胡宇新,盧瑞琳,郭紅峰,蔣瑞秋

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007)

我國客運專線建設(shè)中廣泛采用了無砟軌道技術(shù),這對橋梁基礎(chǔ)沉降控制提出了更嚴(yán)格的要求。如何可靠快捷地解決橋梁基礎(chǔ)沉降問題是客運專線無砟軌道技術(shù)應(yīng)用必須解決的課題。通過對CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座試驗性研究,可以看出采用液壓調(diào)高盆式橡膠支座是一種解決橋梁基礎(chǔ)沉降問題的方便、可靠方法。

1 CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高原理和優(yōu)點

1.1 液壓調(diào)高方式與墊板調(diào)高方式比較

目前國內(nèi)外已采用過的支座調(diào)高方案主要有墊板調(diào)高、螺旋調(diào)高、楔塊調(diào)高、液壓調(diào)高等4種方式,通過在支座頂部或底部加墊鋼板的墊板調(diào)高方式是目前國內(nèi)外最常用也是最簡便實用的方案；目前在我國客運專線使用的盆式橡膠支座要求都具有墊板調(diào)高功能。然而,墊板調(diào)高方式雖然簡單,但因為每次調(diào)高時需要根據(jù)調(diào)高高度另外加工鋼墊板,并且加工鋼墊板時需要與已有支座相關(guān)尺寸配合加工,否則會導(dǎo)致調(diào)高鋼板裝不上；另外每次實施墊板調(diào)高時需先使用千斤頂將梁頂起后再將加工好的調(diào)高鋼墊板插入支座和梁底之間,然后還需要擰緊支座錨固螺栓,調(diào)高操作時需要在墩臺上多人配合,因此墊板調(diào)高方式在具體組織實施時會帶來進(jìn)度和施工安全保障上的很多困難。而液壓調(diào)高方式可以很好地避免墊板調(diào)高方式帶來的上述不便。液壓調(diào)高的原理是用高壓注射設(shè)備向密閉的支座鋼盆內(nèi)注入填充液態(tài)彈性材料,使支座上板和梁底抬高從而達(dá)到調(diào)高目的,其原理類似油壓千斤頂。注射進(jìn)入支座鋼盆內(nèi)的填充液態(tài)彈性材料在一定的時間內(nèi)(可以根據(jù)實際需要調(diào)節(jié))可以快速固化,固化后材料可以可靠地承受橋梁荷載。從調(diào)高原理可以發(fā)現(xiàn)，液壓調(diào)高方式具有可以實現(xiàn)無級調(diào)高、持荷調(diào)高、調(diào)高操作簡便安全，無需千斤頂頂梁、調(diào)高時間短等眾多優(yōu)點,同時,液壓調(diào)高方式在支座調(diào)高的同時還可以根據(jù)調(diào)高設(shè)備壓力表上的壓力顯示通過計算達(dá)到實測支座實際受力的目的。

1.2 CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高原理和優(yōu)點

圖1 CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高示意

CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座是鐵道第四勘察設(shè)計院引進(jìn)意大利ALGA公司先進(jìn)成熟技術(shù)研發(fā)的一種適應(yīng)國內(nèi)施工特點的新型液壓調(diào)高支座。其調(diào)高原理為在盆式橡膠支座鋼盆和承壓橡膠墊之間注入填充液態(tài)彈性材料,抬高承壓橡膠墊在底盆中的位置從而抬高支座上板和橋梁上部結(jié)構(gòu)達(dá)到調(diào)高目的。CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座具體結(jié)構(gòu)如圖1所示,支座調(diào)高注射通道加工在鋼盆側(cè)壁和底部,而且可根據(jù)需要在鋼盆內(nèi)加工出多組注射通道從而達(dá)到支座多次調(diào)高目的；外部調(diào)高設(shè)備通過精密的管螺紋與支座注射通道聯(lián)接,在外部調(diào)高設(shè)備與CKPZ-T液壓調(diào)高支座之間裝有單向閥,在調(diào)高完成后及時關(guān)閉單向閥可以確保注射入支座鋼盆內(nèi)部的填充液態(tài)彈性材料在固化的過程中不會泄漏,同時單向閥還可以確保調(diào)高后能及時拆除外部調(diào)高設(shè)備進(jìn)行清洗,以保證填充液態(tài)彈性材料不在外部調(diào)高設(shè)備內(nèi)固化,確保外部調(diào)高設(shè)備的重復(fù)使用。CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座利用承壓橡膠墊豎向受壓后會發(fā)生徑向變形貼緊鋼盆側(cè)壁，并且承壓橡膠墊給予鋼盆側(cè)壁的壓力與其豎向受力完全相同，兩者之間維持動態(tài)平衡的原理來進(jìn)行密封,可以可靠地防止支座調(diào)高時填充液態(tài)彈性材料從承壓橡膠墊和鋼盆側(cè)壁之間泄漏。從以上可以看出,CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座除具有一般液壓調(diào)高支座優(yōu)點外，還具有結(jié)構(gòu)簡單、與普通盆式支座相比成本增加不多、可實現(xiàn)多次調(diào)高、調(diào)高安全可靠不泄漏等優(yōu)點,可很好地滿足實際工程需要。

2 CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座試驗室調(diào)高試驗

2.1 試驗基本情況介紹

為了研究CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座的調(diào)高工藝,驗證支座調(diào)高工藝的可靠性和支座性能的可靠性,分別試制了豎向承載力為1 750 kN的調(diào)高支座和豎向承載力為6 000 kN的CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座,填充液態(tài)彈性材料分別采用了環(huán)氧樹酯材料和聚氨酯材料,在橋梁支座專用檢測設(shè)備400 t試驗機(jī)和5 200 t試驗機(jī)上進(jìn)行了兩種型號調(diào)高支座的調(diào)高試驗和支座性能檢測。

2.2 主要試驗內(nèi)容

客運專線盆式橡膠支座相關(guān)技術(shù)規(guī)范《鐵路橋梁盆式橡膠支座》(TB/T2331—2004)、《客運專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件》(科技基(2005)101號)、《客運專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件補(bǔ)充規(guī)定》(科技基(2007)97號)只對普通盆式橡膠支座的型式試驗要求做了規(guī)定,但對液壓調(diào)高盆式橡膠支座的試驗要求沒有明確規(guī)定。根據(jù)研發(fā)單位鐵道第四勘察設(shè)計院相關(guān)技術(shù)要求,考慮支座使用工況和支座調(diào)高前后都必須具備支座正常使用功能的基本要求,此次調(diào)高支座主要進(jìn)行了如下試驗：(1)嚴(yán)格按照《鐵路橋梁盆式橡膠支座》(TB/T2331—2004)要求進(jìn)行調(diào)高試驗前支座的性能試驗,包括支座豎向承載力試驗、支座摩擦系數(shù)試驗、支座壓轉(zhuǎn)試驗,要求調(diào)高前支座各項性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；(2)按照50%支座設(shè)計豎向載荷、100%支座設(shè)計豎向載荷條件下分別進(jìn)行支座調(diào)高試驗,要求在上述兩種豎向荷載下支座可以方便快捷的調(diào)高到設(shè)計高度,在調(diào)高過程中不允許任何的填充液態(tài)彈性材料的泄漏發(fā)生,同時要求在規(guī)定的時間內(nèi)注射入調(diào)高支座鋼盆內(nèi)的填充液態(tài)彈性材料完成固化；(3)嚴(yán)格按照《鐵路橋梁盆式橡膠支座》(TB/T2331—2004)要求進(jìn)行調(diào)高試驗后支座的性能試驗,包括支座豎向承載力試驗、支座摩擦系數(shù)試驗、支座壓轉(zhuǎn)試驗,要求調(diào)高后支座各項性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；同時試驗后打開支座檢查，要求支座各部件以及固化后的填充彈性材料無任何損壞。

2.3 試驗結(jié)果

CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座試驗室試驗情況見圖2～圖5,1 750 kN支座、6 000 kN支座調(diào)高前后試驗數(shù)據(jù)對比見表1。

圖2 1 750 kN支座調(diào)高試驗

圖3 6 000 kN支座調(diào)高試驗

圖4 1 750 kN支座調(diào)高后支座承壓試驗和壓轉(zhuǎn)試驗后填充環(huán)氧樹酯情況

圖5 6 000 kN支座調(diào)高后支座承壓試驗和壓轉(zhuǎn)試驗后填充聚氨酯情況

表1 1 750 kN支座、6 000 kN支座調(diào)高前后試驗數(shù)據(jù)對比

通過以上試驗可以發(fā)現(xiàn)，1 750 kN型號和6 000 kN型號CKPZ-T液壓調(diào)高支座在50%支座設(shè)計豎向載荷、100%支座設(shè)計豎向載荷條件下，均可以通過向支座底盆內(nèi)部注射填充環(huán)氧樹酯和填充聚氨酯的方式方便地實現(xiàn)調(diào)高目的；調(diào)高過程中填充環(huán)氧樹酯和填充聚氨酯沒有任何泄漏情況發(fā)生；調(diào)高后支座功能正常與調(diào)高前基本無變化,完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；調(diào)高過程中注入支座底盆的填充環(huán)氧樹酯和填充聚氨酯固化情況良好,在支座承壓試驗和壓轉(zhuǎn)試驗后檢查固化后的填充環(huán)氧樹酯和填充聚氨酯無任何破損,支座其余部件在試驗過程中也無任何破壞。

3 CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座工地現(xiàn)場調(diào)高試驗

隨著國內(nèi)對液壓調(diào)高支座的認(rèn)識和研究不斷加深,液壓調(diào)高支座的優(yōu)點也逐漸被各方接受,目前液壓調(diào)高支座已廣泛應(yīng)用于我國客運專線建設(shè),如CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座已成功應(yīng)用于武廣客運專線、滬寧城際鐵路、福廈鐵路、廣珠城際鐵路、京滬客運專線、滬杭客運專線等,特別是滬杭客運專線全線采用了7 000多顆CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座。一直以來液壓調(diào)高支座各種試驗、研究工作一般多在試驗室進(jìn)行,限于各種客觀條件約束,液壓調(diào)高支座實橋調(diào)高試驗研究很少,隨著液壓調(diào)高支座在客運專線的廣泛應(yīng)用,其實橋調(diào)高操作的安全性、方便性、可靠性究竟怎樣越來越受到各方關(guān)注,鐵道部工管中心于2008年專門下發(fā)了《關(guān)于認(rèn)真做好客運專線橋梁支座調(diào)高試驗工作的通知》(工管技(2008)73號),要求各相關(guān)設(shè)計單位、支座生產(chǎn)廠家組織進(jìn)行液壓調(diào)高支座的實橋調(diào)高試驗，以驗證液壓實橋調(diào)高的可操作性和可靠性。根據(jù)鐵道部要求，武廣鐵路客運專線公司于2008年10月份組織支座設(shè)計單位鐵道第四勘察設(shè)計院、支座生產(chǎn)單位株洲時代新材料科技股份有限公司、支座安裝單位中鐵三局在武廣客運專線中鐵三局衡陽柏樹梁廠進(jìn)行了CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座的實梁調(diào)高試驗。

此次實梁調(diào)高試驗在梁廠1孔預(yù)制好的32 m簡支梁進(jìn)行(圖6),試驗支座為1孔6 000 kN型號的CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座,試驗支座安裝在梁底預(yù)埋鋼板和梁廠承梁墊石之間,試驗時選取32 m簡支梁一端的2個支座同時進(jìn)行調(diào)高操作,分別由2套調(diào)高設(shè)備和2套高度監(jiān)控裝置(數(shù)顯百分表)進(jìn)行試驗,試驗時控制2個支座上升高度差在2 mm之內(nèi),2支座設(shè)計調(diào)高高度均為20 mm。實梁調(diào)高過程中兩支座均能順利調(diào)高到設(shè)計高度20 mm,時間持續(xù)約20 min,整個調(diào)高過程中無任何泄漏發(fā)生,調(diào)高完成后6 h拆除打開支座檢查,填充環(huán)氧樹酯固化情況良好無損壞,支座其余部件無損壞。將經(jīng)過實梁調(diào)高試驗后的支座在試驗室按照鐵標(biāo)《TB/T 2331—2004》要求進(jìn)行支座豎向承載力試驗、支座摩擦系數(shù)試驗、支座壓轉(zhuǎn)試驗,試驗結(jié)果完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,實橋調(diào)高試驗取得成功。但此次實橋調(diào)高試驗也暴露出了一些問題,如2個支座采取2套調(diào)高設(shè)備的操作同步協(xié)調(diào)問題，由于填充環(huán)氧樹酯固化后理論體積收縮率與實際值偏差導(dǎo)致最后實際調(diào)高高度(19.8 mm)與設(shè)計調(diào)高高度(20 mm)的偏差問題，由于試驗時溫度較低導(dǎo)致填充環(huán)氧樹酯實際固化時間(6 h)與理論值(3 h)偏差較大問題等,這些問題都需要在今后進(jìn)一步的研究時予以解決,才能確保今后線路實際運營調(diào)高操作時的方便、快捷、高效。

圖6 武廣客運專線實梁CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高試驗

4 CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高工藝

經(jīng)過大量的支座試驗室相關(guān)試驗以及實橋調(diào)高實踐我公司摸索總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗,制定了CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座實橋調(diào)高工藝和相關(guān)注意事項,主要內(nèi)容如下。

(1)實橋調(diào)高前準(zhǔn)備：①檢查橋梁、支座工作狀態(tài)；②計算支座調(diào)高量；③確定支座調(diào)高方案。

(2)支座調(diào)高前準(zhǔn)備：①安裝調(diào)高專用設(shè)備和其他輔助設(shè)施；②連接各管路,確保接頭無泄漏；③啟動調(diào)高設(shè)備,仔細(xì)觀察各部是否正常運轉(zhuǎn)；④根據(jù)支座調(diào)高量以及要求的固化時間計算所需填充聚氨酯或環(huán)氧樹酯各單料質(zhì)量,按相關(guān)規(guī)定比例配料。

(3)施工操作要點：①各管路排出空氣后,再安裝與支座連接的接頭；②調(diào)高過程中,隨時檢查同一墩臺上相鄰支座調(diào)高過程的同步性,避免產(chǎn)生過大的高度差(一般情況下不超過2 mm)。同時應(yīng)隨時觀察調(diào)高設(shè)備壓力表,了解各支座受力狀態(tài),通過高度測量裝置及時了解調(diào)高情況。③調(diào)高完成確認(rèn)梁體高程和支座承載力滿足要求后,先關(guān)閉外部單向閥后再關(guān)閉調(diào)高設(shè)備停止工作,以防止填充聚氨酯或環(huán)氧樹酯從支座內(nèi)部擠出。④支座調(diào)高結(jié)束后應(yīng)及時拆除連接管路,清除調(diào)高設(shè)備內(nèi)剩余填充聚氨酯或環(huán)氧樹酯,并用專用溶劑清洗各設(shè)備型腔,防止填充聚氨酯或環(huán)氧樹酯固化在調(diào)高設(shè)備內(nèi)。

(4)注意事項：①填充聚氨酯或環(huán)氧樹酯須貯存在干燥的密封桶內(nèi),防潮濕；施工過程中,避免水侵入。②填充聚氨酯或環(huán)氧樹酯配料時兩單體料混合后應(yīng)充分?jǐn)嚢枋蛊浠旌暇鶆颍涣狭恳渥氵m當(dāng),確保一次壓注即可滿足調(diào)高要求而又不浪費。特別要注意考慮填充聚氨酯或環(huán)氧樹酯固化后的體積收縮比問題。③施工過程中應(yīng)及時注意觀察調(diào)高設(shè)備上的壓力表顯示，以防止注射壓力異常發(fā)生危險。④調(diào)高結(jié)束應(yīng)及時清理工作場地。

(5)調(diào)高設(shè)備選擇：①要求最大注射壓力大于30 MPa,壓力提升快；注射壓力穩(wěn)定持久,可連續(xù)工作；②注射壓力可顯示；③體積小、質(zhì)量輕,便于攜帶,便于野外操作；④設(shè)備注射通道拆裝方便,利于清洗；⑤價格適中,性價比好。

5 CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高材料

液壓調(diào)高支座主要是利用注射填充液態(tài)彈性材料來實現(xiàn)調(diào)高目的,同時注射進(jìn)入支座底盆的填充液態(tài)彈性材料固化后將成為支座的一部分,與支座一起共同承擔(dān)橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載,因此填充液態(tài)彈性材料的選用很重要,其各項性能將直接影響液壓調(diào)高支座的操作方便性、安全性和可靠性。一般注射填充液態(tài)彈性材料要求有較好的流動性,有較短的固化時間并且固化時間可調(diào)；要求有很好的化學(xué)穩(wěn)定性,不能與橡膠、金屬材料、硅油脂等支座部件發(fā)生化學(xué)反應(yīng),要求有良好的力學(xué)性能,能可靠地承受橋梁載荷等要求。CKPZ-T液壓調(diào)高支座填充液態(tài)彈性材料目前有填充聚氨酯和填充環(huán)氧樹酯兩種材料,其性能要求見表2。

表2 調(diào)高用填充聚氨酯、環(huán)氧樹酯材料性能

分別對填充聚氨酯和填充環(huán)氧樹酯2種材料性能進(jìn)行了實測,對2種材料注射入支座底盆固化后的樣品進(jìn)行了本體取樣試驗,試驗數(shù)據(jù)見表3，表4。

表3 調(diào)高用填充聚氨酯材料性能試樣實測結(jié)果

表4 調(diào)高用填充環(huán)氧樹酯材料性能實測結(jié)果

根據(jù)支座試驗室試驗和實橋調(diào)高試驗情況和以上材料實測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，填充聚氨酯和填充環(huán)氧樹酯兩種材料可以很好的用于CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高操作,同時這兩種材料采購方便,價格適中,質(zhì)量穩(wěn)定,因此可以很好地應(yīng)用于橋梁液壓調(diào)高實際工程。

6 結(jié)語

隨著對液壓調(diào)高支座研究的不斷深入以及大量的工程運用驗證,采用液壓調(diào)高支座已成為解決橋梁基礎(chǔ)沉降問題的有效方法,特別是對于線路經(jīng)過軟土地基區(qū)段較長且橋梁所占比率較大的無砟軌道客運專線,采用液壓調(diào)高支座經(jīng)濟(jì)效益和社會效益更明顯。經(jīng)過大量試驗驗證CKPZ-T液壓調(diào)高盆式橡膠支座是一種結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)高操作簡便、安全、快捷、性能可靠的液壓調(diào)高支座,可以很好的滿足我國客運專線建設(shè)的需要。同時,對液壓調(diào)高支座用填充液態(tài)彈性材料的工藝性今后需進(jìn)行更深入的研究,如實際固化時間、體積收縮率的確定和控制等,以便于液壓調(diào)高支座能更好的應(yīng)用于工程實際。

[1]科技基(2005)101號)，客運專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件[S].

[2]科技基(2007)97號，客運專線橋梁盆式橡膠支座暫行技術(shù)條件補(bǔ)充規(guī)定[S].

[3]TB/T2331—2004，鐵路橋梁盆式橡膠支座[S].

[4]張士臣.調(diào)高支座在客運專線橋梁上應(yīng)用的研究[J].鐵道工程學(xué)報,2004(S1)．

[5]李利方.客運專線橋梁調(diào)高支座新技術(shù)試驗性研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2010(1)．

[6]張士臣,臧曉秋,莊軍生，等.填充聚氨酯調(diào)高盆式橡膠支座[J].鐵道工程學(xué)報,2007(S1)．