CRTSⅠ轨道板预应力钢棒断裂修复工艺探讨

王有能 上海铁路局上海高铁维修段

CRTSⅠ轨道板预应力钢棒断裂修复工艺探讨

王有能 上海铁路局上海高铁维修段

针对CRTS-Ⅰ无砟轨道板出现的纵横向预应力钢棒断裂病害，采用预应力钢绞线替换断裂钢棒的修复方法，按照规范的要求制定了相应的施工标准和工艺，修复效果能够满足高铁规范要求和现场实际需要，具有较大的实用价值和现实意义，可为今后类似工程提供参考和借鉴。

CRTSⅠ型板式无砟轨道；轨道板；预应力；钢棒；修复；张拉锚固体系

1 引言

CRTSⅠ型板式无砟轨道主要由钢轨、扣件、预制混凝土轨道板、凸形挡台及周围填充树脂、CA砂浆及钢筋混土底座等部件构成。为提高轨道板的承载能力和避免轨道板在运营过程中开裂，CRTSⅠ型板式无砟轨道结构的轨道板在纵横向配置无粘结预应力钢棒。在轨道结构实际的运营过程中，一些铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道线路的部分轨道板的纵横向预应力钢棒折断并窜出，对日常巡检人员以及列车的行车安全构成较大的威胁。

预应力钢棒断裂失效后会改变原有轨道板抗力特性，从而影响轨道板结构的承载能力和耐久性能。本文依托笔者所管的沪宁城际CRTSⅠ型板式无砟轨道预应力钢棒断裂修复作业对其修复工艺进行初探。

2 主要修复材料和器械介绍

2.1 材料和器械选型基本原则

根据CRTSⅠ型板式无砟轨道的结构特点，参照相关文献[1-4]，对于钢棒的替换材料和张拉机具应符合以下要求：

（1）强度应满足既有设计要求，即应不低于原有钢棒的强度；

（2）配套锚具应具备优良的静力锚固性能、疲劳锚固性能、周期荷载性能以及张拉工艺性能，且整套锚具的回缩量应控制在1mm以内;

（3）配套的前卡式张拉千斤顶应采用一次安装、两次张拉的方法，实现钢绞线的锚固和承压螺母的旋转。

2.2 主要修复材料

由CRTSⅠ型板式无砟轨道结构基本构造可知，主要修复材料包括预应力钢棒的替代品和使其永久性锚固于轨道板上的配套锚具、中性或碱性防腐油脂、界面剂、养护剂、钢丝、棉丝及其他辅助材料。

2.2.1 预应力钢绞线

综合考虑轨道板结构特点和施工等方面的因素，采用强度等级为1860MPa的预应力钢筋线替换原有的预应力钢棒。

2.2.2 锚具

在后张拉结构或构件中，锚具是用于保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置，可分为两类：（1）张拉端锚具，安装在预应力筋端部且可以用于张拉的锚具；（2）固定端锚具，安装在预应力筋固定端端部，通常不用于张拉的锚具。通过比选，选用单孔张拉端低回缩锚具（DSM13-1型）和固定端夹片式锚具（JM13-1型）作为预应力钢绞线的配套锚具，如图1、2所示。

图1 低回缩锚具（DSM13-1型）

图2 夹片式锚具（JM13-1）

2.3 主要器具-YQD型前卡式张拉千斤顶

根据设计方案和使用要求，施工选用的YDQ型张拉千斤顶[2]为带顶压器的前卡式千斤顶，在千斤顶的前端分别设有顶锚装置和螺母锁紧装置，可完成对锚板的顶紧、放松和锁紧螺母等动作。YQD型张拉千斤顶结构如图3所示。

图3 YQD型前卡式低回缩张拉千斤顶结构示意图

3 修复工艺

3.1 修复工艺流程

因CRTSⅠ型轨道板纵横向有预应力钢筋，在轨道板运营过程中均有折断，总体修复工艺流程基本，一致，如图4所示。针对纵横向预应力钢筋在轨道结构的不同空间位置而导致的具体施工作业有所差异，本文将在3.2节中予以分别介绍。

图4 钢棒断裂修复工艺流程图

3.2 关键技术问题及质量控制要点

3.2.1 既有部件清除

（1）锚穴凿除和清理

根据断裂钢棒锚穴的破坏情况，用凿子及冲击钻凿开锚穴，将原有破损的封锚砂浆清理干净。然后用铁钎（或电锤）在锚穴内壁进行凿毛处理，凿毛处距侧面约10mm。

（2）移除断裂钢棒

在完成凿毛后，将加长套筒套在钢棒的锚固螺母上，用电动扳手将断裂钢棒逆时针缓慢旋转抽出。当断裂钢棒处于轨道板外侧的一端较长，且轨道板外侧有竖墙不易抽出时，将一根细钢棒穿入孔道中，然后用锤子慢慢敲打细钢棒，将断裂钢棒从另一侧顶出螺纹部分后，再用电动扳手将断裂钢棒旋出，然后用切割锯将钢棒切断后分段取出。

（3）孔道护套内清洁

先检查锚穴孔道内壁是否有水份，如有，则用棉丝等套于细钢棒上，穿入孔道内，将护套内壁的水份擦干。

3.2.2 钢绞线张拉施工

因纵横向预应力钢棒在实际中均有折断，需要及时更换，且大致更换流程一致，本文首先以横向预应力钢棒更换进行说明，再对纵向预应力钢棒更换作业中的一些差别予以单独说明。

（1）张拉前准备

用黄油枪在轨道板两侧分别向护套内慢慢压注专用防腐油脂，当油脂不易进入时，先注入一部分，然后用细钢棒穿入孔道内，使油脂均匀涂覆在孔道内壁。

根据轨道板的尺寸情况，提前备好需使用的钢绞线，固定端钢绞线露出夹片外10mm，张拉端预留350mm供张拉使用，一般钢绞线长度为2800mm。将备好的钢绞线一端涂覆油脂，旋转使钢绞线穿入护套内。

（2）钢绞线张拉

将前卡式千斤顶穿进钢绞线，张拉开始前，将油泵摇杆放置到进油位置后，手动操作油泵压杆，开始进行张拉，油压表读数缓慢上升，当油压达到张拉荷载20%时，持荷，测量、记录千斤顶活塞伸出量。继续加压，当张拉力达到设计荷载后，静停1min，如油压有下降，重新补足，记录油压值和钢绞线伸长值。张拉分两次进行，第一次张拉到设计荷载时，回油锚固；卸下张拉千斤顶，在轨道板侧面安装张拉支架，重新穿入千斤顶后进行第二次张拉，当张拉力再次达到设计荷载时，旋动锁紧螺母抵紧在锚垫板上，回油锚固，完成张拉。张拉完成后，用砂轮据（或等离子切割机）切断外露钢绞线，预留钢绞线距夹片20mm～30mm，不得使用电焊切割。

施加预应力值采用双控，以油压表读数为主，以钢绞线的伸长值作为校核。实际伸长值以20%张拉力作为测量的初始点。横向钢绞线张拉力为127kN，伸长值为14±2mm。

（3）纵向钢棒折断修复注意事项

纵向钢棒断裂的修复流程与横向类似，但应注意以下几方面内容。

①由于轨道板板缝纵向间距只有70mm，张拉空间不够，预应力张拉作业采用套筒扳手人工旋动螺母进行，通过伸长量的控制使钢绞线的张拉力达到设计要求。

②考虑钢-钢摩擦系数及螺母和扳手的力矩，通过验算，套筒扳手的加力杆长度1.5m时，可以旋动螺母完成预应力张拉，扭力达到单人扭不动为宜。

③纵向钢绞线张拉力为122kN，总伸长量为30.6mm（P4962型板），两端同时相对旋动螺母进行张拉，单端伸长量控制为15.3±2mm。

3.2.3 锚穴封锚施工

锚穴封锚施工基本工序主要包括称料、砂浆搅拌、封锚施工、外观检查和养护等工序，如图5所示。

图5 封锚施工基本工序

（1）称料和搅拌

以不影响搅拌机正常工作为原则，按厂家提供的干料与水的比例或自行设计配方进行称料。当自行配制封锚砂浆时，水泥用量不宜小于800kg/m3，灰砂比不应小于0.50，水灰比不宜大于0.18，聚合物用量（按折固量计）应不小于胶凝材料的2%。材料计量误差应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设〔2005〕160号）的规定。制备的封锚砂浆适宜封锚施工时的较为理想状态是：搅拌后成松散粉状，用手轻握可成团，轻抖能分散。封锚修复砂浆材料宜采用TK－F型轨道板封锚砂浆（快干型），性能应符合表1要求。

表1 封锚修复砂浆性能指标

封锚砂浆在施工现场人工搅拌，先将称量好的水泥、砂放入铁皮桶中，边加水边搅拌，搅拌时间不少于3min，搅拌时应注意干料与水之间的充分搅拌均匀，可以二次搅拌，但严禁二次加水，搅拌完毕的砂浆宜在30min内用完。

（2）封锚施工

封锚施工包含锚穴凿毛、清孔、喷涂界面剂、装料压实等工序。

锚穴凿毛对于提高锚块与锚穴的粘结强度有重要作用，尽可能增加凿毛点的密度，保证锚穴内壁四周均有一定深度凿毛，凿毛深度宜≥4mm。清孔采用高压气清孔，防止影响锚块与锚穴的粘结应保证锚穴内无油污、浮浆、杂物和积水等。填料封锚前，应向锚穴内均匀喷涂可提高砂浆粘结强度的界面剂，并用棉纱或海绵等吸水材料吸取锚穴凹陷处的多余界面剂。同时应保证在填料前，锚穴内喷涂的界面剂仍为湿润状态，未挥发、干燥。

将加料器前端下边缘紧贴轨道板锚穴下口边缘，然后用空气锤将料顶入锚穴内。封锚时应分三层填压。使用空气手锤等工具对砂浆分层进行振捣，振捣力不小于3kg，每层振捣不少于3次，每次不少于30s。内层填实后，继续添加砂浆，重复振捣，最后用抹子将砂浆外层抹平。针对目前轨道板横向和纵向锚穴结构尺寸特点，同时为确保封锚施工质量，设计了四种型号捣固棒，其中：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型组合用于横向圆形锚穴封锚施工；Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅳ型组合用于纵向长椭圆形锚穴封锚施工。下面对横向圆孔、纵向椭圆孔封锚压实顺序以及压实成型时应注意的事项予以分别介绍。

①横向圆孔封锚压实顺序

横向圆孔封锚压实顺序如图6（a）所示。采用Ⅰ型捣固棒对1#红色实线区域进行填料和压实；采用Ⅱ型捣固棒对2#紫色虚线区域，即钢筋螺母周围进行压实，此步对于保证螺母周围封锚砂浆的密实非常关键，循环上述第一步和第二步操作，至少一次；采用Ⅲ型捣固棒对3#蓝色点划线区域进行填料和压实，此步操作时宜先填超出锚穴外口的砂浆料，保证充分压实后，再刮去突出锚穴外口表面的砂浆，进行表面成型处理，确保最终成型表面密实光洁，无掉渣、孔洞等缺陷，若存在则应抹少量砂浆粉料进行补压。

图6 封锚施工压实成型示意图

②纵向长椭圆孔封锚压实顺序

纵向长椭圆孔封锚压实顺序如图6（b）所示。采用Ⅰ型捣固棒对1#红色实线区域进行填料和压实，宜由下至上的顺序；采用Ⅱ型捣固棒对2#紫色虚线区域，即钢筋螺母周围进行压实，宜由下至上顺序，此步对于保证螺母周围封锚砂浆的密实非常关键，循环上述第一步和第二步操作，至少一次；采用Ⅳ型捣固棒对3#蓝色点划线区域进行填料和压实，最后表面处理同横向圆孔封锚。

③压实成型的注意事项

封锚施工宜以2～3人为一组进行配合交替施工；在采用Ⅲ型或Ⅳ型捣固棒进行锚穴外侧表面压实处理时，宜一次压实成型，这样可保证封锚表面的平整度和光洁度，有利于提高外观质量，应确保封锚锚体表层四周与锚穴紧密结合、无肉眼可见缝隙存在，封锚成型表面凹入轨道板锚穴表面深度宜≤4mm。封锚砂浆应饱满密实，与基层混凝土粘结牢固，砂浆表面应平整，不得有疏松、裂纹、脱层和起壳等缺陷。封锚砂浆质量检验应符合《客运专线铁路CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术条件》的相关规定。封锚砂浆填压时的施工环境温度宜为5℃～35℃，应避免在雨、雪和大风环境下进行封锚作业；已开通运营线路尽量避免冬季施工，当昼夜平均气温低于5℃或最低气温低于－3℃时，应对封锚完成的砂浆采取加热保温措施，保温时间不少于24h。封锚砂浆需制作强度试块，预留2h、7天试块各三组，以备检验封锚砂浆强度。

（3）锚固端养护

封锚施工完成后必须保证防风和保湿。养护措施如下：①封锚施工完成后，表面及时喷涂养护剂；②封锚施工完成后表面搭覆湿布、不定时洒水保湿；③工艺允许时，在封锚施工完成一定时间内后可泡水养护，但应保证在泡水前，封锚砂浆已具有一定强度，在泡水时无剥落、掉渣等情况发生。

4 结论

实践作业表明：本文所介绍的作业标准和施工工艺符合高铁相关规范的要求，现场可操作性强，修复效果良好，具有较大的实用价值和实际意义，可以为今后类似的工程提供参考和借鉴。

[1]中华人民共和国国家质量监察检验检疫局,中国国家标准化管理委员会.预应力用筋锚具、夹片和连接器标准规定[S].北京:2007.

[2]中华人民共和国建设部.预应力用液压千斤顶[S].北京:中华人民共和国建设部,1993.

[3]马林,杨梦蛟.AM型夹片式锚具疲劳锚固性能[A].中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会、中国建筑科学研究院.第十一届全国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集[C].中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会、中国建筑科学研究院:,2001:5.

[4]中华人民共和国铁道部.运基技术函[2011]562号CRTSⅠ、Ⅲ型预应力轨道板防护和断裂钢棒修复作业指导书[S].北京:中华人民共和国铁道部, 2011.

责任编辑：宋飞

来稿时间：2014-11-24