高速铁路桥梁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工技术创新

马乐乐

(中铁二十四局集团安徽工程有限公司,合肥 230011)

无砟轨道具有稳定性好、使用寿命长等优点,已成为目前高速铁路建设的主流模式。CRTSⅢ型板式无砟轨道作为我国自主研发的新型无砟轨道,随着不断推广和应用,成为我国高速铁路建设无砟轨道的主要结构形式[1-2]。为确保高速动车运营的安全性、舒适性,板式无砟轨道的建造质量是关键。目前,国内已有部分学者对如何提高高速铁路无砟轨道的建造质量进行研究。李昌宁等依托郑徐铁路客运专线工程,从轨道板预制、底座施工高程控制施工、自密实混凝土施工工艺等方面对施工关键技术展开探讨[3];张永厚等从结构特点、施工工艺、养护维修、经济性等方面对CRTSⅠ、CRTSⅡ、CRTSⅢ型三种板式无砟轨道进行了分析比较,认为CRTSⅢ型无砟轨道板将会有更加广阔的应用和发展前景[4-6];吴立娜对CRTSⅢ型板式无砟轨道施工过程中存在的常见问题展开原因分析,如底座混凝土开裂、嵌缝材料离缝等,针对性地提出了一系列解决措施[7];韦合导利用互联网和大数据分析技术,研发高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道建造一体化管理系统[8]。

基于前人的研究,依托商合杭铁路站前工程SHZQ-17标段,从梁面处理、测量放样、底座钢筋绑扎、底座及限位凹槽模板安装、混凝土浇筑及养护、伸缩缝施工等方面,对桥梁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工技术展开研究,并对无砟轨道底座板模板进行改进分析,以期提高类似工程的施工质量。

1 工程概况

商合杭铁路站前工程SHZQ-17标段,跨越安徽省和浙江省,起止里程为DK628+815.78～DK674+162.9,正线长度44.588km。其中路基长18.599km,共计34段;桥梁长25.989km,正线特大桥11座(21.781km);标段内现浇连续梁4座,简支箱梁554孔,框架桥6座;车站2座,分别为广德南站和安吉站。轨道工程正线铺设CRTSⅢ型板式无砟轨道(双线)。

2 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构

2.1 无砟轨道结构组成

CRTSⅢ型板式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、轨道板、自密实混凝土、隔离层、钢筋混凝土底座板等部分组成(见图1)。曲线段超高在底板上设置,通过曲线外侧底座板加高实现直线段与曲线段过渡衔接,桥梁曲线地段横断面见图2。

图1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构示意

图2 桥梁曲线地段横断面(高程单位:m;其余:mm)

2.2 无砟轨道结构底座板

底座板采用C40钢筋混凝土,为单元结构,单元间设置2cm宽伸缩缝,其间填充泡沫板,顶面及两侧用有机硅酮密封。底座内配置双层CRB550钢筋焊网,对应自密实混凝土凸台设置凹槽。

桥梁底座板宽2.9m,直线段厚20cm,曲线段根据具体情况确定,每块轨道板范围对应一个底座单元,32m梁设5道伸缩缝,24m梁设4道伸缩缝[9]。

3 底座板施工关键技术

3.1 施工工艺流程

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工[10]以桥梁区段为例,工艺流程如图3所示,主要包括基础面清理、测量放样、底座钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑及伸缩缝施工等。

图3 底座板施工工艺流程

3.2 基础面处理

底座板施工前,应先检查梁面预埋件状况,对预埋套筒失效的,采取“缺一补二”的原则植筋处理,钻孔深220mm,φ16mm钢筋植入深度210mm,抗拔力不小于65kN。轨道中心线两侧1.35m范围内凿毛1.8～2.2mm,以增大底座板与基础面的结合力。清除基础面的表面浮渣、灰尘及杂物,必要时洒水清洗。桥梁基面见图4。

图4 桥梁基面

3.3 测量放样

基础验收合格后,采用自由设站法平面放样。标出底座板边缘轮廓线、伸缩缝位置线、凹槽边缘线。用墨线弹出每块底座板轮廓线。

3.4 底座钢筋绑扎

底座钢筋绑扎前,清理施工区域内的杂物、积水,放置底层钢筋网片,再安装“L”形连接钢筋(扭矩≥100N·m,再绑扎U形架立筋,最后绑扎顶层钢筋网片和凹槽四角双层斜向防裂钢筋,以梅花形设置保护层垫块(见图5)。

图5 钢筋网片及连接筋安装

3.5 底座及限位凹槽模板安装

以32m简支箱梁为例,具体安装步骤如下。

(1)侧模安装:32m简支箱梁每孔梁底座放样共计48个点,根据底座放样数据,墨线弹出底座板立模位置、伸缩缝聚乙烯泡沫板位置。侧模与梁面垂直,钢模高35cm。侧模外两根可调螺栓和梁面锚固钢筋组成三角支撑,支撑间距为1m,在侧模上设置高效振捣梁轨道,轨道面为底座板标高的控制基面,侧面与梁面不平整空隙处,采用泡沫胶封闭(见图6)。

图6 侧模安装

(2)凹槽模板安装:采用底座限位凹槽定位工装,取材方便、制作简易、成本较低、可操作性较强。凹槽模板由模板本体、4根顶紧螺杆和2根拉结螺杆组成。顶紧螺杆安装在模板底部四角,拉结螺栓安装在模板中间位置,安装时模板顶面比设计高程低5mm左右(见图7)。

图7 凹槽模板定位安装

(3)端模安装:桥梁伸缩缝上方端模与梁端平齐,保证布板后,底座板和梁端部对齐。

(4)伸缩缝模板安装:伸缩缝加固系统由伸缩缝背贴钢板、钢板卡具、顶升螺栓和两道压铁组成。钢板始终安装在聚乙烯泡沫板靠近简易型振捣梁的一侧,梁端用卡具在侧模上卡紧,安装到位后,两侧植筋固定,伸缩缝一侧与钢板一侧各植入2根(见图8)。

图8 伸缩缝模板安装

3.6 混凝土浇筑及养护

底座混凝土采用“三低一高”配合比,即“低胶凝材料、低用水量、低坍落度、高含气量”,采用汽车泵或地泵进行浇筑,辅助以高频振捣器深层振捣。改进底座板平整度及标高控制措施:制作简易型振捣梁对表层提浆、整平(见图9)。采用该工法后,底座混凝土表面几何尺寸和厚度控制效果好;底座混凝土平整度达标,两侧排水坡达标且一致;实现了整平、振捣、收面机械化作业。

图9 简易型振捣梁振捣提浆整平作业

底座混凝土初凝后,立即蓄水带模养护3d,养护前沿线路方向在底座板中心位置铺设,1条滴灌水管,养护采用“一布一膜”,即底座顶面铺设1层土工布加薄膜覆盖,预备滴灌水桶蓄水,全过程保持养护土工布湿润密贴,整个过程不少于14d(见图10)。养护过程中保持土工布湿润,杜绝干湿循环现象,养护时间须根据外界温度和湿度作出调整,并满足高速铁路轨道工程施工相关要求[11-12]。

图10 带模蓄水养护

3.7 伸缩缝填缝施工

伸缩缝由聚乙烯泡沫板和底座两侧及顶面有机硅酮密封胶组成[13]。聚乙烯泡沫板宽2cm,高度根据底座板实际混凝土高度而定,要求与底座齐平并延伸至侧模板边。为防止底座板成形后温度应力变形导致伸缩缝裂纹不规则发展,底座板伸缩缝开槽切缝施工应尽快进行,最早在底座蓄水带模3d养护之后,最晚不得迟于滴灌养护到期(14d),伸缩缝切缝见图11。

图11 伸缩缝测量弹线切缝清理

伸缩缝切缝之前,应先测量放线定位伸缩缝,采用开槽机(双刀片)施工,开槽后,及时清理混凝土、泡沫板,嵌缝施工前,在伸缩缝两侧粘贴5cm宽胶带,涂刷界面剂,表干30min后,使用填充枪灌注有机硅酮、灌注要求缓慢、均匀、连续。灌注后状态饱满、内部无气孔或空洞,表面平滑,缝边顺直(见图12)。

图12 伸缩缝密封胶施工

4 无砟轨道底座板模板改进分析

4.1 现有无砟轨道底座板模板支撑样式

(1)无砟轨道底座板模板构造

无砟轨道底座板模板由端头模板、纵模板、伸缩缝模板、模板支护(模板支撑)、凹槽模板、凹槽横梁及配套标准件等组成(见图13)。

图13 无砟轨道底座板模板组成

(2)桥梁地段底座板模板支撑

桥梁地段每块轨道板为1个单元,纵模板支撑数量为每块板纵向布置5道,端头模板支撑方式同纵向,单端布置2道。模板支撑有环的一端固定在梁面钻孔插入的钢筋上(见图14)。模板支撑用于调节模板的位置、直线度、垂直度及固定模板,以防止灌注混凝土时模板变形、移动。

图14 桥梁地段无砟轨道底座板模板支撑

(3)底座板模板支撑的缺点分析

现有无砟轨道底座板模板支撑,特别是桥梁段底座板模板支撑,需要在梁体顶面钻孔并插入钢筋作为模板支撑,以抵抗水平荷载,这样会对梁体造成一定损伤。为此,应进一步展开分析,改进模板支撑设计。

4.2 无砟轨道底座板模板支撑形式

从力学角度分析,模板主要承受以下几种水平荷载:①由底座板混凝土自重引起的侧压力;②浇筑混凝土时由竖向冲击力引起的额外侧压力;③混凝土振捣时引起的额外侧压力等。由于侧压力的存在,可能导致模板出现水平移动,故需要加设模板外部支撑以抵抗水平荷载,确保模板位置偏差及变形在允许范围内。该外支撑式模板可以采取2种形式,即在梁体顶部钻孔形式(即4.1节所述的现有形式)、梁体顶部不钻孔形式。

(1)钻孔形式

采用组合钢模板,由侧面板、端头模板、伸缩缝模板、凹槽模具等组成,钢模板支撑需要在梁体顶面钻孔并插入钢筋进行固定(见图15)。

图15 现有模板支撑示意

(2)不钻孔形式

在现有模板基础上改进,采用行走通长型钢与梁上泄水孔固定,模板支撑固定在型钢上,减少对梁体的钻孔数量,见图16。

图16 型钢式模板支撑效果

(3)门字形卡扣式

底座板两侧纵模板采用门字形卡扣固定,卡扣采用高强度型钢制作,每块板设置4～5道,卡扣与模板接触处设上下两根调节螺杆,用以调节底座板模板的宽度与垂直度(见图17)。

图17 门字形卡扣式模板支撑示意(单位:mm)

(4)台车式

参考隧道电缆槽成型液压台车,改进成适合底座板施工的台车,同时考虑与振动梁相结合(见图18)。

图18 台车式模板支撑示意(单位:mm)

4.3 模板支撑形式分析

4种模板支撑技术方案优缺点见表1。 模板支撑4种技术方案经济分析见表2。

表1 模板支撑4种方案技术分析

表2 模板支撑4种技术方案经济分析

4.4 模板支撑形式分析小结

分析4种模板支撑形式可知,型钢式模板支撑可以在不对基础面损伤的情况下满足大面积施工要求,合计节约成本133750元,取得较好的经济效益,可以在全线应用推广。

5 结论

结合商合杭铁路站前工程SHZQ-17标段工程,基于CRTSⅢ型板式无砟轨道结构,对底座板的施工关键技术展开分析,总结出一套适用的施工方法。2020年6月28日,商合杭高速铁路合湖段开通运营,无砟轨道系统状态良好,结构稳定,列车运行平稳、舒适。实践证明,CRTSⅢ型板式无砟轨道施工技术方案设计合理,底座板混凝土内在质量、外观平整度和光洁度均满足设计要求,成型后底座线型平顺、美观,解决了底座限位凹槽拆模后易出现缺棱掉角及开裂,排水坡及顶面高程不易控制等难题,取得良好的社会效益和经济效益。