵技術(shù)，對城市高架輕軌、高速鐵路橋梁等工程推廣此項(xiàng)新技術(shù)具有重要參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線；橋梁；板式無碴軌道前言高速鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對鐵路路網(wǎng)建設(shè)的必然要求，特別是黨的十六大確定了全面建設(shè)小康社會的宏偉目標(biāo)，鐵道部黨組提出了鐵路跨越式發(fā)展的新思路，并制定了鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃，2004年年初于國務(wù)院辦公會上獲得通過。高速鐵路不同于

2、以往的鐵路建設(shè)，我們可以從直觀上認(rèn)識到：“建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，運(yùn)營速度快”。如何做到建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)營高速度，涉及到設(shè)計(jì)水平、施工工藝、設(shè)備的先進(jìn)性和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等各方面。設(shè)計(jì)是項(xiàng)目前期工作的重點(diǎn)，直接影響項(xiàng)目建設(shè)的成效和建設(shè)資金的效果，必須高度重視。      隨著我國鐵路運(yùn)營速度的不斷提高，有碴軌道在列車荷載反復(fù)作用下軌道殘余變形積累很快，從而導(dǎo)致軌道高低不平順，影響旅客乘坐的舒適性，增大軌道養(yǎng)護(hù)維修工作量。板式無碴軌道是用雙向預(yù)應(yīng)力軌道板及CA 砂漿替換傳統(tǒng)有碴軌道的軌枕和道碴的一種新型軌道型式。秦沈客運(yùn)專線是我國第一條設(shè)計(jì)時(shí)速大于200 km/h的高

3、速鐵路，其中雙何特大橋全長703.33 m，梁體為單線箱梁，上下線并行。橋梁位于兩個(gè)曲線及其間的夾直線上，縱坡為9.9 和一1.5 。為提高旅客乘坐的安全性、舒適性，減小橋梁振害及減少運(yùn)營期間的維修工作量，滿足高速鐵路運(yùn)營的要求，梁上采用的板式無碴軌道。一.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特點(diǎn)      板式無碴軌道是由預(yù)制的軌道板、混凝土底座，以及介于兩者之間的CA 砂漿填充層組成，在兩塊軌道板之間設(shè)凸形擋臺以承受縱、橫向水平力。      秦沈客運(yùn)專線雙河特大橋板式無碴軌道特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)高度699mm，3.2 t/

4、延m。具有結(jié)構(gòu)高度低、自重輕、現(xiàn)場混凝土施工量少、可修復(fù)行強(qiáng)、施工需專用設(shè)備等特點(diǎn)。二.施工工藝要點(diǎn) 1. 軌道板制造      軌道板是板式無碴軌道的重要組成部分之一，列車荷載和振動等產(chǎn)生的巨大能量先由其傳給橋梁。軌道板的平整度、預(yù)埋件位置直接影響鋪軌質(zhì)量及橋梁振動，因此，軌道板制造精度要求非常高，而且必須具有很高的平整度和抗裂性。軌道板設(shè)計(jì)為雙向預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。       軌道板的平整度及預(yù)埋件、預(yù)留管道位置的精度主要通過模型的精度來控制。鋼模型底模平整度保證在0.5 mm 范

5、圍內(nèi)，各預(yù)埋件在底模上的預(yù)留安裝偏差不得大于0.5 mm，采用螺栓固定安裝預(yù)埋件。鋼模板允許偏差：長度、寬度為士1.5 mm，高度為+0一1.5 mm，預(yù)埋件及平整度為±0.5 mm。      鋼筋加工及綁扎在專用模具上完成，預(yù)應(yīng)力孔道采用18mm 的鋼管成孔，混凝土澆注過程中以底振為主，面振為輔，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，靜停3h后升溫，升溫、降溫速度不超過每h15 C，恒溫控制在4O50 C。最高溫度不大于55 ，恒溫的持續(xù)時(shí)間在6 h以內(nèi)。張拉時(shí)先對稱先張拉橫向孔道，后張拉縱向孔道，縱向雙層孔道每排同時(shí)對稱張拉。采用張拉力控制，伸長值量作

6、為校核，并嚴(yán)格控制夾片回縮量。 2 .底座混凝土基礎(chǔ)      底座混凝土基礎(chǔ)是板式無碴軌道基礎(chǔ)的找平層及橋上曲線段超高設(shè)置的調(diào)整層，施工的關(guān)鍵是施工控制測量及凸形擋臺的準(zhǔn)確定位。      凸形擋臺模型的安裝，曲線段遵循調(diào)平、對中、再調(diào)平的原則，反復(fù)調(diào)整直至滿足要求為止。 3. 軌道板鋪設(shè)      不同型號的軌道板按設(shè)計(jì)位置要求放置，曲線梁段每塊軌道板必須按相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角放置，并在凸形擋臺上標(biāo)出線路中心線。   4

7、. CA 砂漿研制與施工 CA砂漿特性     CA 砂漿作為板式軌道混凝土底座與軌道板問的彈性調(diào)整層，是一種具有混凝土的剛性和瀝青的彈性的半剛性體。 CA 砂漿調(diào)整層是板式無碴軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，其性能的好壞直接影響板式軌道應(yīng)用的耐久性和維修工作量。在日本新干線板式軌道CA 砂漿研究資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國前期的研究成果，針對性地提出了板式軌道CA 砂漿的性能指標(biāo)及相應(yīng)的試驗(yàn)方法。其主要性能指標(biāo)要求如下表。      從CA 砂漿的材料組成及性能指標(biāo)要求可以看出，其技術(shù)的開發(fā)難度較大。材料既

8、要滿足強(qiáng)度和彈性要求。又必須具有必要的施工性能，同時(shí)考慮到CA 砂漿在寒冷地區(qū)使用工況，還應(yīng)具備抗凍融性能以保正其長期使用的耐久。三.主要技術(shù)性能指標(biāo)與試驗(yàn)方法 抗壓強(qiáng)度 (1)由輪重決定的抗壓強(qiáng)度      板式軌道CA砂漿填充于軌道板板底及凸形擋臺四周，因此其抗壓強(qiáng)度的確定取決于設(shè)計(jì)輪重以及作用于凸形擋臺上縱向力的大小。設(shè)計(jì)輪重作用下軌道板下CA 砂漿所需要的抗壓強(qiáng)度為0.1 MPa。(2)由作用于凸形擋臺上縱向力決定的抗壓強(qiáng)度凸型擋臺與軌道板間的CA砂漿填充層所承受的      板式軌道C

9、A 砂漿的抗壓強(qiáng)度主要由凸形擋臺周圍的CA砂漿層的受力條件所決定。 (3)試驗(yàn)方法       CA砂漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用“單軸壓縮法”進(jìn)行。利用壓力試驗(yàn)機(jī)以每min試件變形0.5 mm加載速率勻速加載，當(dāng)壓力不再上升時(shí)停止加載，其壓力最大值即為該試件在各齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度。 彈性模量           CA 砂漿彈性模量試驗(yàn)方法與抗壓強(qiáng)度基本相同，試件為70.7×70.7×220 mm 的棱柱體，利用壓力試驗(yàn)機(jī)以試件變形0.5

10、 mm/min加載速率勻速加載，加載最大值為抗壓強(qiáng)度的1/3。由于CA 砂漿具有一定的塑性，彈性模量試驗(yàn)曲線實(shí)際上為一螺旋線，試驗(yàn)中取第四次加載曲線起始點(diǎn)的割線斜率為該試件的彈性模量。 流動度與可工作時(shí)間      CA 砂漿流動度與可工作時(shí)間是保證板式軌道CA 砂漿現(xiàn)場灌注施工質(zhì)量的重要指標(biāo)。為確定CA砂漿流動度指標(biāo)，試驗(yàn)采用容積為640ml的特制漏斗進(jìn)行測定，將拌和好的砂漿注入漏斗、自打開出口開始，至砂漿全部流出所經(jīng)歷的時(shí)間，即為流動度。 影響CA 砂漿流動度的因素很多，在拌和方式，投料順序一定的條件下，流動度隨溫度、外加劑、主要原材料的配

11、合比、水灰比的變化而不同。      可工作時(shí)間的試驗(yàn)方法與流動度相同，但同一試樣每隔5 min做一次，并繪出流動度曲線，既流動度與累計(jì)時(shí)問的對應(yīng)關(guān)系。砂漿在流動度設(shè)計(jì)范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)間即為砂漿的可工作時(shí)間T(以min計(jì))。 膨脹率      CA 砂漿灌注后固化，一般會產(chǎn)生23 mm 的收縮，因此直接影響板底砂漿的填充效果，為此設(shè)計(jì)中必須考慮在原材料中添加適量的膨脹劑(如鋁粉等)使砂漿產(chǎn)生膨脹。設(shè)計(jì)中要求CA 砂漿膨脹率應(yīng)控制在13 之內(nèi)。    

12、60; CA砂漿膨脹率采用量筒、游標(biāo)卡尺進(jìn)行測定。將配制好的CA 砂漿注入量筒內(nèi)，其上加上一塊玻璃板，用游標(biāo)卡尺測量玻璃板至砂漿表面的高度。 材料分離度      保證CA砂漿固化體的勻質(zhì)性，采用材料分離度作為勻質(zhì)性評價(jià)的指標(biāo)，借鑒日本板式軌道CA 砂漿與我國前期試驗(yàn)的結(jié)果，確定CA 砂漿的材料分離度在3以下。材料分離度試驗(yàn)采用“等分法”進(jìn)行測定。 空氣含量      在CA砂漿的配制過程中導(dǎo)入適量的微小氣泡，可提高抗凍性，這種氣泡可緩和CA 砂漿層內(nèi)的自由水等受凍害膨脹時(shí)產(chǎn)生的凍晶壓力。 在C

13、A 砂漿內(nèi)導(dǎo)入空氣后，相應(yīng)地要采取添加適量的消泡劑以及采用特殊的拌和方法等措施，以提高CA砂漿的質(zhì)量。      空氣量的試驗(yàn)主要是實(shí)測砂漿試件的單位容積的重量。為得出空氣量的大小，在砂漿配制前，稱量砂漿所用原材料的重量，了解原材料的比重，從而計(jì)算出砂漿理論單位容積重量。耐久性(抗凍性能)    (1)凍害分析。普通CA砂漿拌合后，部分水開始與水泥發(fā)生水化反應(yīng)，成為水泥漿，在凝固并達(dá)到一定強(qiáng)度以前，水化反應(yīng)一直進(jìn)行。在水泥的水化、凝結(jié)作用下CA砂漿將產(chǎn)生一定收縮，而同時(shí)砂漿中的游離水較多，當(dāng)溫度低時(shí)，游離水結(jié)冰造成

14、CA 砂漿體積膨脹，產(chǎn)生冰晶壓力，且初期強(qiáng)度較低，CA 砂漿很容易發(fā)生凍脹破壞。水泥水化全部完成后，仍有部分水以游離水的狀態(tài)存在CA 砂漿中，當(dāng)溫度降低后，CA 砂漿中瀝青隨溫度下降而體積收縮，同時(shí)由于游離水受凍產(chǎn)生的冰晶壓力的影響而導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)劣化，從而發(fā)生破壞。故凍害產(chǎn)生的原因主要是CA 砂漿的不勻質(zhì)組織結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)中存在的游離水和體積收縮。   (2)提高抗凍性的措施      經(jīng)上分析可知，通過改善CA 砂漿的組織結(jié)構(gòu)、減少拌合用水及補(bǔ)償體積收縮可防止凍害。防止初期凍害主要采取提高CA砂漿早期強(qiáng)度、加速凝結(jié)時(shí)間、選擇適

15、宜的養(yǎng)生條件等措施，CA 砂漿拌合須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，保證早期強(qiáng)度及空氣含量，同時(shí)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作，保證CA 砂漿灌注完成后處于525 的養(yǎng)護(hù)環(huán)境。   (3)凍融試驗(yàn)及結(jié)論      對不同配方的CA 砂漿進(jìn)行快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其耐久性。根據(jù)其研究結(jié)果，提高CA 砂漿抗凍性的對策，主要有：改進(jìn)瀝青乳化劑和減少砂的用量來減少攪拌水；使用消泡劑或聚合物使結(jié)構(gòu)致密化，提高防水性；采用AE劑用微小氣泡來緩沖冰晶壓力是有效的，試驗(yàn)結(jié)果得出導(dǎo)入適量的空氣量(812%)對防止凍害是最有效的措施四CA 砂漿首先是CA 砂漿的制配

16、0;     在施工現(xiàn)場制配時(shí)，CA 砂漿的配合比要根據(jù)氣候條件、溫度條件及現(xiàn)場所采購的材料性能的變化，通過試驗(yàn)及時(shí)修正配合比，每次要求留足夠的砂漿用于檢測的砂漿試塊，并做好試驗(yàn)記錄。 其次， 現(xiàn)場配合比的修正      (1)標(biāo)準(zhǔn)配合比是基礎(chǔ)，要根據(jù)使用的攪拌機(jī)和容量，求出現(xiàn)場的配合比。 (2)測定當(dāng)日使用砂的表面水量。(3)砂的表面水量、吸水率的水量。(4)河砂進(jìn)貨時(shí)表面有較多的附著水，因此使用時(shí)要測定表面水進(jìn)行必要的修正 最后， CA 砂漿的攪拌    

17、60; CA 砂漿的攪拌是用水泥瀝青砂漿攪拌機(jī)(容量為1m。)進(jìn)行的，材料的加入是按A型乳劑一水(聚合物、消泡劑)一細(xì)骨料(砂)、鋁粉一混合料CAA一水泥一AE劑的順序進(jìn)行的，材料的投入通常都是仔細(xì)地進(jìn)行的，A 型乳劑和水泥一經(jīng)接觸就開始反應(yīng)，為有效地利用可注入時(shí)間，而把水泥的加入放在最后進(jìn)行，因?yàn)殇X粉的用量是微少的，為防止投入鋁粉時(shí)發(fā)生飛散現(xiàn)象，在投入之前最好與砂料摻合之后再投入，水泥的加入以分散加入為最好，為此，應(yīng)在攪拌機(jī)投料口上安置一個(gè)用6mm 左右的鋼筋制成的孔徑為10 cm 的鋼絲網(wǎng)罩，或者像用落水管送入那樣為宜，另外，材料的計(jì)量以重量計(jì)量為原則。   

18、    低溫時(shí)的CA 砂漿施工： CA砂漿中的乳劑的使用溫度為530 ，攪拌溫度以1O 25 為標(biāo)準(zhǔn)。在低溫施工時(shí)，為了達(dá)到這種溫度需要加熱原材料、容器保溫、還要有防風(fēng)設(shè)備，并采用如下一系列供熱手段，以達(dá)到施工可能，得到要求的CA 砂漿性能。 低溫時(shí)，砂漿拌和的溫度要使用1O 以上的材料，瀝青A乳劑保持在5O ，與水泥混合時(shí)在3O以下是必要的。 采用溫水，砂水要不受雪凍、雨水，用罩布蓋好保管為好。水泥可原狀使用，不能直接加熱、與高溫水接觸。乳劑桶、攪拌機(jī)、管道。軟管等以及保溫材等都用罩布覆蓋為好，養(yǎng)生時(shí)最好蓋上罩布，并采用積極手段，從外面加熱的方法等。

19、CA 砂漿的現(xiàn)場灌注      (1)安置模板。 軌道板的整正一經(jīng)完畢，就應(yīng)在軌道板和混凝土基床、混凝土凸型擋臺之間注入CA 砂漿，在注入之前，為不使CA砂漿溢出，并能填筑充分，應(yīng)安置模板，進(jìn)行模板的施工時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：      軌道板和混凝土基床之間，檢查是否積有塵埃或水、冰、雪等物，如有應(yīng)事先清除，并且在安置完模板以后，也不應(yīng)混入塵?；蛩任?，為此最好覆以罩布防護(hù)為宜；      模板用鋼模或木模都可以，但應(yīng)當(dāng)是在注入過程中不致發(fā)生變形

20、的；      對模板應(yīng)事先涂敷脫模劑，因?yàn)椴煌糠竺撃┰诿撃r(shí)容易傷損CA 砂漿；所用脫模劑應(yīng)以不防礙CA 砂漿的硬化為原則；      了解模板依其使用目的  砂漿的注入      CA 砂漿的注人，要以不致帶人空氣為原則徐徐地連續(xù)進(jìn)行，還應(yīng)注意不致引起材料離析，并且完全充分地充填孔隙。因此，應(yīng)加強(qiáng)對CA 砂漿的注人。   無級調(diào)高充填式墊板施工      當(dāng)板式

21、無碴軌道應(yīng)用于軌面標(biāo)高漸變的緩和曲線與豎曲線地段時(shí)，最小厚度為2mm 的軌下調(diào)高墊板難以實(shí)現(xiàn)對板長范圍內(nèi)的軌道不平順的精細(xì)調(diào)整，因此必須采用與板式軌道相配套的充填式無級調(diào)高墊板，以實(shí)現(xiàn)線路的高平順性要求。 軌道狀態(tài)調(diào)整      充填式墊板的充填厚度以46 mm 左右為宜，超出部分應(yīng)在鐵墊板下墊入預(yù)制的調(diào)高墊板。在每塊軌道板范圍內(nèi)，每股鋼軌的軌底與板頂之間插入3個(gè)調(diào)整墊塊，調(diào)整墊塊前后的扣件必須按規(guī)定的扭矩?cái)Q緊，其它扣件螺栓用手?jǐn)Q緊即可。 無級調(diào)高充填式墊板施工      充填式墊板注入袋必須在軌道狀態(tài)精細(xì)調(diào)整全部結(jié)束后插入。注入袋的注入口應(yīng)置于軌道的同一側(cè)，按一致的注入方向插入。對于曲線超高區(qū)段，注入口應(yīng)朝低的方向，