黃傳岳

(中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司，上海 200071)

路基段CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道由鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿、支承層等組成[1]，其中支承層是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層之一，起到支撐和傳遞荷載的作用[2]。運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，受溫度等因素影響，部分地點(diǎn)支承層存在30°～45°斜裂傷損，導(dǎo)致軌面幾何尺寸發(fā)生變化，影響線路的平順性[3]，對(duì)行車(chē)安全造成隱患。

1 支承層斜裂傷損特征與原因分析

1.1 傷損特征

對(duì)多個(gè)病害處所進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道支承層斜裂傷損存在3個(gè)共性特征：①支承層傷損裂紋呈30°～45°斜向上發(fā)展，長(zhǎng)約2 m；②層間離縫明顯，表現(xiàn)在CA砂漿調(diào)整層與軌道板間、CA砂漿調(diào)整層與支承層間；③軌道幾何尺寸超限明顯，尤其是高低不平順，最大達(dá)5～7 mm/10 m。

1.2 原因分析

支承層斜裂傷損產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，往往是多因素綜合作用的結(jié)果。支承層斜裂傷損均發(fā)生在夏季高溫天氣，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)支承層斜裂傷損處錯(cuò)動(dòng)痕跡明顯，由此可見(jiàn)夏季升溫膨脹是傷損發(fā)生的決定性因素。除此之外，支承層與基礎(chǔ)界面承受剪力也可能導(dǎo)致支承層斜裂傷損[4]。另外，支承層混凝土設(shè)計(jì)為連續(xù)澆筑C15素混凝土，但現(xiàn)場(chǎng)混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度提高明顯，在高溫季節(jié)時(shí)內(nèi)部溫度力增大[5-6]；澆筑過(guò)程中素混凝土質(zhì)量不均勻，局部存在粗骨料堆積或存在斜澆筑面[7]，均有可能導(dǎo)致支承層受壓產(chǎn)生斜裂傷損。

2 支承層傷損修復(fù)施工流程

2.1 整治思路及施工流程

為了不影響正常運(yùn)營(yíng)，采用設(shè)置臨時(shí)鋼墊梁過(guò)渡的支承層修復(fù)方案，主要步驟為：切割鋼軌，吊裝移除軌道板，設(shè)置臨時(shí)過(guò)渡鋼墊梁，鑿除傷損部位支承層并重新灌注混凝土，軌道板復(fù)位精調(diào)，灌注砂漿，插入短軌并焊接，鋼軌精調(diào)并恢復(fù)線路。施工流程如圖1所示。

圖1 施工流程

2.2 施工關(guān)鍵工序

施工中以不中斷行車(chē)、確保行車(chē)安全為原則，其中軌道板植筋錨固、安裝扣壓裝置、架設(shè)鋼墊梁等為影響行車(chē)安全的關(guān)鍵工序。

2.2.1 軌道板植筋

軌道板在極端高溫下，縱向上集聚了縱向溫度力FT。為了確保軌道板接縫打開(kāi)過(guò)程中，相鄰軌道板縱向不發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，需對(duì)施工影響范圍內(nèi)軌道板進(jìn)行植筋錨固。軌道板溫度與鎖定溫度之差為溫度變化值ΔT。ΔT每升溫1 ℃，F(xiàn)T增加165 kN；軌道板實(shí)測(cè)晝夜溫差一般不大于20 ℃，為確保安全，假設(shè)ΔT=25 ℃，則FT=4 125 kN。植筋群錨承載力應(yīng)不小于 4 125 kN。

圖2為軌道板植筋錨固示意。通過(guò)單根剪力銷(xiāo)承載力試驗(yàn)可知，單根剪力銷(xiāo)平均抗剪承載力為115 kN。據(jù)此確定兩端錨固區(qū)(1#～3#,6#～8#)植筋數(shù)量各為36根；支承層傷損修復(fù)完成后，為確保揭開(kāi)時(shí)軌道板穩(wěn)定性，按10根分布加強(qiáng)錨固連接(4#～5#)。

圖2 軌道板植筋錨固示意

施工順序?yàn)椋合葘?duì)兩側(cè)錨固區(qū)各3塊軌道板植筋，即1#～3#和6#～8#軌道板各植筋12根，然后對(duì)4#～5#軌道板各植筋10根，共計(jì)92根。

為避免軌道板受力鋼筋破壞，需明確植筋具體位置。軌道板植筋位置如圖3所示。

圖3 軌道板植筋位置(單位：mm)

2.2.2 安裝扣壓裝置

寬接縫混凝土鑿除并拆除張拉鎖件后，為保證軌道板的穩(wěn)定及防止后續(xù)灌注砂漿時(shí)軌道板上浮及橫向偏移，需在軌道板兩側(cè)安裝扣壓裝置。

圖4 扣壓裝置

研發(fā)的扣壓裝置由錨桿、L形鋼架及翼形螺母組成，如圖4所示。扣壓裝置對(duì)稱(chēng)安裝于軌道板兩側(cè)，每塊板6個(gè)?？蹓何恢镁嗟鬃鶄?cè)邊緣15 cm。扣壓裝置安裝位置如圖5所示。錨桿通過(guò)鉆孔植筋埋入，錨桿錨固深度為160 mm，植筋膠錨固，砂漿灌注完成并硬化后拆除扣壓裝置。

圖5 扣壓裝置安裝位置

2.2.3 鋼墊梁設(shè)置

由于高速鐵路天窗時(shí)間有限，支承層傷損修復(fù)工序較多，不能在1個(gè)天窗時(shí)間內(nèi)完成，因此方案采用由縱橫梁組成的鋼墊梁代替已經(jīng)移出的軌道板，以保障維修期間高速鐵路的日常運(yùn)營(yíng)。待支承層鑿除并重新澆筑且具備承載能力后，再拆除鋼墊梁，恢復(fù)原有軌道結(jié)構(gòu)。

縱梁采用Q345鋼，工字形截面，梁長(zhǎng)5.0 m，高250 mm，腹板厚16 mm，翼緣板寬400 mm，厚20 mm。鋼縱梁腹板處每隔0.5 m設(shè)置1道加勁板，在支點(diǎn)處對(duì)加勁板進(jìn)行加密，加勁板與鋼縱梁采用滿焊連接。鋼縱梁間每隔0.5 m采用槽形鋼橫向連接，縱梁與橫梁通過(guò)加勁板和高強(qiáng)螺栓連接。2片縱梁分別位于2條鋼軌正下方，軌道每間隔50 cm設(shè)置1道鋼軌扣件，將鋼軌與縱梁進(jìn)行鎖定。鋼軌與縱梁間設(shè)置絕緣墊塊。縱梁兩端支撐在板式橡膠支座上，橫向設(shè)置角鋼限位裝置，限制縱梁橫移。圖6為鋼墊梁平面設(shè)計(jì)圖，圖7為鋼墊梁橫斷面布置。

圖6 鋼墊梁平面設(shè)計(jì)圖(單位：mm)

圖7 鋼墊梁橫斷面布置(單位：mm)

2.2.4 軌道板吊裝

軌道板的吊裝與復(fù)位是制約施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素。采用千斤頂抬升3#,4#軌道板，實(shí)現(xiàn)軌道板與砂漿層剝離，再將軌道板抬升至一定高度后放置板底支撐方木，然后通過(guò)軌道吊將軌道板吊裝至軌道車(chē)上運(yùn)走。

3 新材料的應(yīng)用

3.1 充填層快硬聚合物水泥砂漿

采用研發(fā)的PMC-Ⅱ型聚合物水泥砂漿替代CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿，具有施工時(shí)間可調(diào)、強(qiáng)度發(fā)展可控等特點(diǎn)，能夠滿足CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)快速修復(fù)的要求。

3.2 快硬聚合物混凝土

采用研制的聚合物混凝土修補(bǔ)材料，通過(guò)聚合物改性、粒度匹配優(yōu)化、組分設(shè)計(jì)等技術(shù)途徑對(duì)寬接縫、支承層進(jìn)行修補(bǔ)。具有施工時(shí)間可調(diào)、強(qiáng)度發(fā)展可控等特點(diǎn)，能夠滿足天窗時(shí)間內(nèi)修補(bǔ)及天窗時(shí)間后列車(chē)通行的要求。

3.3 封閉層有機(jī)硅嵌縫材料

高速鐵路嵌縫材料是由硅酮、多種助劑以及少量無(wú)機(jī)填料復(fù)合而成的高耐候性嵌縫材料。該材料能夠承受接縫處溫度變形，并能夠抵抗腐蝕介質(zhì)的腐蝕作用，達(dá)到氣密性、水密性等耐久性防護(hù)的目的。

4 結(jié)論

1)導(dǎo)致支承層斜裂傷損的主要因素是升溫膨脹，加強(qiáng)高溫時(shí)段縱連式無(wú)砟道床的檢查是確保線路安全的主要措施之一。

2)采用天窗點(diǎn)內(nèi)架設(shè)過(guò)渡鋼墊梁，鑿除支承層傷損部位并重新澆筑的整治技術(shù)方案，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證切實(shí)可行。

3)結(jié)合快硬早強(qiáng)聚合物材料的研發(fā)，完善了CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道支承層修復(fù)技術(shù)與修復(fù)方案。

4)該施工技術(shù)需要切割鋼軌，重新灌注CA砂漿，為保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，建議探索不切割鋼軌，在傷損支承層部位架設(shè)橫向墊梁、澆筑混凝土的施工方法。