王 濤,劉 鑫,李洪剛,李海燕,邵丕彥

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所,北京 100081)

1 概述

中國(guó)鐵路軌道系統(tǒng)CRTSⅠ型板式無砟軌道是我國(guó)高速鐵路的主型軌道結(jié)構(gòu)之一[1-3]，也是國(guó)際上的重要軌道結(jié)構(gòu)形式[4-7]，由混凝土底座、水泥乳化瀝青(Cement asphalt emulsified，CA)砂漿層和軌道板等主要結(jié)構(gòu)組成，具有施工快捷、維修方便等特點(diǎn)[7-9]，在我國(guó)哈大、哈齊、海南沿海、滬寧、寧安等高鐵線路建設(shè)中廣泛應(yīng)用[10-12]。

軌下基礎(chǔ)施工質(zhì)量是保證高鐵平穩(wěn)安全運(yùn)行的關(guān)鍵之一，CRTSⅠ型板式無砟軌道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、施工質(zhì)量要求嚴(yán)，但早期施工建設(shè)時(shí)，由于經(jīng)驗(yàn)不足出現(xiàn)一些問題[13-15]。經(jīng)國(guó)內(nèi)武廣試驗(yàn)段、成高子試驗(yàn)段等工程的施工總結(jié)，相比早期工程施工，增加了施工隊(duì)伍專業(yè)化、上道施工前進(jìn)行灌注揭板檢查、大規(guī)模施工前進(jìn)行先導(dǎo)段評(píng)估等要求，特別是無砟軌道先導(dǎo)段施工及其評(píng)估環(huán)節(jié)，目的在于發(fā)現(xiàn)問題、分析原因并采取有效措施進(jìn)行預(yù)防，從而優(yōu)化施工組織和管理模式，再大面積推廣實(shí)現(xiàn)“樣板引路、確保質(zhì)量”的目標(biāo)[16-18]。

根據(jù)前期我國(guó)CRTSⅠ型板式無砟軌道先導(dǎo)段施工與評(píng)估實(shí)踐[10-12]，系統(tǒng)總結(jié)了施工初期在底座與凸臺(tái)施工、軌道板鋪設(shè)、砂漿灌注和凸臺(tái)樹脂施工4個(gè)方面易出現(xiàn)的問題，病害分類見圖1，同時(shí)分析了其原因，提出了控制措施，可為我國(guó)CRTSⅠ型和其他板式無砟軌道施工提供借鑒。

圖1 施工控制要點(diǎn)分類

2 底座板、凸臺(tái)施工

底座板、凸臺(tái)施工控制重點(diǎn)是施工精度與外觀質(zhì)量，其常見問題有：(1)底座板連接筋擰入深度不足；(2)鋼筋網(wǎng)片不平順、保護(hù)層偏大或偏?。?3)伸縮縫不順直、位置偏差超標(biāo)；(4)凸臺(tái)豎向鋼筋偏位超標(biāo)；(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸縮縫兩側(cè)存在錯(cuò)臺(tái)；(6)混凝土有“亂根”、缺棱掉角；(7)凸臺(tái)中心偏位超標(biāo)。

原因分析與控制措施如下。

(1)連接筋擰入深度不足，主要有3種原因：一是套筒內(nèi)有水泥漿、碎屑等雜物；二是預(yù)制箱梁時(shí)套筒下部絲頭擰入過多導(dǎo)致可擰入深度不足；三是套筒螺紋牙型損壞導(dǎo)致無法擰入。對(duì)此，擰入前先將套筒內(nèi)雜物清理干凈，再對(duì)可擰入深度不足或套筒螺紋牙型變形的采取鉆孔植筋進(jìn)行補(bǔ)救，同時(shí)梁場(chǎng)要加強(qiáng)套筒預(yù)埋質(zhì)量控制，從源頭控制好。

(2)鋼筋網(wǎng)片不平順、保護(hù)層偏大或偏小，主要有2種原因：一是梁面高程偏低；二是支撐上下層鋼筋網(wǎng)片的U形筋尺寸不對(duì)(這在曲線段超高量漸變的情況下較明顯)。對(duì)此，鋪網(wǎng)片前測(cè)量梁面高程、推算U形筋尺寸，避免鋼筋網(wǎng)片出現(xiàn)波浪形和保護(hù)層偏大、偏小現(xiàn)象。

(3)伸縮縫不順直、位置偏差超標(biāo)。主要有4種原因：一是測(cè)量放線不精準(zhǔn)；二是未嚴(yán)格按測(cè)量放線安裝；三是安裝后定位不牢澆筑混凝土?xí)r變形、偏位；四是繞過凸臺(tái)處的橡膠泡沫板半徑偏小。對(duì)此問題，換手測(cè)量復(fù)核放線結(jié)果，嚴(yán)格按測(cè)量放線位置布設(shè)伸縮縫，對(duì)伸縮縫泡沫板上部采用定位卡下部設(shè)輔助定位筋進(jìn)行定位，繞過凸臺(tái)處的橡膠泡沫板半徑適當(dāng)加大，混凝土兩側(cè)同步澆筑，防止伸縮縫出現(xiàn)變形和偏位。

(4)凸臺(tái)豎向鋼筋偏位超標(biāo)，會(huì)影響鋼筋保護(hù)層厚度，甚至導(dǎo)致模板無法安裝在設(shè)計(jì)位置，凸臺(tái)中心十字線放樣無誤的情況下，宜制作定位卡具，以確保凸臺(tái)豎向鋼筋預(yù)埋位置準(zhǔn)確。凸臺(tái)放樣與定位見圖2。

圖2 凸臺(tái)放樣與定位

(5)底座板混凝土平整度不足，梁端、伸縮縫兩側(cè)存在錯(cuò)臺(tái)。主要有4種原因：一是測(cè)量精度不足；二是控制頂面高程的角鋼變形；三是刮面次數(shù)不夠；四是伸縮縫兩側(cè)受凸臺(tái)豎向鋼筋影響存在刮尺無法刮到的盲區(qū)。對(duì)此問題，一是將原4名測(cè)量人員增至13人，并嚴(yán)格執(zhí)行換手復(fù)測(cè)制度；二是模板上固定角鋼形式由點(diǎn)焊改成可調(diào)節(jié)螺栓，避免點(diǎn)焊拆除時(shí)敲打致角鋼變形，發(fā)現(xiàn)角鋼變形及時(shí)更換；三是刮面次數(shù)不得少于4次；四是在靠近凸臺(tái)處斜交叉刮面，盡量縮小盲區(qū)面積，并在收面時(shí)將高出泡沫板齊混凝土面割除，避免因泡沫板隔擋出現(xiàn)高差。

(6)混凝土“亂根”、缺棱掉角主要是由于模板底部密封不嚴(yán)存在漏漿、振搗不到位、拆模過早且成品保護(hù)不當(dāng)造成。為保證混凝土內(nèi)實(shí)外光，現(xiàn)場(chǎng)宜用泡沫密封膠對(duì)模板底部進(jìn)行封閉防止漏漿，澆筑時(shí)加強(qiáng)振搗避免漏振，合理延遲拆模時(shí)間并加強(qiáng)成品保護(hù)。

(7)凸臺(tái)中心偏位超標(biāo)直接影響凸臺(tái)樹脂灌注厚度，宜嚴(yán)格控制測(cè)量放樣精準(zhǔn)度，制作凸臺(tái)模板定位三腳架并用吊錘檢查模板中心與放樣中心是否重合，模板準(zhǔn)確定位后用保護(hù)層墊塊將模板與鋼筋頂緊，并在模板外側(cè)劃線監(jiān)控澆筑時(shí)模板是否偏移并及時(shí)調(diào)整、禁止振搗棒等碰撞模板。

3 軌道板鋪設(shè)

軌道板鋪設(shè)質(zhì)量控制重點(diǎn)是鋪設(shè)精度和成品保護(hù)，其常見問題有：(1)軌道板與凸臺(tái)間隙小于30 mm，與兩端凸臺(tái)間隙之差大于5 mm；(2)軌道板與底座板間的板腔厚度(CA砂漿厚度)小于40 mm；(3)軌道板與凸臺(tái)破損、開裂；(4)軌道板鋪設(shè)位置偏差超標(biāo)。

與上述問題相對(duì)應(yīng)的原因分析與控制措施如下。

(1)軌道板與凸臺(tái)間隙小于30 mm這個(gè)問題絕大多數(shù)是由于凸臺(tái)偏位所致，只能鑿除凸臺(tái)重做。另一方面，為了控制軌道板兩端與凸臺(tái)間隙之差在5 mm內(nèi)，軌道板粗鋪時(shí)，在兩側(cè)凸臺(tái)放置寬30 mm的方木條引導(dǎo)軌道板落下就位，其不僅能夠控制兩端與凸臺(tái)間隙大致相同，還能節(jié)省精調(diào)時(shí)間、防止軌道板擺動(dòng)撞擊凸臺(tái)。

(2)軌道板鋪設(shè)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嚴(yán)格。另外，也有施工單位為了節(jié)省CA砂漿，刻意將底座板高程抬高5～8 mm，這不僅違反現(xiàn)行施工規(guī)范，而且當(dāng)前實(shí)際施工水平達(dá)不到此精度，因此鋪板前應(yīng)復(fù)測(cè)底座板高程、平整度等，無誤后交接給鋪板班組，但不管是測(cè)量放樣還是復(fù)測(cè)，均是以點(diǎn)帶面，平整度允許偏差也是10 mm/3 m，當(dāng)測(cè)量偏差、施工偏差、軌道板厚度偏差等累加后易導(dǎo)致板腔厚度不足40 mm。

(3)軌道板與凸臺(tái)破損、開裂，主要有3種原因：一是吊板時(shí)沒有在起吊套管處加橡膠墊片，起吊環(huán)與軌道板摩擦、擠壓致使軌道板起吊套管處破損；二是落板時(shí)未對(duì)凸臺(tái)加橡膠圈保護(hù)和用方木條引導(dǎo)，軌道板擺動(dòng)與凸臺(tái)碰撞出現(xiàn)破損；三是粗調(diào)和精調(diào)時(shí)，4個(gè)精調(diào)爪調(diào)整不同步而受力不勻，致使起吊套管處裂損。因而，作業(yè)人員應(yīng)加強(qiáng)成品保護(hù)意識(shí)，嚴(yán)格落實(shí)成品保護(hù)措施，避免野蠻操作。

(4)軌道板鋪設(shè)位置偏差超標(biāo)主要有5種原因：一是測(cè)量偏差引起，主要是設(shè)站存在偏差、惡劣氣候(高溫、大風(fēng)等)導(dǎo)致測(cè)量?jī)x器出現(xiàn)偏差、棱鏡放置不當(dāng)出現(xiàn)偏差，這需合理選擇作業(yè)時(shí)間，嚴(yán)格按測(cè)量規(guī)程操作和執(zhí)行換手復(fù)測(cè)制度來防范；二是精調(diào)后保護(hù)不當(dāng)，人員踩踏、機(jī)具碰撞引起偏差超標(biāo)，完全屬于人為因素，可分區(qū)設(shè)警示牌、精調(diào)完畢區(qū)域拉警示繩圍擋提醒注意保護(hù)，若出現(xiàn)人員踩踏和機(jī)具碰撞后必須復(fù)測(cè)；三是精調(diào)方法不合理，主要是精調(diào)測(cè)量未考慮灌注CA砂漿時(shí)軌道板的上浮量(常用“7”字形壓板裝置不能完全壓住軌道板)、曲線段軌道板側(cè)向位移、累加偏差等實(shí)際因素，根據(jù)軌道板四角設(shè)置百分表監(jiān)控灌注CA砂漿時(shí)的上浮量和灌注后復(fù)測(cè)結(jié)果綜合分析，精調(diào)時(shí)將軌道板高程在設(shè)計(jì)值基礎(chǔ)上調(diào)低約2 mm，可抵消軌道板上浮量，為防止曲線段軌道板側(cè)向位移，精調(diào)時(shí)曲線段外側(cè)只允許正誤差；相鄰軌道板承軌面相對(duì)橫向誤差和高差，精調(diào)允許偏差宜控制在0.3 mm內(nèi)，避免出現(xiàn)一個(gè)左側(cè)偏移一個(gè)右側(cè)偏移；四是壓緊裝置設(shè)置不當(dāng)，未扣緊，主要是壓緊安裝位置差別大，宜統(tǒng)一與底座板邊平齊，避免扣壓力不均勻，導(dǎo)致局部上浮量偏大；同時(shí)不同人擰緊壓緊裝置所施加的力不同，宜采用力矩扳手控制各壓緊裝置的扣壓力，使其保持一致；五是精調(diào)后長(zhǎng)時(shí)間未灌注CA砂漿，容易引起軌道板位置偏差，精調(diào)完成后12 h內(nèi)灌注效果最佳。

4 CA砂漿灌注

CA砂漿施工是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其質(zhì)量受原材料、機(jī)械設(shè)備、拌制工藝、氣候、灌注工藝等多種因素影響，極其敏感。其常見問題有：(1)原材料質(zhì)量不合格導(dǎo)致砂漿異常；(2)砂漿車計(jì)量不精準(zhǔn)導(dǎo)致砂漿異常；(3)拌制時(shí)攪拌速率、時(shí)間選擇不當(dāng)導(dǎo)致砂漿出現(xiàn)顆粒、結(jié)塊等；(4)灌注袋鋪設(shè)不平展有褶皺、灌注袋回縮導(dǎo)致軌道板懸空、軌道板兩側(cè)砂漿外露量差別大等；(5)灌注不飽滿，與軌道板有離縫；(6)灌注后軌道板上浮量不均勻；(7)曲線段軌道板灌注后側(cè)向位移超標(biāo)；(8)袋口砂漿未與灌注袋邊扎線平齊，存在鼓包、侵入等外觀缺陷。

與上述問題相對(duì)應(yīng)的原因分析與控制措施如下。

(1)控制進(jìn)場(chǎng)原材料質(zhì)量，不合格禁止進(jìn)場(chǎng)，嚴(yán)格把控原材料儲(chǔ)存、使用關(guān)，在保證原材儲(chǔ)存條件、周期滿足要求的情況下，遵循“先進(jìn)場(chǎng)先使用”的原則，避免合格原材因儲(chǔ)存、使用不當(dāng)變質(zhì)影響砂漿質(zhì)量。

(2)砂漿攪拌車計(jì)量系統(tǒng)是否精準(zhǔn)直接影響砂漿工作性能是否穩(wěn)定，為了保證砂漿質(zhì)量穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)砂漿攪拌車計(jì)量系統(tǒng)校核頻次。

(3)砂漿出現(xiàn)顆粒、結(jié)塊現(xiàn)象主要有兩個(gè)方面造成：一是干料受潮結(jié)塊或?yàn)r青乳液沉淀結(jié)塊；二是攪拌時(shí)間過短或轉(zhuǎn)速過低，未將干料充分?jǐn)嚿噭颉?yīng)做好干料倉(cāng)庫(kù)防潮措施和濕度監(jiān)控，防止干料受潮，按要求頻次攪拌瀝青乳液防止沉淀結(jié)塊，調(diào)整砂漿高速攪拌轉(zhuǎn)速、時(shí)長(zhǎng)，使干料充分?jǐn)嚿噭?，另外在灌注時(shí)設(shè)過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾，避免殘余顆粒灌入。

(4)灌注袋產(chǎn)生褶皺有三方面原因：一是灌注袋運(yùn)輸、存放不當(dāng)產(chǎn)生；二是鋪設(shè)時(shí)未完全鋪平展產(chǎn)生；三是灌注時(shí)灌注速率過快，灌注袋還未來得及被撐起來形成褶皺。為了避免產(chǎn)生褶皺，灌注袋應(yīng)平鋪存放；鋪設(shè)時(shí)將灌注袋四角四邊完全扯平，保證鋪設(shè)平展；灌注時(shí)嚴(yán)格控制灌注速率，遵循“慢、快、慢”的原則，防止灌注過快產(chǎn)生褶皺。

灌注袋回縮主要有兩種原因：一是灌注袋鋪設(shè)不對(duì)稱或鋪設(shè)好后有擾動(dòng)產(chǎn)生偏移；二是灌注砂漿時(shí)袋子四角未固定牢靠，灌注袋受砂漿自重回縮(在曲線段容易出現(xiàn))。灌注袋應(yīng)對(duì)稱鋪設(shè)平展后采用木楔固定牢靠，灌注時(shí)，袋子四角還應(yīng)人工輔助輕扯固定，砂漿快流到時(shí)再取出木楔。

CA砂漿灌注后軌道板兩側(cè)砂漿外露量差別大，有的一側(cè)多一側(cè)少，主要由于灌注袋四邊、四角不對(duì)稱。灌注袋鋪設(shè)時(shí)，測(cè)量袋邊扎線至軌道板的距離(圖3)，確認(rèn)四邊、四角灌注袋外露一致后，再用木楔固定。

圖3 灌注袋鋪設(shè)與定位

(5)砂漿層與軌道板底有離縫，由于砂漿灌注后鋁粉膨脹、內(nèi)部受壓會(huì)有水分滲出灌注袋(與袋子布料滲透性也有關(guān)系)，若此時(shí)砂漿稠度小，水分滲出量大于鋁粉膨脹量，則灌注袋邊角易塌陷，表現(xiàn)為四角或曲線段高側(cè)離縫，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫、運(yùn)距等，適當(dāng)減少用水量將砂漿流動(dòng)度靠上限控制的措施來預(yù)防離縫。

(6)CA砂漿灌注后軌道板的高程至關(guān)重要，直接影響鋪軌質(zhì)量。軌道板承軌面高程不均勻，除了前面扣壓裝置位置和精調(diào)控制措施外，砂漿灌注時(shí)進(jìn)漿口沖擊力大于出漿口，易導(dǎo)致進(jìn)漿口軌道板上浮量大，此處應(yīng)增加壓板裝置，另外，保持砂漿灌注漏斗內(nèi)液位大致一致、盡量勻速灌注，防止水頭壓力和沖擊力過大，引起軌道板不均勻上浮。

(7)為防止CA砂漿灌注時(shí)曲線段軌道板產(chǎn)生側(cè)向位移，軌道板精調(diào)時(shí)曲線外側(cè)橫向偏移只允許正誤差，并在精調(diào)完畢后用木楔將軌道板與凸臺(tái)固定(圖4)，防止軌道板向曲線內(nèi)側(cè)位移。

圖4 木楔固定軌道板

(8)袋口砂漿與灌注袋U形邊弧度不一致，有鼓包、侵入灌注袋邊線等現(xiàn)象。原因在于砂漿袋口夾具簡(jiǎn)陋，如：鋼筋棍等容易滑動(dòng)移位，采用一端活頁(yè)固定的鋼夾板、并沿灌注袋扎線邊緣夾住袋口砂漿，硬化后袋口砂漿弧度與灌注袋U形邊弧度基本一致，無鼓包、侵入灌注袋邊線等。不同夾具的封口效果見圖5、圖6。

圖5 鋼筋棍夾邊效果

圖6 鋼夾板夾邊效果

5 凸臺(tái)樹脂施工

凸臺(tái)樹脂施工常見問題如下：(1)凸臺(tái)與軌道板間填充樹脂厚度小于30 mm或大于50 mm；(2)灌注袋粘貼有褶皺；(3)樹脂灌注高度不足。

與上述問題相對(duì)應(yīng)的原因分析與控制措施如下。

(1)凸臺(tái)與軌道板間填充樹脂厚度小于30 mm或大于50 mm，主要由于凸臺(tái)偏位超標(biāo)，需要從凸臺(tái)施工環(huán)節(jié)控制，參見前面控制方法。施工前應(yīng)檢查凸臺(tái)與軌道板的間隙寬度，小于30 mm或大于50 mm的凸臺(tái)應(yīng)鑿除重做。

(2)灌注袋粘貼有褶皺會(huì)導(dǎo)致樹脂與軌道板、凸臺(tái)側(cè)邊不密貼，甚至脫粘，灌注袋應(yīng)粘貼平整，否則不得灌注。

(3)凸臺(tái)樹脂高度不足有兩種形式：一是凸臺(tái)樹脂底邊高于板底超過10 mm，原因在于CA砂漿灌注袋偏大，部分侵入軌道板與凸臺(tái)間隙下部，作業(yè)人員粘貼灌注袋時(shí)底部仍使用泡沫襯墊或未將襯墊壓至混凝土底座上，從而墊高凸臺(tái)樹脂底面；二是凸臺(tái)樹脂頂面低于軌道板板面超過10 mm，原因在于樹脂灌注數(shù)量不足。應(yīng)根據(jù)實(shí)際，使用泡沫聚乙烯襯墊、或裁剪襯墊并將襯墊壓實(shí)，使襯墊上表面與砂漿層上表面平齊，避免襯墊抬高凸臺(tái)樹脂底部；另外，應(yīng)根據(jù)板面高度控制樹脂灌注數(shù)量，保證其頂面高度合格。

6 結(jié)論

通過系統(tǒng)總結(jié)CRTSⅠ型板式無砟軌道先導(dǎo)段在底座與凸臺(tái)施工、軌道板鋪設(shè)、砂漿灌注和凸臺(tái)樹脂施工4個(gè)方面的控制要點(diǎn)，得到如下主要結(jié)論。

(1)通過換手復(fù)測(cè)、控制放樣精度、模板定位準(zhǔn)確牢固且拼裝不漏漿等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可提高底座凸臺(tái)混凝土施工精度，通過橡膠墊片/圈保護(hù)、方木條引導(dǎo)、精調(diào)爪同步受力等措施，可提高軌道板鋪設(shè)時(shí)成品質(zhì)量。

(2)壓板裝置不能完全限位軌道板，用百分表監(jiān)控軌道板上浮量確定CA砂漿灌注終點(diǎn)、在進(jìn)漿口處增加壓板裝置等措施，可有效減少CA砂漿施工對(duì)精調(diào)軌道板狀態(tài)的擾動(dòng)影響。

(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫、運(yùn)距等實(shí)際情況，通過調(diào)節(jié)外加用水量，將CA砂漿流動(dòng)度控制在上限附近，可預(yù)防或減少軌道板四角離縫和曲線段高側(cè)離縫。

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