CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层施工技术

赵同生，陈康荣

(中国水电集团 京沪高速铁路土建工程三标项目经理部，山东 泰安 271000)

1 工程概述

水泥乳化沥青砂浆充填于CRTSⅡ型轨道板和底座板(水硬性支承层)之间，起到填充、支撑、承力和传力的作用，可为轨道提供一定的刚度和弹韧性，并在承受列车冲击时起到一定的减振作用。水泥乳化沥青砂浆充填层施工质量的好坏，直接影响到列车运行品质、轨道结构耐久性和运营维护成本，是无砟轨道施工的关键工序。

水泥乳化沥青砂浆由乳化沥青、水泥、细骨料、水和减水剂经特定工艺搅拌而成。水泥乳化沥青砂浆作为一种新材料，其施工工艺、应用经验均有待进一步摸索。因此，本文拟对水泥乳化沥青原材料、施工准备、板腔封边、砂浆搅拌、灌注及养护工艺等方面进行探讨，分析这些因素对其施工质量的影响，总结施工技术控制要点，为保证水泥乳化沥青充填层施工质量提供参考。

2 原材料

水泥乳化沥青砂浆是一种专用混合材料，其性能受各组分原材料性能及用量直接影响，因此所采用的乳化沥青、干料、水、减水剂、消泡剂等原材料的性能都必须符合规范要求，并且要考虑不同施工区域施工环境温度条件变化影响，通过试验合理选定配合比。

2.1 原材料的类别及选用

2.1.1 乳化沥青

乳化沥青是沥青或改性沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经机械剪切作用制得的均匀分散体，是水泥乳化沥青砂浆中最关键的一种材料，水泥乳化沥青砂浆出现各种不利的情况，一般都与乳化沥青有很大的关系。

乳化沥青通过砂浆沥青破乳和基材进行物理粘接结合，属于填充砂浆空隙材料，它在砂浆中主要起到以下三个作用［1］:一是能够有效地降低砂浆的弹性模量，二是加大了砂浆的抗疲劳能力，三是调节水泥乳化沥青砂浆的施工状态。其在水泥乳化沥青砂浆中不参加反应，只起到一个物理粘结作用，乳化沥青性能不好，不管怎样调整其它材料的性质，也不能有效地解决其对水泥乳化沥青砂浆工作性的影响，因此，乳化沥青质量控制是最关键的一项内容。

2.1.2 干料

干料是由水泥、细骨料、减水剂等按一定比例经机械搅拌制成的均匀干粉，干料的扩展度、膨胀量等物理性能对水泥乳化沥青砂浆的工作性将产生影响。

水泥占干料40%左右，是水泥乳化沥青砂浆的主要胶凝材料，也是决定水泥乳化沥青砂浆强度的关键材料，其品种和比例的选定将大大影响水泥乳化沥青砂浆的工作性和强度。根据设计要求水泥乳化沥青砂浆采用硅酸盐水泥。

细骨料颗粒外观形状、表面粗糙度、颗粒结构以及需水量都将对水泥乳化沥青砂浆流动性、均匀性、强度和耐久性等工作性产生影响。施工中要求，细骨料采用需水量小的河砂或机制砂，最大粒径＜1.18 mm，且颗粒结构中，≤0.15 mm的颗粒占质量的40% ～50%［2］。

2.1.3 减水剂

减水剂是水泥乳化沥青砂浆的重要组成成分，其决定着整个水泥乳化沥青砂浆的状态和性能，是不可或缺的一部分。减水剂要能保证砂浆在一定时间内保持扩展度的稳定性能，针对不同的原材料要有一定的适应性，同时，能保证水泥乳化沥青砂浆的初始状态和30 min的状态不出现较大的变化，但也不得过于缓凝而造成水泥乳化沥青砂浆出现较长时间不能凝结。减水剂的减水率太高不利于实际施工时现场新拌砂浆状态的调整，对计量精度要求会更高;减水率太小，会增加用量，要求设备的减水剂容积更大(由于目前开发的移动式砂浆搅拌车减水剂容积有限，掺量太大会受到制约)［1］。

水泥乳化沥青砂浆的减水率要使用减水率高(一般情况下，减水剂的减水率要达到25%以上，但不宜太高，以不超过35%为宜)、扩展度损失小、质量稳定的产品。产品要通过配方的试拌对温度进行适应性检验，以验证其效果和掺量，一般选用聚羧酸类减水剂为宜。除不得引气外，其他指标均应满足相关技术条件要求。另外减水剂的用量要控制合理，满足现场减水剂的调整和移动式搅拌车的容积要求。

2.1.4 水

水泥乳化沥青砂浆拌合用水的水质不一样，水中矿物离子含量、pH值不同，可能引起乳化沥青的过早破乳，对水泥乳化沥青砂浆的反应产生不利的影响。水泥乳化沥青砂浆拌制时应注意保持使用水的稳定性，要求使用水源能达到饮用水的标准，并经过室内试验和砂浆车试拌试验，确定水与水泥乳化沥青砂浆中的组成成分的相容性。

2.1.5 消泡剂

水泥乳化沥青砂浆在搅拌过程中会混入空气产生的各种气泡，添加消泡剂能降低含气量，满足砂浆含气量＜10%的标准要求。但是，消泡剂又会损失砂浆颗粒表面张力，降低砂浆的黏滞性，增加流动度。施工中宜采用有机硅类消泡剂，并要控制好添加量。

2.2 原材料的储存、管理及使用

原材料进场后，应对原材料的品种、数量以及质量证明书等进行核查验收，并按要求进行取样复验，检验不合格的材料清场处理。同时，及时建立材料管理台账。

原材料按照品种、生产厂家分别储存，不得混装、混堆，并且要遮光储存，避免阳光直射。原材料在储存和使用过程中，其温度应严格控制在界限温度范围内。乳化沥青和干料作为水泥乳化沥青砂浆中比重最大的两大成分，它们的温度决定了水泥乳化沥青砂浆的成品温度，乳化沥青、干料的进场、贮存、使用温度宜控制在5℃ ～30℃;未作明确要求的，材料的适宜储存和使用温度以保证砂浆的温度要求为前提。当环境温度低于5℃时，应对原材料采取必要的保温措施［3］。

乳化沥青现场储罐的容量宜为现场施工3 d的用量以上，并结合乳化沥青的运输情况决定。现场大规模施工时，应沿线建立原材料供应站，一般每10 km设一处。

3 工艺性试验

工艺性试验是正线水泥乳化沥青砂浆灌注前的一项关键工作，主要是线下通过模拟正线施工条件进行灌板及揭板检查，评估灌板工艺施工效果，为正线施工积累经验。工艺性试验重点检验水泥乳化沥青砂浆施工配合比选定的合理性，检测各种原材料的相容性，确定各种原材料的用量。另外，通过工艺性试验，能进一步检验施工工序的合理性，使施工工艺流程熟练化，提高施工人员配合默契度，并为施工设备、人员等施工资源组织提供参考，对正线施工起到积极的推进作用。

4 灌注前准备

4.1 轨道板精调

轨道板精调主要是调整轨道板的空间位置，是水泥乳化沥青砂浆充填层施工的基础。轨道板精调后轨道板与底座板(支承层)间空腔的高度即为水泥乳化沥青砂浆充填层的厚度，水泥乳化沥青砂浆充填层作为重要减振层，必须保证一定的弹性模量。同时，如果充填层的体积不同，提供的弹性应变不一致也会影响整体的减振效果。水泥乳化沥青砂浆充填层设计标准厚度为3 cm，要求轨道板精调完成后控制可调整范围为2～4 cm，轨道板精调时必须根据底座板(支承层)顶面高程及设计轨面高程反推空腔高度，保证空腔高度，以保证水泥乳化沥青砂浆充填层能很好起到弹性层的作用，并减少后期揭板处理成本。若经计算精调后满足不了要求，须提前对底座板(支承层)进行处理。

4.2 板腔润湿

水泥乳化沥青砂浆灌浆时要求底座板(支承层)和轨道板底面必须是潮湿的，湿润标准为做到表面潮湿不反光。底座板(支承层)均为混凝土结构，吸水率较高，特别是温度较高时，水分吸收较快，因此，在灌注水泥乳化沥青砂浆前须对接触基面进行预先潮湿。

灌板前对接触基面进行充分的预湿是灌浆作业前一项关键工序，水泥乳化沥青砂浆灌注时，基面的润湿程度将对水泥乳化沥青砂浆灌注效果产生多方面的影响。若未进行基面润湿，灌板时，干燥混凝土表面会把水泥乳化沥青砂浆中的自由水吸附到混凝土空隙中，并置换出空气，使砂浆内部产生表面气泡或贯穿气泡，不能保证和轨道板的充分粘结，并且水泥乳化沥青的流动度也会受影响。基面预湿后要避免水滞留或在坑凹处积聚，若积水未清干，灌板时多余的积水会驱赶到轨道板端头，由于无法完全排出，最后滞留在砂浆表面，导致乳化沥青析出，破乳后表现为砂浆表面有黑色沥青析出，造成表面颜色不正，色差较大。

封边前，板腔预湿可通过高压水枪直接进行冲洗润湿，并在封边前将剩余积水采用潮湿的棉纱或土工布等吸水材料来回擦拭吸干;封边后，板腔预湿采用安装在高压水枪上的专用旋转喷嘴进行雾化预湿，尽量避免润湿后板腔内余留明水。预湿程度、预湿时间等控制，需根据底座板(支承层)表面的吸水性，并考虑环境温度等不同的气候条件的影响，由灌浆作业人员根据具体的情况确定。天气干燥时，灌板前应增加预湿的次数，并尽可能缩短封边及灌板之间时间间隔。环境温度＞25℃时，从预湿到砂浆灌注之间的时间段内所有的灌浆孔都要盖上，保持板腔的润湿度。

另外，通过在接触基面采用涂刷界面剂的方式可以替代预湿，降低板腔润湿控制难度，但涂刷界面剂方式成本相对较高，特殊情况下可以采用。

4.3 封边

水泥乳化沥青砂浆灌注时为避免砂浆从轨道板侧面溢出，必须将板腔四周进行封闭，并根据试验经验设置一定数量的排气孔。封边前要求必须将板腔清理干净并保持一定的润湿度。

由工艺试验到线上，灌板施工过程中纵向封边大致采用了砂浆封边及角钢+封边带封边两种形式。砂浆封边操作简易，但是砂浆容易侵入轨道板底部，且封边后需要等待砂浆达到一定强度才能进行灌板;另外，采用砂浆封边，灌板时由于砂浆吸收水泥乳化沥青砂浆的水分，砂浆灌注后轨道板边缘部位较容易产生气泡或离缝。角钢+封边带封边优点是封边后立即可以灌板，拆边后砂浆的外观质量好，并且封边材料可以周转使用，但是封边夹紧难度大，底座板不平整时容易漏浆，且材料倒运量大。实际施工过程中，考虑工期及质量控制，大部分采用角钢+封边带封边形式，通过改变封边夹紧方式不断地改进和完善纵向封边工艺，尽可能减少漏浆，并通过有效物流组织，尽可能降低材料周转时间及成本。

横向封边是砂浆垫层的一部分，不但要考虑封边操作的难易性，更重要的是保证封边材料的质量。通常采用两种封边方法。第一种方法是采用同设计的水泥乳化沥青砂浆相同配方的材料拌合，然后放置，待砂浆稠度达到可塑状态时，进行封堵。但这种方法施工很不方便，因为拌合好的水泥乳化沥青砂浆要等待较长的时间，且要随时观测稠度，掌握封边的时机。砂浆过稀，无法实施作业;砂浆过稠，封边后会产生漏浆，同时通过放置过稠的砂浆再进行封边，强度会下降［1］。第二种方法是采用同水泥乳化沥青砂浆相同力学、耐久性能的水泥砂浆进行封边，此种方法简单易施工，但要注意两点:第一点是水泥砂浆必须同水泥乳化沥青砂浆有相同性能，第二点是砂浆稠度要掌握好且要拌合均匀，施工时要用小木条进行捣实，避免砂浆松散地填充，确保水泥砂浆的性能。

4.4 压紧装置安装

为避免在砂浆灌注时轨道板产生浮动，在轨道板端部及侧面安装压紧装置，以防止轨道板移动。每块板安装8个压紧装置，每条侧边各3个，横缝处2个。

压紧装置锚固螺杆通过在底座板/支承层上钻孔注胶锚固，锚固螺杆采用不小于φ16 mm的精轧螺纹钢筋;锚杆锚入深度为:当超高≤45 mm时为15 cm，当超高＞45 mm时为20 cm。另外，施工之前必须做拉拔试验，保证锚杆最小能够承受30 kN的拉力。灌浆后水泥乳化沥青砂浆强度达到1 MPa或12 h(夏季)后可以拆除压紧装置。

5 砂浆搅拌、运输及灌注

5.1 砂浆搅拌

搅拌工艺是水泥乳化沥青砂浆性能控制的关键工序，水泥乳化沥青砂浆搅拌过程中投料顺序、搅拌速度、搅拌时间等方面控制都将直接影响水泥乳化沥青砂浆的最终性能。水泥乳化沥青砂浆搅拌应严格按照工艺参数进行，基本的加料顺序为:水(开动机器低速搅拌)→乳化沥青→减水剂→消泡剂→均匀地加入干料(干料混合了水泥、砂子、铝粉等)。详细控制方法为:先加入液料(水、乳化沥青、减水剂、消泡剂)，在20～30 r/min的速度下搅拌15 s(推荐25 r/min)，然后加入干料，加入干料时搅拌速度为110～130 r/min(推荐120 r/min及以上)，加完干料后搅拌120 s;然后在60 r/min的速度下搅拌30 s，最后，以20～30 r/min的速度搅拌60～90 s，搅拌过程结束。

5.2 砂浆运输

水泥乳化沥青砂浆采用移动式水泥乳化沥青砂浆搅拌车现场拌制，移动砂浆车材料储存量满足拌制6～7 m3水泥乳化沥青砂浆的要求，可灌注约8～10块轨道板，移动砂浆车配有一个体积0.7 m3左右的砂浆成品储料斗，确保砂浆容量大于每块板的灌入量，成品储料斗设有可低速旋转的搅拌叶片，并带有灌浆软管及其接口。

施工条件允许的情况下，移动式水泥乳化沥青砂浆搅拌车可直接进行灌板作业;长大桥、高边坡路基，无法直接进行砂浆灌注的部位，采用吊运、中转成品料进行灌板作业。长大桥利用吊装设备吊运中转砂浆灌进行灌注作业，分为桥上吊运和桥下吊运两种方式，分别是:①利用特种吊装设备，砂浆在桥下拌制好并装入中转罐，吊装设备在桥上进行吊送。吊装设备可在桥上行走，吊送到灌板点进行灌板作业。②利用吊车在桥下提升砂浆中转罐运送砂浆至灌板点。采取桥下吊运时要选好吊车停车点，确保在最大吊运半径内多灌板，减少吊车的移位。高边坡路基段无法直接灌注时，灌板作业采用汽车运输成品砂浆灌板法，移动砂浆车停靠在便于汽车行走的稳定位置进行拌合砂浆，然后将成品砂浆转到中转罐中，汽车运输中转罐到灌板地点进行作业。采用汽车运输成品砂浆灌板法需要解决的问题是汽车行走路线和调头。

移动式砂浆车直接灌板法方法简单易行，是理想的灌板作业方式，砂浆的拌合物性能有保障，减少了向中转罐倒料带来的气泡，不会因为成品砂浆的周转影响砂浆的和易性指标，只要条件可行建议采用此方法。

5.3 砂浆灌注

轨道板精调、封边及压紧装置安装完成后，再次对板腔润湿度进行检查，确定润湿度满足要求后做好灌板准备，在砂浆灌注地点，将灌注软管与砂浆中间储存罐 (或灌浆斗)进行连接，灌注软管的两端各装有截断装置，一般通过轨道板三个灌浆孔的中间孔进行，开启出料调节阀(设于储存罐出料口)，进行灌浆施工。

灌浆过程中，应对侧面封边砂浆的8个排气孔进行观测，所有排气孔冒出沥青水泥砂浆并确认气泡完全排出后，即用软木塞或泡沫材料封闭排气孔，同时观察灌浆孔内砂浆表面高度的变化情况，应确保砂浆面至少达到轨道板的底边砂浆高出板底最高处砂浆10 cm后且不能回落时，灌浆结束。

1)灌板作业要求一次灌注完成，按照水泥乳化沥青砂浆充填层设计尺寸计算，灌注每块板需水泥乳化沥青砂浆量约为0.6 m3，而移动砂浆车成品储料斗约0.7 m3，正常情况下能满足轨道板一次灌注作业要求。但实际灌注作业中，可能会因为板腔超厚或漏浆等原因造成砂浆不能一次灌注完成，需要进行二次灌注。二次灌注将容易引起砂浆分层。

2)灌注落差:落差不需过高，应以砂浆能够平稳流畅地注入板下为宜，而不是冲流而下。出浆口灌注管道几乎平行于轨道板平面。灌浆导管需要有足够的高度，特别是在超高地段，要求灌浆导管的高度应在45 cm左右。灌浆导管下口应为锥形，以保证导管和灌注孔密封。

3)灌注速度及时间:通过中转斗处蝶阀和灌注头处的蝶阀共同控制灌注速度，控制灌注速度以灌一块板不超过4 min 30 s为宜。

4)灌注节奏:灌注节奏是控制板端充分排尽大气泡的关键，按“慢 -快 -慢”的总体节奏控制。首先，打开中转斗处蝶阀(阀门总量的70%、此时灌注头处蝶阀是关闭或微微打开)，砂浆从中转斗口流出来排尽管道空气(此时可听到排气的声音)，待管道充盈砂浆后，缓缓打开灌注头处阀门，砂浆缓缓流入板腔，约8 s后，砂浆淹没了灌注口轨道板底，然后逐渐开大灌注头处阀门以加快注浆速度，并确保砂浆平稳地沿PVC管壁流至板腔，当加至合适速度后保持该速度匀速灌注(该速度随板腔高度会有所差别，但以砂浆能够在1 min 20 s至1 min 40 s到达观察口处控制)，当观察口看到砂浆后继续保持该速度(注意保持该速度不等于不需控制阀门，因为随着灌注的进行随时调节阀门大小，若不调节灌注头阀门开关，灌注速度会越来越小)，直至观察口处砂浆接触轨道板底，此时，开始慢慢地减缓灌注速度(不要“急刹车”，缓缓进行，且最终速度减至匀速速度的1/3～1/2，减速过程可在15 s左右完成;不要减到灌注的砂浆成了手指粗的细流，不能为了灌注4 min而灌注，即使3 min灌完，也没有太大关系，只要控制好灌注节奏)，待砂浆从排气孔流出并即将充满排气孔外围堰时，报告并迅速彻底封堵排气孔，待所有排气孔全部封堵后，立刻关紧阀门，停止灌注，并马上将灌注头从灌注口取出。

6 工艺控制要点

1)原材料:拌制水泥乳化沥青砂浆所用的原材料都应检测合格，且不能超过储存期限。现场可以用肉眼进行观察，如干粉料有无受潮迹象、结块等。

2)工艺性试验:水泥乳化沥青砂浆灌注工艺性试验施工条件要尽可能与线上施工相符，严格按照方案操作，试验完成后及时形成总结报告，对不合理工艺进行调整，保证工艺性试验成果的可参考性。

3)轨道板精调:轨道板精调精度要求高，测量调整过程中必须由专人统一指挥，同步操作所有4个位置的精调爪，避免反复操作。轨道板精调后要严格确保板腔厚度满足2～4 cm。

4)板腔润湿:灌板前，必须检查板腔的湿润程度，只有在底板混凝土表面达到充分湿润且无明水或积水时，方可进行水泥乳化沥青砂浆灌注。出现以下情况时不得进行灌板:①表面干燥，没有湿润;②表面湿润但不均匀，有干燥现象;③表面湿润但有明水或积水现象。

5)封边:为保证轨道板在精调后的位置不发生变化，轨道板的封边应在精调后不久进行。采用角钢封边时，角钢的尺寸要符合要求，钻孔植筋位置要准确，封边角钢应压紧封边带，不允许出现缝隙，封边夹紧过程中要避免对轨道板的扰动。横向封边砂浆应按设计提供的配比进行试验，并综合考虑砂浆强度的形成时间，确定施工配合比。在灌浆前应检查确定封边的质量，检查排气孔的数量、位置、角度是否满足要求，检查排气孔是否有被封堵的情况。

6)压紧:压紧装置的位置和方位正确，压紧装置安装既要保证充分压紧又不能引起轨道板的变形，压紧作业时，通过百分表进行观察，以控制压紧程度。

7)搅拌:搅拌前要对移动式水泥乳化沥青砂浆车的计量准确度和转速进行验证检查。其计量误差应符合:乳化沥青 ±1.0%、干料 ±1.0%、减水剂 ±0.5%、消泡剂±0.5%、拌合用水为±1.0%。正常使用过程中，每周校验不少于一次。

每工班首盘搅拌时严格按施工配合比要求对原材料进行准确计量，按工艺确定的投料顺序、搅拌速度、搅拌工艺进行首盘水泥乳化沥青砂浆的拌制。拌制完毕后取样进行砂浆温度、流动度、扩展度、含气量、单位容积容量等项目的检验，在满足各项拌合指标要求后可继续生产。

8)运输:为保证砂浆在规定时间内完成灌注，避免砂浆拌合后停留时间过长导致砂浆膨胀率损失，采用中转罐倒运砂浆时，砂浆由搅拌完成到转运至灌板点时间间隔不宜大于20 min。

9)灌注:灌注前对每工班首盘砂浆各项性能进行测定、记录，已搅拌完成的水泥乳化沥青砂浆必须在30 min内灌注完毕。灌注时，每块板的水泥乳化沥青砂浆应一次灌注完成，同时，灌板过程中，要对环境条件、灌板速度、灌板时间以及灌注砂浆量等方面进行全面控制。①灌板温度:为保证足够的施工时间和适宜的工作性，新拌制的水泥乳化沥青砂浆温度应控制在5℃ ～35℃;当气温高于40℃或低于5℃时，不允许进行砂浆灌注;当天最低气温低于-5℃时，全天不许进行砂浆灌注［2］。②雨天不得进行砂浆灌注，并对未硬化的砂浆进行覆盖，防止雨水进入轨道板底。③水泥乳化沥青砂浆灌注时，应持续对砂浆进行低速搅拌。④水泥乳化沥青砂浆灌注时应通过注入漏斗注入，自由倾落高度不宜大于1.5 m，以避免水泥乳化沥青砂浆的分层离析。⑤水泥乳化沥青砂浆灌注时，待观察到排气孔流出砂浆，并确认气泡完全排出后，及时对排气孔进行封堵。⑥待排气孔封堵完成，注入漏斗砂浆高出板底最高处砂浆一定高度后停止灌注，具体情况根据确定的施工工艺、砂浆性能及轨道板的上浮情况进行确定。

7 结语

水泥乳化沥青砂浆施工是由无砟轨道结构设计引入的一项新工艺，原材料、工艺性试验、灌注前准备、砂浆搅拌、灌注及养护工艺等影响水泥乳化沥青施工的最终质量。施工实践表明，水泥乳化沥青砂浆施工质量的好坏，影响因素是多方面的，施工过程中必须加强每一个环节的工艺控制及质量把关，才能实现水泥乳化沥青砂浆充填层设计功效，为高速铁路列车运行高速度、高安全、高舒适度提供有力保障。

［1］刘世安，刘东红.客运专线铁路 CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆疑难问题解答［M］.北京:中国铁道出版社，2009.

［2］郑新国，刘竞，翁智财，等.CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的配制技术［J］.铁道建筑，2010(8):121-124.

［3］铁道部工程管理中心.工管技［2009］12号 板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工材料储存管理办法［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［4］中华人民共和国铁道部.科技基［2008］74号 客运专线CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［5］曾志，郑新国，翁智财，等.CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工技术［J］.铁道建筑，2010(9):97-100，121.