CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土施工技术

莫江云 （中国中铁上海工程局一公司，江苏 南京 210000）

1 引言

具有我国工程特色的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道是我国研究工程人员经过长期工程项目积累，具有我国完全自主知识产权，在结合我国施工环境基础上推出的新型铁路无砟轨道结构形式，该技术的关键在于以自主研发的新型自密实结构混凝土替代传统意义上的水泥乳化沥青砂浆材料作为施工板下填充层材料。拥有我国完全自主知识产权研发的自密实结构混凝土采用新型的配料方式：由水泥、粗细骨料、粉煤灰、矿物掺和料、外加剂、膨胀剂和水等经严格的比例掺合配制而成，该混合料在浇筑时无需振捣就可以达到饱满、密实的状态，经过长期的工程使用，充分验证了该模型具有较为良好的灌注施工性，同时该结构模型具有体积稳定性，在真实施工环境中展现了低弹性模量和高耐久性的良好工程特点。

2 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构设计及技术特点

2.1 结构设计

经过我国的自主研发设计形成的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构从常规意义上可以分成以下部分：60kg/m钢轨、WJ-8B扣件、承轨台、轨道板，其中更具特色的工程材料包括自密实混凝土、隔离层、底座等。具体结构型式见图1。

图1 直线地段无砟轨道断面图

底座板采用C30钢筋混凝土，路基地段宽3100mm，设计厚度300mm，桥梁、隧道地段宽2900mm，设计厚度200mm；通常意义上的结构类型包括两个上、下表面尺寸，与之对应的结构尺寸分别为616mm×616mm，其中下表面尺寸为600mm×600mm，该结构的高度为100mm，并且设置倾角结构，其中倾角为13:1类型的凹槽结构形式。

轨道板采用C60普通钢筋混凝土结构，路基、隧道内铺设P4856、P5600等规格轨道板，桥上铺设P4856、P4925、P5600三种规格轨道板，板宽2500mm，板厚200mm。长5600mm，扣件间距630mm；24m梁上铺设P4856一种轨道板；32m梁上铺设P4925、P5600两种轨道板。

2.2 技术特点

我国工程研发人员自主研发设计的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道具有实用性强的特色，采用“逐块精调，逐块灌注，一次成型”的施工工艺流程，其主要技术特点及要求如下。

①通常情况下，该结构中轨道与自密实结构混凝土之间、自密实混凝土与底座板之间均设置了限位设置结构。在施工过程中通常为三个层次：轨道板、混凝土底座、自密实结构的混凝土，而且在施工过程中施工人员将此三个层次独立进行施工加工。在底座板每块轨道板范围内设置两个凹槽与自密实混凝土连接，当自密实混凝土结构浇筑操作完成后，就形成具有一定突起面积的凸台，经过工程实际的测量研究发现该功能达到工程中要求的限位功能，最终实现实际意义中纵横向荷载的理论上的传递，从而最大程度地保证分层分块结构的纵横向的工程理论上的稳定性。

②施工过程中普遍采用具有高性能的自密实混凝土材料充当填充层的填充材料。作为工程中常用的CRTS Ⅰ型板、工程中常用的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道为了具有更好的施工效果，通常情况下施工人员利用水泥乳化沥青砂浆这种工程材料作为板的填充层的常用填充材料，但是通常情况下采用的水泥乳化沥青砂浆材料耐久性差、寿命短，很难满足实际工程的真正需求，常常在使用过程中存在多次维修的问题，这个常见的问题成为通常情况下无砟轨道结构使用过程中的薄弱基础环节。而选择使用自主研发设计的高性能自密实结构混凝土材料便可以很好地解决填充层介质耐久性差、不稳定等问题，而且工艺流程简单、无需振捣、抗裂防冻性能优良、自流性比较强，具有成本低廉同时能够最大程度地减少环境污染的优良特点，并且通用性较强，通常采用普通混凝土搅拌设备便可以对其进行搅拌。

2.3 技术难点分析

试件及揭板试验发现，在施工中，检测人员逐渐发现CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土在施工过程中主要暴露出以下的质量问题：

①自密实混凝土拌合物存在泌水、离析现象，且扩展度损失较快；

②揭板后混凝土表面存在水纹、气泡过多，混凝土顶面浮浆层较厚，局部灌注不饱满以及混凝土侧面蜂窝麻面等情况；

③轨道板存在上浮和偏移，影响轨面高程。

根据以上问题，通过原材料及配合比、工装设备以及工艺控制等方面进行研究解决。

3 原材料及配合比

3.1 材料选用

材料选用水泥、粉煤灰、中粗砂、碎石、减水剂、水、膨胀剂、引气剂、粘度改性材料等原材料。原材料应符合以下要求。

3.1.1 水泥

我国相关专业在实际工程施工环境时通常采用的水泥材料一般会选择硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥这两种材料作为施工中的常用结构材料。

3.1.2 粉煤灰

作为混合材料的粉煤灰的技术要求应满足GB1596-2005F类Ⅰ级粉煤灰的有关规定。

3.1.3 细骨料

工程实际中细骨料通常情况下应该根据具体的工程环境选用级配合理、质地坚固、吸水率及空隙率较小的洁净河沙（本材料作为工程中常用的施工材料，应用广泛）作为选用的材料。工程实际中细骨料颗粒级配应符合表2Ⅱ区或Ⅲ区规定，细度模数不大于2.7，含泥量不大于2%，其他性能需符合TB/T3275的规定。

3.1.4 粗骨料

粗骨料普遍选用粒型较良好、质地坚固、线胀系数比较小的洁净碎石或卵石。我国施工人员通常施工情况下选用的粗骨料宜采用二级配骨料材料经过混合配制而成，此材料的最大公称粒径不宜大于16mm，针片状颗粒不大于5%，含泥量不大于0.5%。

3.1.5 减水剂

减水剂一般情况下减水剂材料应选用品质较为稳定并且在一定程度下能明显提高自密实混凝土耐久性能的具有高性能的减水剂作为首选材料，高性能减水剂必须与水泥及掺和料之间有良好的相容性，两者之间所要求的性能应该最大程度地符合TB/T3275。

3.1.6 膨胀剂

膨胀剂应选用性能符合GB23439规定的Ⅱ型膨胀剂。

3.1.7 粘度改性材料

粘度改性材料需选用能够改善性能且不降低自密实程度的混凝土，力学性能和耐久性能的材料必须符合表1的规定。

3.2 配合比设计方案

从调整掺和物、特殊掺和料、调整外加剂和降低用水量等方面展开配合比研究，最终研制出了合格的配合比，主要参数及性能指标如表2、表3所示。

参考配合比表（单位：kg/m3） 表2

主要性能指标（工地试验室实测） 表3

通过配合比设计研究得出：

自密实混凝土灌注完成后轨道板位置允许偏差 表4

①自密实混凝土材料具有严格的配控比例，通常环境下施工过程中胶凝材料用量不大于590kg/m³，用水量不大于185kg/m³，砂率50%～57%，氯离子总含量不大于胶凝材料的0.1%，若原材料、施工环境、灌注工艺等发生明显变化时，则需及时调整配合比；

②为了保证混凝土具有足够的润滑层和流动部分，降低其内摩擦力，混凝土中需要有足够的浆体包裹粗细骨料，从而使粗细骨料与浆体材料均匀流动，因此，自密实混凝土良好的流变性应根据坍落拓展度、拌合物性状、骨料包裹程度等性能确定；

③混凝土拌和物坍落度损失问题，通过改善粗骨料颗粒级配，保证足够的浆体用量外，还应采取以粉煤灰替代部分水泥，使用高效的减水剂和引气剂，添加优质黏度改性材料等综合措施，提高混凝土流变性能。

4 自密实混凝土施工工艺及研究

4.1 模板安装

自密实填充层模板由侧模、端模、导流槽及四角插板、轨道板扣压装置组成。模板内壁粘贴透水透气模板布，模板布尽量。保证连续性，不得刻意续接，确保拆模不损伤自密实混凝土，保证侧面外观质量完整性。

①为防止轨道板在浇筑过程中出现挤压侧移及上浮，每块轨道板配备5道扣压装置，扣压装置主要由防上浮装置、防侧移支架组成，路基地段压杠横梁两侧将加长节向两侧移动100mm。

②压杆横梁两侧各设置两套紧固装置并预留长70mm杆件固定孔位，内侧端连接轨道板采用6.3#槽钢，槽钢下部设顶丝4个用以固定自密实填充层模板，槽钢上部设顶丝2个用以配合压杆定位轨道板；外侧端连接压杆横梁采用8#槽钢，上部预留70mm杆件固定孔位，用于连接底座板对轨道板进行防上浮锁紧，下部设顶丝2个固定于底座上，用于配合压杆横梁横向固定轨道板。一般情况下，轨道板压杠装置不少于5道，防侧移固定装置不少于3道。轨道板扣压装置设计大样如图1所示。

图1 自密实混凝土模板图

③模板四周设计预留高于轨道板顶面的专门排气孔，方便混凝土排气，最大限度保证灌注后效果，同时也便于观察和判断灌注是否顺利到位和拆模后外观清理。

图2 专用排气孔示图

4.2 自密实混凝土搅拌及运输

实际工程施工过程中自密实混凝土通常情况下经过拌和站搅拌操作后，施工人员一般都会通过混凝土罐车来完成对其运输的操作。通常情况下，罐车一次运输量理论上不超过2块轨道板灌注所需数量，从搅拌开始计时到灌注结束时停止计算其有效时间，这个过程一般不宜超过60min，并且在实际的施工过程中工程人员一般要尽量减少中转次数。在运输及待机途中应保持低速搅拌，并在卸料前高速旋转20～30s。运输到现场入模前经检测含气量不小于3%、拓展度650～700mm、T50值3～4s和温度5～30℃，且无分层，离析和泌浆、泌水。

4.3 灌注前准备及板腔湿润

灌注过程注意事项：首先，从轨道板末次精调到混凝土灌注结束后，这个过程大约为1h，在这个时间段内气温变化不宜超过15℃；第二，注意避开高温、烈日、大风、雨雪和严寒天气，必要时可采取搭棚、增温、降温、加湿等措施确保顺利进行。灌注前我们再次进行检查并且确认轨道板精调及加固状态、模板和钢筋安装质量，使用高压雾化水湿润轨道板地面及底座表面的过程中，应避免积水。润泽方法及标准一般情况下由试验确定。

4.4 自密实混凝土施工

4.4.1 灌注前检查

①工程实际中通常检查轨道板的标高和轴向平顺性是否能够满足一般意义上的工程要求，然后确认精调整体受力及紧固程度是否满足要求，一定要确保封边模具的支护装置满足施工安全可靠原则。

②第二步我们要检查模板腔体内是否存有积水，当土工布和限位凹槽中存有积水时，一般不能对自密实结构混凝土进行灌注，尤其是工程中碰到阴雨天气时，工程施工人员更是不得擅自进行自密实机构混凝土的灌注和施工等不合时宜的操作。

③通常情况下在进行灌注之前，应检查轨道板模板四周的密实情况和排浆孔的设置情况，并检查轨道板板端的所有横向边缝是否密封完好。

④搅拌前，测定骨料含水率，根据骨料含水率的大小及时调整施工配合比，每班抽测频率不得少于2次。

4.4.2 灌注施工

实际工程施工人员在灌注时一般情况下从轨道板中间的灌注孔完成灌注工作，通常在实际施工过程中一般需要一次性完成灌注工作。灌注料斗需一次性加装整块板所需充填量，料斗容量不宜小于单块轨道板最大灌注量的120%。

实际工程以上的自密实混凝土进行灌注工作一般可采用灌注小车或门吊等工程中常用的施工设备进行施工工作。线间小车可满足双线同步施工需求，小车底部设置4个直径为30cm的万向轮，小车配备料斗装料量约2m³，料斗底部设置闭合卡板，完成一个节段自密实混凝土灌注后，将卡板封上即可。小车车体两侧各设置不小于1.5m的导流槽，导流槽两侧各设置一个吊环，吊环与小车车体用手拉葫芦连接，以便控制导流槽槽口灌注高度，导流槽底部设置两个支撑角钢，角钢一端固定在车体上，另一端焊接一块铁板，以此作为导流槽托架。

图3 线间行进灌注小车整体结构设计图

为了使自密实混凝土在有限的空间内更好地完成成型质量，减少混凝土浪费，施工过程中自密实混凝土在进行灌注之前通常应在轨道板中心灌注孔处设置一个硬质的下料管，然后在前后观察孔处设置一个硬质的防溢管。浇筑过程中通常按照“先快后慢”的节奏灌注，混凝土从观察孔涌入后操作过程减慢速度，通常情况下或者根据工程实际要等到全部PVC套管中所含有的混凝土的高度达到一致时停止灌注，一般情况下灌注时间大约为8～12min。另外灌注过程中需注意根据溢出情况及时封堵排气孔。初凝后，将灌注孔和观测孔内的多余的混凝土打扫清理干净。工程中一般采取的高度为15cm左右，然后对每根灌注孔插入1根连接钢筋型号采用S型，接下来的操作步骤就是要拆除原来的PVC套管，需要将轨道板表面及四周的灌注物清理干净，最大限度地保证清洁。自密实混凝土在实际工程施工完成后，一般工程施工在其完成灌注3小时内不得移除灌注孔的下料管和观察孔处的防溢管。

4.4.3 拆模与养护

①通常情况下自密实混凝土在完成灌注作业后，要进行带模养护，时间不得少于3天。

②通常情况下研发的自密实机构的混凝土在最终冷凝后，我们可以进一步地拆除扣压装置和防侧移的用来固定的装置，当自密实混凝土强度为10MPa或者高于这个值，表面及棱角不会因拆模受到损伤时，我们便可以拆除轨道板及其轨道板四周的模板模具。逆向拆模过程中不得损伤轨道板四周及它们周围的自密实混凝土结构。实际工程施工过程中，当需要拆除的模板在完成与之相连的混凝土后，工程中的施工人员方才可以对其进行拆卸、完成后续的调运模板操作。

③在拆模作业结束后，还要对自密实结构的混凝土采取工程中常用的土工布进行包裹，采用工程养护膜对其进行覆盖或对其进行喷养护剂养护等，通常情况下养护时间不得少于14天，养护水与混凝土表面温差值一般情况下不得大于理论上的5℃。

④通常情况下在完成拆模动作后，施工人员应该对其进行强度测试，在达到表面具有100%的设计承压强度后，方可承受理论意义上计算得到的全部设计荷载和负载值。

5 结语

自主设计的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道所采用的自密实混凝土施工技术经过大量的实验验证然后通过近几年广泛应用，通过最终的施工效果已经可以说明该施工技术方案的质量可靠、操作方便等优点。本文结合现场施工，对原材料及配比、工装设备、主要施工工序等关键技术进行总结，为后续施工提供借鉴。