郭 斌

自密實混凝土在路基岔區(qū)CRTSⅡ型板式無砟道岔中的應用研究

郭 斌

(中鐵十八局集團有限公司,天津 300222)

自密實混凝土在京滬高速鐵路路基岔區(qū)CRTSII型板式無砟道岔中大量應用,為驗證配合比、灌注工藝和效果,以京滬高速鐵路滄州西站施工實例,采取工藝性揭板試驗仿真模擬方法,達到進一步修正工藝參數(shù),保證正式工程施工質量的目的。工程的成功實施,為后續(xù)工程推廣應用提供借鑒參考。

高速鐵路;自密實混凝土;路基岔區(qū);板式無砟道岔

1 工程概況

京滬高速鐵路區(qū)間正線道岔區(qū)均按CRTSⅡ型板式無砟道岔設計,包括路基上和橋上兩部分,分18號單開道岔(左、右開)、18號單渡線道岔(左、右開)和42號單開道岔(左、右開)等6種形式道岔的道岔板。

京滬高速鐵路土建工程一標段滄州西站為填方路基,設計2條正線、4條到發(fā)線,正線全部采用CRTSⅡ型板式無砟軌道,正線間設計4組18號單開渡線道岔(1～4號),正線與站線間設計4組18號單開道岔(5、6、8、11號),渡線道岔由18塊道岔板組成,單開道岔由20塊道岔板組成。詳見圖1。

圖1 滄州西站道岔布置

路基上岔區(qū)CRTSⅡ型板式無砟道岔自上而下依次為:道岔部件、道岔板、底座、墊層,如圖2所示,其中:道岔板厚度為24 cm,C55鋼筋混凝土工廠預制,每塊大小不一;底座厚度18 cm,通長設置HRB335級鋼筋,縱橫向鋼筋采用塑料夾絕緣處理,C40自密實混凝土現(xiàn)場澆筑,露出道岔板部分需高出道岔板15mm,道岔板與底座間設置剪力筋;墊層采用C20素混凝土現(xiàn)場澆筑,橫向較底座寬30 cm,表面拉毛、切縫處理。

圖2 岔區(qū)板式無砟軌道結構橫斷面

2 工藝原理

自密實混凝土是具有高流動性、間隙通過性和抗離析性,澆筑時依靠其自重作用而無需振搗便能均勻密實成型的高性能混凝土。路基岔區(qū)板式無砟道岔底座設計為C40自密實混凝土,即:施工前進行嚴格的原材料選擇和充分室內試驗,以及大量的仿真模擬灌注試驗,以確定配合比和拌和物性能,支模、扣壓、灌注、養(yǎng)護等工藝參數(shù),待揭板試驗合格后,采取單側灌注方法,將拌制的混凝土逐一向由墊層、橫隔墻、側模、道岔板組成封閉、密筋、形狀各異、長寬較大(寬3～6.5 m、長2.83～5.9m)、摩阻較大(內有鋼筋、絕緣卡墊塊、上下板等)的單元空間(道岔板精調復測合格)內灌注,每單元必須一次灌注成型,直到灌完全部道岔范圍內的單元,然后養(yǎng)護,復測合格鋪設道岔。路基岔區(qū)18號和42號道岔因設計結構相同,道岔板尺寸區(qū)別不大,因此工藝原理相同。

3 工藝流程(圖3)

圖3 自密實混凝土灌注路基岔區(qū)板式無砟道岔底座工藝流程

4 主要工藝要點

4.1 施工準備

(1)準備模板、封邊和扣壓裝置,滑槽、漏斗,帶旋轉噴嘴的高壓水槍、鐵鍬、錘子,舀浮漿用的勺子、水桶等機具,養(yǎng)護設施(塑料薄膜和土工布)等,疏通自密實混凝土運輸?shù)缆贰?/p>

(2)理論配合比設計:根據(jù)自密實混凝土對原材料要求,組織進場并檢驗;配合比設計采用絕對體積法,選定配合比參數(shù)應滿足:膠凝材料用量不宜大于600 kg/m3;用水量不宜大于190 kg/m3;砂率宜在50%～55%;氯離子總含量不大于膠凝材料總量0.10%;總堿含量不大于3.0 kg/m3,且拌和物、硬化物性能指標滿足表1要求。

(3)工藝性揭板試驗:當原材料檢驗全部合格,配合比設計得到監(jiān)理認可后,即可進行工藝性灌注試驗,目的是模擬現(xiàn)場實際施工條件,驗證配合比、灌注工藝(模板安裝、扣壓、封邊、混凝土拌制、運輸、灌注、收面、養(yǎng)護等)及灌注效果,確保正式灌注一次成功。模擬板長度不小于5 m,寬度不小于2 m,按連續(xù)灌注2塊模擬板進行。揭板試驗流程:澆筑墊層→安裝墊塊→綁扎鋼筋→澆筑隔墻→安放模擬板(不精調)→安裝模板→扣壓、封邊→灌注→揭板,監(jiān)理全過程見證,2塊揭板結果一次符合表2要求,則判定工藝性揭板試驗合格。

當施工隊伍或配合比變化時,需重新進行揭板試驗。

(4)依據(jù)澆筑順序,提前計算出每塊道岔板對應底座所需的混凝土量(可按設計量+0.5 m3加高灌注量+0.2m3試驗用量+0.5m3澆筑損耗量計算),列成表格供拌和站、現(xiàn)場技術人員使用,以確定混凝土拌和站每次攪拌數(shù)量和罐車的運輸量。

表1 自密實混凝土性能指標

表2 揭板試驗合格標準

(5)用膠帶封貼接地螺栓孔和吊點螺栓孔,防止混凝土面高于螺栓孔時浮漿入孔不利于清理。

(6)高程調節(jié)螺桿擰出至與板底平齊,檢查板底套筒有無松動、破損,并擰緊或更換。

(7)檢查隔墻上預埋GRP點測釘保護套管、精調爪雙層塑料袋兜底包裹是否完好。

4.2 精調復測、調整

在每一塊道岔板均完成精調作業(yè)后,要進行一次整副道岔的完整復測,采用不等長三腳架,依據(jù)GRP點進行測量。主要復測各棱鏡孔的平面坐標和各承軌面的高程以及每一塊板之間的搭接是否平順,獲得實測值與理論值的偏差量,判斷是否達到鋪設精度要求。對不能滿足要求的板位重新進行精調。最終滿足:高程±0.3mm、橫向±0.3mm、縱向±0.3mm的偏差范圍的要求。

4.3 模板安裝與調試

(1)側模采用鋼?；蚰灸＝M裝成型,當?shù)啦戆鍖挘?.5m時,灌注口外側模板高出道岔板上表面20 cm,＞4.5m時,灌注口外側模板高出道岔板上表面40 cm;灌注口內側,即道岔板上表面邊緣也應進行模板支護,模板上緣高度高出灌注口外側模板上緣高度5 cm;灌注口對側模板高出道岔板底面5 cm,加高模板可以增大水平流動距離,避免污染道岔板;內外側模板夾海綿條密封,防止混凝土漿外流。

(2)模板與混凝土墊塊外側墊2 cm厚軟纖維墊,防止混凝土流動過程中沖擊精調爪墊塊和模板位移影響精調效果。

(3)為減少自密實混凝土大量漏漿,端模板應與道岔板密貼,不宜設置縫隙。

(4)模板安裝時禁止碰撞道岔板、精調裝置、墊塊等。

4.4 扣壓裝置安裝

為了確保自密實混凝土澆筑過程中道岔板不發(fā)生上浮、不縱橫向移動,在道岔板兩側及端部設置扣壓裝置。

側邊設置原則:板長6根軌枕及以下,左右側各設1個,設在板中間,7根軌枕及以上,左右側各設2個,間距＜3.7 m。端部設置原則:板寬＜3.45 m時,不設,板寬≥3.45 m時,前后各設1個,設在板中間。

采用高度可調鉸接式扣壓裝置,由DW15.1螺桿、螺母和型鋼(側邊橫向2根U50與豎向1根U100焊接,底部焊接1 cm厚鋼板。端部橫向1根U140底部焊接1 cm厚墊板)組成,螺桿的植筋深度應達到10 cm以上,抗拔力不小于30 kN。側邊及端部扣壓裝置示意如圖4所示。

圖4 側邊及端部扣壓裝置

4.5 橫向封邊

道岔板逐塊灌注,應在隔墻處,板端側封堵臨時擋板,上邊緣與道岔板齊平,內墊海綿,并設三角支撐,以保證灌注時不溢出。

4.6 自密實混凝土拌制

采用大型自動計量拌和站攪拌,原材料稱量最大允許偏差(質量計):膠凝材料(水泥、礦物摻和料等) ±1%,外加劑±1%,骨料±2%,拌和用水±1%;粗細骨料含水量每班檢測不低于2次,并按測試結果及時調整配合比。攪拌時,先投入細骨料、水泥和礦物摻和料,攪拌均勻后,再加入所需用水量和外加劑,待砂漿充分攪拌后再投入粗骨料,并繼續(xù)攪拌至均勻為止,總攪拌時間不少于120 s,也不超過180 s。

4.7 自密實混凝土運輸

采用混凝土罐車運輸,裝車數(shù)量要大于所灌注位置數(shù)量,且全部到達現(xiàn)場后,方可灌注;混凝土運輸和中轉時間必須控制在1～2 h。

4.8 自密實混凝土灌注

(1)將板底空腔垃圾、灰塵清理干凈,并用旋轉高壓噴槍對其預濕,積水用棉紗或海綿吸干。

(2)再次檢查鋼筋保護層厚、扣壓裝置緊固程度、模板密封情況、百分表或千分表是否到位,并及時調整到位。

(3)當罐車到達澆筑現(xiàn)場時,應使罐車高速旋轉2～3min方可卸料,卸料后先進行坍落擴展度、含氣量和入模溫度檢測,當坍落擴展度在650～700 mm,含氣量＜3.5%,拌和物溫度5～30℃時,且不離析泌水,方可開始灌注。

(4)采取單側單點灌注方式,采用“一”字形溜槽,溜槽放置在灌注側中間,若罐車可直達灌注口,滿足下料高度,可直接將混凝土卸入溜槽灌注;若不能直達,則將混凝土卸入中轉漏斗內,用吊車將漏斗混凝土倒入滑槽內灌注。但每塊道岔板下底座必須單獨灌注一次成型。溜槽寬度≥50 cm,長度≥1.5 m,變坡設計,上部50 cm與水平面成15°夾角,下部與水平面成30°夾角,變坡處設活動擋板,這樣既能控制混凝土的流量,增加混凝土的流動距離,又可消除部分存在其中的氣泡,改善灌注效果,且可避免混凝土離析。

(5)灌注過程中通過觀察孔和對側開槽部分及時觀察混凝土的流動速度、飽滿程度和各邊側混凝土灌注情況。灌注用中轉漏斗及變坡“一”字形溜槽如圖5所示。

(6)灌注速度控制在0.6～0.8m3/mim,每塊板的灌注時間控制在6～8 min,不超過10 min。待混凝土灌注全部超過道岔板下沿大于15mm時,停止灌注。

(7)灌注過程中,在監(jiān)理見證下,按要求取樣制作混凝土強度和耐久性試件。

4.9 修邊、抹面、找坡

(1)待混凝土漿體發(fā)稠,流動性變差時(一般灌注10min后),舀出灌注側較高混凝土和對側較低混凝土的多余自密實混凝土,混凝土表面距道岔板上沿約8 cm,以防止自密實混凝土的回流,造成自密實混凝土與道岔板的離縫。

(2)混凝土初凝后終凝前,進行收面抹光,同時在底座兩側做向外2%的橫向排水坡,道岔板開槽部分的底座需要做向外不小于1%的排水坡。在混凝土初凝前在排氣孔中插入S形鐵鉤,以確保灌注層和后澆混凝土更好地連接。

4.10 養(yǎng)護和拆模

(1)抹面后及時覆蓋土工布灑水養(yǎng)護,在精調爪處,可采用棉絮或紗線+澆水的養(yǎng)護方式。養(yǎng)護時間不少于14 d,且內外溫差不得大于15℃。

(2)當混凝土強度大于5 MPa時可以拆除模板及精調支架,拆除模板時應注意保護底座混凝土,嚴禁用撬棍在混凝土表面撬動,不得損傷混凝土表面及棱角。

4.11 道岔板復測

在道岔板底座灌注完成3 d后進行道岔板復測。利用CPⅢ點自由設站,測量道岔板上各定位棱鏡坐標及各承軌面坐標,準確提報平面及高程復測成果,根據(jù)測量成果評估道岔板鋪設精度,制定道岔組裝計劃,儲備精調所需的調整墊片。

4.12 拆除轉轍機連接鋼板

(1)在自密實混凝土初凝后,及時拆除道岔板轉轍機開槽處的連接鋼板,否則轉轍機開口處的鋼支撐會因為溫度升高產生的應力而增加拆除工作的難度。

(2)自密實混凝土澆筑后,道岔板調高螺桿在初凝前予以擰松,并擰出存放,否則調高螺桿在自密實混凝土達到足夠強度后就無法從道岔板中擰出,造成后期割除困難,也造成浪費。

4.13 板縫堵塞及觀察孔封堵

(1)道岔板間縫隙采用C30混凝土或C40自密實混凝土灌注,在道岔板側邊貼木板預留20 mm×8 mm橫向梯形壓縮縫2道(圖6),然后灌注板縫混凝土,待終凝后,拉出木板并修整,混凝土強度達到5 MPa 后灌注熱瀝青;橫接縫處道岔板側面鑿毛可取消,但要做好預濕和后期養(yǎng)護。

圖6 橫向梯形壓縮縫示意(單位:mm)

(2)觀察孔采用C30混凝土與“S”形鉤筋進行連接,在混凝土初凝前采用專用壓縫工具壓出與道岔板一致順接的“V”形槽,并及時進行灑水覆蓋養(yǎng)護。

4.14 轉轍機基礎施工

采用C40混凝土(也可采用自密實混凝土)完成道岔板轉轍機平臺施工,并進行灑水覆蓋養(yǎng)護。

5 質量控制

5.1 原材料要求

(1)細骨料:細度模數(shù)宜小于2.7;吸水率≤2%;含泥量≤2.0%、泥塊含量≤0.5%。

(2)粗骨料:最大公稱粒徑不宜大于16mm,針片狀含量≤5%;含泥量≤0.5%,泥塊含量≤0.2%;吸水率＜1%。

(3)減水劑:先消泡再引氣、含氣量適宜、保坍性良好。

(4)膨脹劑:減少混凝土后期收縮的外加劑,要求質量穩(wěn)定、均勻,性能指標滿足JC476要求。

(5)增稠劑和減縮劑:當自密實混凝土氣泡上浮、骨料包裹性能不好時,可選擇增稠劑;當自密實混凝土收縮較大時,可選擇減縮劑。

(6)嚴格按照技術要求,進行原材料、拌和物和硬化混凝土性能質量檢驗。

5.2 工藝要求

(1)岔區(qū)板式無砟軌道施工前,岔區(qū)及前后不少于150m的路基應作為一個整體進行沉降變形分析評估。

(2)整副道岔板一次精調,一次灌注,不能一塊板調試完成就灌注混凝土;對于渡線道岔還要考慮兩副道岔依次精調、連續(xù)灌注,尤其是對交叉相連處的3塊板要求必須同時澆筑,以保證兩副道岔相連處的位置及高程一致順接。

(3)自密實混凝土的灌注速度可能會影響自密實混凝土與道岔板結合面的質量,過快的灌注速度會造成道岔板下空氣來不及排除而積聚在軌道板下,從而形成大氣泡空洞,影響自密實混凝土與道岔板的粘結強度;灌注速度太慢則會延長施工時間,影響施工進度。灌注速度要控制在0.6～0.8m3/mim。

(4)舀漿時間控制尤為重要,舀漿過早會造成混凝土回流,造成自密實混凝土與道岔板之間離縫;舀漿過晚溢出造成污染,又可能造成道岔板上浮。通過試驗得出,舀漿時間應控制在混凝土初凝時,這樣既避免了舀漿對混凝土的擾動,又可在舀漿后及時組織抹平收面。

(5)夏季混凝土澆筑時,宜選在下午5:00到第二天9:00之間,此段時間內溫度較低,對混凝土配合比及性能影響最小,且夜間施工干擾較小,便于施工組織和協(xié)調。

(6)灌注前空腔四周預濕必須充分且不得有明水,避免造成貫穿孔、泌水質量問題。

(7)扣壓裝置必須按設計施作,避免因數(shù)量不足或安裝不牢,造成道岔板上浮、位移。

(8)模板密封不嚴也是造成離縫、空洞等質量問題原因,因此灌注前必須認真檢查處理。

(9)掌握好抹面的時間,確保找平和抹面不對混凝土表面、自密實混凝土與道岔板間產生影響。自密實混凝土初凝后,嚴禁擾動自密實混凝土。

6 結語

京滬高速鐵路土建一標段滄州西站設計8組CRTSⅡ型18號板式無砟道岔,共152塊道岔板。根據(jù)道岔板結構特點,2010年7月9日至22日,先后進行4次揭板試驗,試驗采用單塊長6.45 m,寬2.55m的標準Ⅱ型板替代道岔板實施,底部為拉毛混凝土基座,需灌注部分按設計綁扎鋼筋,每次連續(xù)灌注2塊板,均從一窄邊側單側灌注,自密實混凝土直線流動距離6.5 m,滿足實際單側灌注時最大流動距離要求。先后對配合比、工藝參數(shù)、工裝設備進行多次優(yōu)化。

(1)配合比方面:去掉引氣劑,按“先消后引”原則,將普通減水劑調整為聚羧酸鹽高效JD- 9型,每m3混凝土用量由17.7 kg減少至10.03 kg,含氣量由6%降到3.5%以內;摻加微量膨脹劑,以補償混凝土收縮;摻加增稠劑,即保證氣泡穩(wěn)定存在于結構中,又不上浮聚集到表面,實現(xiàn)對砂石的良好包裹;因正值夏季,膠凝材料用量由560 kg增到590 kg、砂率由50%增大到52%,改善拌和物流動性、粘聚性,拌和物出廠擴展度控制在700 mm附近,確保運到現(xiàn)場后擴展度不低于650 mm;對砂、石料等灑水降溫,確保出機拌和物溫度不高于30℃。最終選定表3、表4配合比,拌和物性能試驗結果見表5。

表3 自密實混凝土配合比選定結果

表4 每立方米混凝土用料kg

表5 混凝土拌和物性能試驗結果

(2)工藝、工裝方面:當灌注口側模板高出軌道板上表面300 mm,自密實混凝土擴展度為670 mm,采用“一”字形變坡滑槽灌注時,水平流動距離可以達到6.5m以上,灌注完一個單元需8～10mim。但灌注口對側有少量混凝土溢出,因此將對側模板由加高5 cm改為10 cm合適。

2010年7月23日經(jīng)揭板檢驗,自密實混凝土表面密實、平整,與板底接觸良好,充盈飽滿,無松軟發(fā)泡層、無泌水、無裂紋,斷面均勻,無露石、蜂窩、孔洞現(xiàn)象,僅存在個別面積大于60 cm2的氣泡,其面積之和分別占板底面積的1%、1.5%,經(jīng)建設、設計、監(jiān)理、施工單位四方評估合格,可以進行正式灌板。揭板情況見圖7。

圖7 揭板后自密實混凝土表面狀況

2010年7月28日開始道岔板自密實混凝土正式灌注,于2010年8月28日全部完工,每組道岔底座均一次灌注成型。模板拆除后,自密實混凝土表面密實、平整,無離析、露石、露筋、蜂窩、離縫、裂紋現(xiàn)象,滿足驗收合格標準,為后續(xù)道岔鋪設、線路開通奠定了堅實基礎(圖8)。

圖8 自密實混凝土灌注成型實景

京滬高鐵開通運營1年多來,道岔區(qū)運營狀況良好,實踐證明,自密實混凝土在道岔板中應用是成功的,其具有很廣闊的應用前景,是未來混凝土發(fā)展的方向之一。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2009]218號高速鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道施工質量驗收暫行標準[S].北京:中國鐵道出版社,2009.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2006]158號客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南[S].北京:中國鐵道出版社,2006.

[3] 中國工程建設標準化協(xié)會標準CECS203:2006自密實混凝土應用技術規(guī)程[S].北京:中國計劃出版社,2006.

[4] 中國鐵道科學研究院.京滬高速鐵路道岔板充填層自密實混凝土暫行技術要求[S].北京:中國鐵道科學研究院,2010.

[5] 京滬高速鐵路股份有限公司.京滬高速工[2010]43號關于對《京滬高速鐵路道岔板充填層自密實混凝土暫行技術要求》修訂說明的通知[Z].北京:京滬高速鐵路股份有限公司,2010.

[6] 鐵道部科學技術司.科技基[2008]173號客運專線鐵路岔區(qū)板式無砟軌道混凝土道岔板暫行技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2008.

[7] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.京滬高速鐵路岔區(qū)板式無砟軌道設計-技術交底資料[Z].天津:鐵道第三勘測設計院集團有限公司,2010.

[8] 京滬高速鐵路股份有限公司.京滬高速安[2010]69號關于印發(fā)《京滬高速鐵路道岔板充填層自密實混凝土現(xiàn)場工藝性試驗管理實施細則(試行)》的通知[Z].北京:京滬高速鐵路股份有限公司,2010.

[9] 劉向東,李書強.高速鐵路路基上岔區(qū)板式無砟軌道基礎施工技術[J].鐵道標準設計,2012(4):44- 46,50.

[10]何新路.武廣客運專線18號高速板式道岔板鋪設施工技術[J].鐵道標準設計,2009(7):17- 19.

[11]齊春雨.CRTSⅡ型板式無砟道岔板下自流平混凝土填充質量影響分析[J].鐵道標準設計,2011(3):12- 14.

[12]敬永峰,張先軍.哈大鐵路客運專線42號無砟高速道岔鋪設質量控制[J].鐵道標準設計,2012(5):90- 93.

App lication Research on Self-com pacting Concrete in Turnout Area in Subgrade of CRTS-IISlab Ballastless Track

GUO Bin
(China Railway 18th Bureau Group Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China)

Self-compacting concrete was widely used in turnout areas of subgrade of CRTS-II slab ballastless track on Beijing-Shanghai High-speed Railway.In order to verify themix proportion,pouring process and their effect,the Cangzhou West Railway Station on Beijing-Shanghai High-speed Railway was taken as a construction example.Slab exposing test and analogue simulation were carried out so as to get a bettermodification on process parameters,and to ensure project construction quality.The successful implementation of this project can serve as reference for follow-up projects.

high-speed railway;self-compacting concrete;turnout area in subgrade;slab ballastless track

U238;U213.2+44

B

1004- 2954(2013)07- 0042- 06

2013- 01- 11;

2013- 01- 17

郭 斌(1973—),男,高級工程師,E-mail:gbmjy@126.com。