桥上板式无砟轨道CA砂浆施工技术

摘 要：介绍了用于高速铁路桥梁上的一种新型轨道结构GRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆施工技术，主要包括CA砂浆性能、灌浆施工组织、充填层砂浆灌注工艺等关键技术，该工艺可操作性强，对于高速铁路或客运专线桥梁板式无砟轨道施工具有参考价值和实用价值。

关键词：板式无砟轨道 充填层 CA砂浆 灌注工艺

中图分类号：U213.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（c）-0102-04

1 工程概况

京沪高速铁路是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路，设计时速350 km，初期运营时速300 km，全线采用无缝线路和无砟轨道。我公司承建的丹阳至昆山特大桥位于常州、无锡境内，对应里程DK1148+522.48～DK1171+750。桥面采用创新型的GRTSⅡ型板式无砟轨道结构，由钢轨、扣件、预制轨道板、CA砂浆充填层、连续底座板、滑动层、侧向挡块等部分组成（如图1）。轨道板的结构尺寸为6450 mm×2550 mm×200 mm。在板式无砟轨道结构中，CA砂浆充填层主要起到支撑轨道板、调整并提供弹韧性、缓冲高速列车荷载与减振等作用，其性能的好坏对板式无砟轨道结构的平顺性、耐久性和列车运行的舒适性与安全性以及运营维修成本等有着重大影响，是GRTSⅡ型板式无砟轨道的核心技术之一。作为一种新的施工工艺，我们做了大量的工艺性试验，基本掌握了CA砂浆在特定施工环境中的工作性能。桥上CA砂浆充填层施工时间为4～8月份，施工时平均温度为20 ℃，最低10 ℃，最高35 ℃。轨道板采用吊装，底座板纵连完成、底座板及后浇带砼强度大于15MPa，且砼浇筑时间大于2 d，所有整修措施均已完成后，即可进行轨道板铺设施工。粗铺前，用高压水枪冲洗底座板表面和轨道板底面。然后用龙门吊提升轨道板，利用定位锥进行轨道板的粗铺定位。轨道板粗铺后，即用CPⅢ点、GRP点和SPS系统精调轨道板。精调验收标准：轨道板高程偏差不得超过±0.5 mm，中线偏差不得超过0.5 mm；相邻轨道板接缝处承轨台顶面相对高差及平面位置偏差均不得超过0.3 mm。

2 CA砂浆施工

2.1 原材料选择

CA砂浆即水泥乳化沥青砂浆，是一种由乳化沥青、水泥、细骨料、水和外加剂经特定工艺搅拌制得的具有特定性能的砂浆，填充于轨道板和底座板之间，厚度2～4 cm。CA砂浆的性能受环境温度和湿度的影响较大，因此需严格控制各种原材料的质量。乳化沥青存储于室内地下罐体，原料入罐时，采用20目滤网过滤，并配有循环搅拌设备，每天搅拌4h，确保使用前搅拌均匀。泵送乳化沥青前用清水将泵清洗5 min以上，先泵出约5 kg后再向搅拌车输送乳化沥青，并在泵送口处加设20目滤网。存储温度5～30 ℃，存储时间不宜大于3个月。干粉料储存于通风的厂房内，可防潮、避免阳光直射，存储温度5～30 ℃，存储时间不宜大于1个半月。减水剂、消泡剂等原料存储时间不宜大于6个月，避光储存。各项原材料经出厂检验、型式检验和日常检验均合格后方可使用。各材料配合比见表1，施工配合比由现场实验室根据当地气温等环境条件在适当范围内调整，其中，乳化沥青和干粉料的用量不变。CA砂浆性能指标要求见表2。

2.2 砂浆搅拌

我单位采用福建南方路面机械有限公司生产的板式无砟轨道水泥乳化沥青搅拌车，经过工艺性试验和桥上正式作业验证，该车性能稳定，日生产能力9.6m3/h，根据搅拌工艺每台砂浆车灌注能力5～6块/h，能够满足施工计划进度需要。加入乳化沥青的同时加入水、减水剂，并低速搅拌，延迟5 s后加入消泡剂，低速搅拌（30r/min）15 s，液态原料混合均匀后中速搅拌（100 r/min）加干粉，干粉加完后，立即高速搅拌（120 r/min）100 s，然后低速搅拌（30 r/min）90 s，最后卸料，卸料时间30 s。成品仓中有ca砂浆时应保持成品仓低速搅拌（约25 r/min）。CA砂浆搅拌车位于每日作业面中间桥下施工便道，由现场试验人员根据当天施工温度调整施工配合比，按照搅拌工艺搅拌砂浆。经测试，搅拌车在生产过程中可以同时进行加料作业。在开始搅拌和结束搅拌及每生产4 h均须洗清搅拌车的成品罐和中转罐，以防止砂浆结皮。砂浆搅拌完成后，将砂浆转入中转罐，利用25T汽车吊或3T龙门吊提升上桥。每台搅拌车配备3个中转罐，中转罐带有搅拌装置以防止砂浆沉淀，并在入浆口设滤网。

2.3 砂浆运输

砂浆搅拌完成后，将砂浆转入中转罐，利用25T汽车吊或3T龙门吊提升上桥。每台搅拌车配备3个中转罐，中转罐带有搅拌装置以防止砂浆沉淀，并在入浆口设滤网。桥面采用灌浆小车运输中转罐，灌浆小车行走在左右底座板间隔宽度内，行走时间不宜超过15 min，以防止砂浆流动度损失过大。乳化沥青小罐用于存装乳化沥青，带有搅拌装置。

2.4 CA砂浆灌注

（1）纵向封边。考虑到充填层纵向两边密封材料采用干塑性的普通砂浆（见图2），：受施工气温和搅拌工艺的影响，砂浆的塑性程度不易控制，导致砂浆和封边区域的密贴强度不均匀，易漏浆；砂浆强度不易控制，影响施工进度；灌浆后，封边砂浆需清除，工作量大且影响桥面清洁；不能重复使用，成本高。采用封边带和70×70×5的等边角钢进行纵向封边。封边前，用高压水枪冲洗轨道板和底座板之间的板腔，然后将轨道板的三个预留孔密封；封边带铺设时，对于底座板凸凹不平处，须加铺封边带找平，用角钢压平后，借助夹具卡紧，夹具的锚杆顶在角钢的圆角处，每块轨道板布设6列，该装置利用二力平衡原理，可与轨道板转化一个整体受力，等效于轨道板的自锚，对轨道板的几何位置没有影响（见图3）；夹具安装完成后，用压紧装置压紧轨道板。该装置由焊接的L型普槽10的槽钢、φ16锚杆和翼型螺母组成；锚孔钻孔需在轨道板精调前完成，植筋胶锚固深度5 cm；直线地段每块板每侧边安装3个，分别布设在板端第一个预裂缝处和板中间精调爪附近；曲线地段每块板每侧边安装4个，分别布设在板端第一个预裂缝处和板中间精调爪两侧的预裂缝处（见图4）。结合工艺性试验多次揭板后查看砂浆灌注质量，优化排气孔设置：每块轨道板的四角各设一个，距板端第一个预裂缝处每侧设置2个，每个端部横向设置2个，每块轨道板共设排气孔12个。排气孔直径2.5 cm，水平夹角15 °，管口上缘紧贴轨道板底边缘，在角钢制作时切割焊接设置。实践证明，该优化措施效果明显，既确保了施工质量又加快了施工进度。

（2）横向封边。考虑采用普通砂浆进行相邻轨道板窄接缝的密封，灌浆完成后，在充填层砂浆初凝后且发生膨胀前清除封边砂浆，以使充填层在纵向自由膨胀。但砂浆清除工作量大，不易保持桥面清洁；如不及时清除会引起板两端的充填层产生离缝。用白色塑料泡沫和封边带代替普通砂浆进行横向封边。将封边带垫衬在泡沫四周压入窄接缝，并预留好排气孔。塑料泡沫比砂浆的弹性模量小，即使不能及时拆除也能有效削弱对充填层在纵向的约束；易操作，拆除方便；成本低；可重复利用；可保持桥面清洁。

（3）砂浆灌注。砂浆灌注前，提前润湿板腔，不得干燥、有明水或积水。CA砂浆从轨道板的中间预留孔即灌注孔注入，自由倾落高度不大于1.5 m，同时观测两端的观察孔。灌浆节奏为“慢-快-慢”，即开始至灌注孔的浆体满断面要缓慢注浆（大约10 s），然后逐渐加快灌注速度，当两端观察孔中的浆体满断面时再逐渐放慢速度。灌浆的原则为砂浆贴灌注孔PVC管管壁流入板腔，灌浆时间宜为3～6 min。充填层砂浆初凝前（一般4 h左右，以同样试块为准），分别从三个预留孔中舀出多余砂浆，并插入S型钢筋。充填层砂浆开始发生膨胀（一般2 h左右，以同样试块为准）且初凝后（一般4 h左右，以同样试块为准），拆除横向封边泡沫，封边带洒水养护。充填层砂浆初凝完成后拆除纵向封边夹具，封边带洒水养护。充填层砂浆膨胀完成后（一般24 h，膨胀趋于稳定，以监测数据为准）拆除压紧装置（见图5），砂浆灌注结束后立即用百分表监测，每块轨道板布设6个点，每侧边3个。充填层砂浆抗压强度达到1Mpa（一般18 h，以同样试块为准）后，拆除千斤顶，抗压强度达到3Mpa（一般36 h，以同样试块为准）后，方可在轨道板上承重。充填层砂浆强度达到9Mpa后，可进行相邻轨道板窄接缝施工。张拉锁拧紧施工，宽接缝施工，预留孔及侧向挡块施工可顺序展开。

2.5 充填层砂浆灌注质量分析

桥上轨道板充填层施工完成后，我单位进行了揭板试验。外观质量检测结果：充填层颜色均一，无破乳现象；表面基本没有大于1 cm的气泡，小于1 cm的气泡较多，主要集中在充填层的两端；填充饱满，无分层，断面内气泡细小，均匀；符合验收标准要求。对于充填层施工后养护期存在的“离逢”现象，结合CA灌注经验，认为有以下几点原因：横向封边约束没有及时解除，阻碍了充填层在纵向的自由伸缩，而横向封边只限于窄接缝内，可以忽略其对轨道板的纵向约束。所以当充填层发生自由膨胀时与轨道板发生相对位移，致使充填层与轨道板产生微“离逢”，特别是充填层两端较为明显。横向封边采用塑料泡沫后，有效降低了“离逢”的厚度。底座板表面和轨道板底表面未冲洗干净。封边拆除后没有及时或同步养护。因充填层施工区和相邻的轨道板未加载区荷载不均匀，两个相邻区域的底座板产生的伸缩量不同，致使底座板和充填层之间发生相对位移。通过对GRTSⅡ型板式无砟轨道结构建模受力分析，轨道板接缝处及梁端部会产生翘曲（见图6，图7）。

3 结语

根据桥上大量的CA砂浆灌注施工经验，总结出一套完整的施工工艺，为以后板式无砟轨道的施工提供坚实的技术基础。板式无砟轨道作为一项新技术，因其具有高平顺性、稳定性、弹性、足够的强度及少维修性，在国内，已经开始广泛应用于高速铁路和客运专线。而CA砂浆作为板式无砟轨道的核心技术，在很多方面还不够完善，如：对CA砂浆性能及操作规范性，CA砂浆灌注后如何密封或养护，以增强其耐久性等有待进一步研究。

参考文献

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