津秦客运专线CRTSⅡ无砟轨道先导段底座板施工技术

宋荣方,刘秀元

津秦客运专线CRTSⅡ无砟轨道先导段底座板施工技术

宋荣方1,刘秀元2

(1.中州大学工程技术学院,郑州 450044;2.中铁十七局集团物资有限公司,太原 030006)

结合津秦客运专线CRTSⅡ无砟轨道先导段底座板的施工,介绍CRTSⅡ无砟轨道的结构组成,以及防水层的喷涂、剪力钉的安装、滑动层的铺设、混凝土垫块的设置、模板支护、钢筋工程、混凝土浇筑与养护、底座板的纵连等一系列施工工序。该施工技术确保了施工质量和工程精度要求。

高速铁路;无砟轨道;底座板;滑动层;纵连

1 工程概况

津秦客运专线自天津站引出,经天津滨海新区、唐山、北戴河引入秦皇岛站,正线全长261.2 km,采用CRTSⅡ板式无砟轨道。其先导段位于线路丰南跨津山铁路特大桥268号～412号墩之间,总长4.636 1 km,全部位于桥梁直线段。无砟轨道结构的施工组织和工艺与传统有砟轨道结构有本质区别,施工要求一次成型,轨道几何状态一次达标,精度控制将是施工技术的关键。而且CRTSⅡ板式无砟轨道技术使用了大量的新材料,例如用于现场铺设的高强挤塑板、两布一膜、HRB500钢筋、水泥乳化沥青砂浆中的干粉材料和乳化沥青等。先导段施工时间紧、任务重,受箱梁架设、桥梁徐变,沉降评估时间限制比较大,加之本管段处于华北寒冷地区,有效工期较短,因此给轨道板铺设工程施工带来很大压力。无砟轨道对轨道板铺设精度要求很高,施工中任何一道工序出现偏差造成误差累积,都会影响工程质量及工期,因此底座板、轨道板的铺设质量是本工程的重点问题。

2 结构组成

桥上CRTSⅡ板式无砟轨道自下而上主要由以下几部分组成:两布一膜滑动层、底座板、水泥乳化沥青砂浆层、轨道板、钢轨以及扣件系统等组成(图1)。桥梁与底座板间设置滑动层,以减小桥梁温度伸缩对无砟轨道的影响,在梁缝处设泡沫塑料弹簧板,减小由梁端转角对无砟轨道结构的影响[1-3]。底座板是无砟轨道结构的主要承重构件,其施工质量不但直接关系到整个轨道结构的精度,而且关系到运营的平顺性和稳定性[4- 5]。

图1 桥上CRTSⅡ板式无砟轨道结构

3 施工工艺

3.1 施工工艺流程

混凝土底座板的施工工艺流程如图2所示。

图2 底座板的施工工艺流程

3.2 底座板范围内防水层施工

防水层采用聚脲弹性防水涂料,在梁面验收合格后开始施工。首先测量放样抛丸边线、底涂边线、聚脲边线,每道线相隔5 cm。然后清理桥面,根据抛丸边线对施工区域进行抛丸,以去除梁面浮浆,增加防水层与梁面的粘接力,并采用修补腻子对梁面上较大的气孔进行封堵。底涂材料通常选用环氧树脂,以刮涂方式涂满梁面,底涂一般施工2道。聚脲防水涂料应在基层处理剂固化前进行施工,以不粘手,手划无痕为准。一般按2道施工,且在每道施工完毕后由专人检查有无气孔或空鼓出现,气孔用修补腻子修补,对空鼓则使用工具刀将其划破,重新喷涂。喷涂完毕7 d后必须进行防水层的透水性、拉拔强度和厚度检测[6],达到要求后方可进行下道工序施工。

3.3 底座板单元划分

底座板单元按照下述原则划分:

(1)底座板设置临时端刺,划分为临时端刺区和常规区,每个施工单元(临时端刺区+常规区+临时端刺区)至少1 880m(780m+320m+780m),一般为4～5 km;

(2)简支梁上底座板的分段长度设置为5跨,不足5跨的设置为3跨或1跨。2个钢板连接器中部的剪力齿槽一次性浇筑完成,该剪力齿槽与两侧钢板连接器距离之差小于15m;

(3)连续梁前后两孔简支梁均设置钢板连接器后浇带,剪力齿槽一次性浇筑完成。钢板连接器距离剪力齿槽间距≤80 m;

(4)临时端刺不能设置在连续梁上,临时端刺区应避开连续梁及前后各相邻两孔简支梁上;

(5)路基端刺至桥梁上最后一个固定连接处至少设1个后浇带,后浇带与固定连接的距离不大于75 m。左右线底座板单元划分必须错开2孔梁以上。

3.4 剪力钉的安装

剪力钉在工厂加工生产,须与预埋套筒相配套,螺纹辊轧而成,长度应根据底座板超高设置及现场预埋套筒高低情况定做,以免安装后过高或过低。安装时应确保剪力钉拧进到位,安装前先用φ28 mm的丝锥清理预埋套筒内的杂物,再用手工打气筒清理套筒底部的杂物。为保证剪力钉拧入套筒深度不小于42 mm,剪力钉辊轧螺纹长度应控制在45 mm,拧紧后留出2～3丝以做校核。剪力钉采用自制工具进行安装,该自制工具为丁字型,底部套在剪力钉钢板上,顶部操作杆各长1.5m,2个成年人以不小于200 N的力同时施加1对力偶,保证剪力钉安装时力矩不小于300 N·m。

3.5 硬泡沫塑料板及滑动层施工

(1)硬泡沫塑料板

硬质泡沫塑料板采用挤塑聚苯乙烯树脂,应满足体积密度、抗压强度及长期性能等指标要求。高强挤塑板设于桥梁接缝处,采用SL搭接型高强挤塑板,长1450mm,厚50 mm,中间3块宽度均为600 mm,边上2块宽度均为575mm,铺设于梁端1.45m处。高强挤塑板应满足以下相关要求。

①相邻挤塑板间(沿线路纵向)采用SL搭接型进行搭接处理[7],如图3所示。接头处应满涂粘接剂,保证高强挤塑板拼接的整体性。

图3 挤塑板的SL搭接(单位:mm)

②高强挤塑板采用具有可塑性的粘接剂与梁面或梁面加高平台5 cm高断面全面积粘接,粘接剂应保证与梁面防水层和高强挤塑板之间的相容性,并具有补偿基础面平整度的要求。

③挤塑板铺设完成后经工程师检查,合格后采用沙袋均匀压重,充分保证高强挤塑板与梁面的粘接,严禁采用尖锐物压重。同时设置隔离区,防止人为踩踏,使其跑位或损坏。

(2)两布一膜滑动层

滑动层由上、下两层土工布中间夹一层土工膜组成,宽3.05m,单块最小长度不小于5m,在加高平台上沿线路方向连续铺设。土工布为聚丙烯针刺非织造土工布,薄膜的原材料应为高密度聚乙烯。由于两布一膜每边宽出底座板5 cm,测量放样出涂胶线后还应在底座板边线偏外5 cm放样两布一膜铺设边线,同时在偏外10 cm处放样2条校核线[8],保证两布一膜铺设的范围和顺直性。

下层土工布通过3条宽30 cm的胶粘结带与加高平台和高强挤塑板粘接,3条胶粘带分别位于底座板范围的中间和两边。土工布接头采用对接连接,接头铺设的始端和末端分别通过宽度不小于30 cm的胶粘带与加高平台粘接,滑动层铺设的起终点(剪力齿槽处)处的下层土工布应向上卷起与上层土工布进行粘接,防止混凝土及杂物等进入滑动层各层间。土工膜直接铺设在下层土工布上,2块土工膜接头处采用熔接方式连接。上层土工布铺设在土工膜上方,两块土工布接头采用搭接方式进行连接,接头长度应不小于20 cm。

滑动层间各层接头位置应错开1 m以上,高强挤塑板上方不允许设置滑动层的各种接头。在梁缝处滑动层的下层土工布需要断开,铺设的始端和末端分别通过宽度不小于30 cm的胶粘带与高强挤塑板粘接,土工膜和上层土工布连续铺设。

铺设后的滑动层不得有起皱或破损现象,对起皱或破损的滑动层必须重新铺设或更换。一般在铺设的同时采用自制带圆弧角的刮平器刮平。为防止混凝土浇筑时使梁缝处滑动层下陷而影响结构滑动,可在梁缝处的滑动层上方铺设纤维混凝土板等辅助设施。经现场实践证明,若采用纤维混凝土板,厚度将达到4 cm以上,且制作麻烦又不利于运输,可换用长2.95m、宽20～30 cm的薄铁皮即能达到同样效果。铺设后的滑动层应立即采用自制的角钢及花杆螺丝张拉滑动层并压上保护层混凝土垫块,防止其滑动或掀起。

3.6 保护层混凝土垫块

混凝土垫块底部宽度不小于50 mm,高度应满足钢筋保护层厚度要求,长度在0.35～1m,也可根据施工工艺确定,垫块横断面可以做成矩形或梯形[9]。沿线路纵向每延米范围内,垫块与滑动层接触面积不应小于0.185m2。为保证垫块与滑动层的接触面积,以及在运输施工过程中不被折断,选定垫块的尺寸长0.35m、厚0.035 m,横断面为梯形,下底面宽6 cm,上顶面宽5 cm。垫块的材质应与底座板混凝土相同,或采用抗碱、耐腐蚀的纤维砂浆,可适当配1根φ6 mm的钢筋或更细的钢丝以保证不被折断。滑动层铺设完成后立即进行垫块安装,横向按5块、4块梅花形均匀布置,纵向间距以0.5 m控制。安装时不得损坏滑动层,对破损的垫块应及时更换。

3.7 钢筋工程

底座板钢筋笼制作分为桥下预制桥上组拼和桥上现场绑扎2种方案。由于桥下预制桥上组拼方案易造成钢筋笼在运输和吊装过程中变形损坏,且剪力钉不易安装,经现场实践,建议采用现场直接绑扎方案。

(1)钢筋的定尺生产

底座板设计采用的HRB500钢筋,属于特种钢筋,市场上不常见,用量较小。施工前根据底座板单元划分,结合施工现场钢筋运输能力,确定钢筋定尺长度,事先和生产厂家签订合同,厂家根据订单按型号生产,不但极大地减少了钢筋的浪费,而且也减少了钢筋的现场下料时间。箍筋采用盘圆必须在钢筋加工场下料弯制,下料时应根据钢筋特性优先选择HRB500钢筋自动调直切断机,加工完成后由汽车运至现场吊装上桥。

(2)钢板连接器的制作

钢板连接器采用Q345钢板,厚4 cm,在工厂定制生产。与钢板连接器焊接的钢筋为HRB500钢筋,焊接时应与精轧螺纹钢筋严格区分。焊接时应搭设脚手架,将钢板水平放在脚手架上,再将钢筋竖直插入钢板预留孔中,按平焊焊接。若是直接将钢板放在地面,钢筋直接横向插入钢板预留孔中立焊,则不能充分保证钢筋与钢板的垂直度,且不能保证焊缝的均匀性,给连接器的受力带来隐患。焊接时应间隔2～3孔跳焊,以减小钢板变形。钢板连接器制作完成后运至现场,精轧螺纹钢筋和螺母在桥上现场安装。

(3)钢筋现场绑扎

在底座板范围内每隔5 m安放主筋间距定位卡,根据定位卡安放底层主筋,同时每隔5m采用内箍筋先与底层主筋绑扎成整体,充分保证钢筋的位置固定。注意钢筋接头不能在同一断面上,且内外箍筋的高度尺寸应平顺过度。在底层最外侧2根主筋上按箍筋间距做好标记,并按标记摆放箍筋,并开始安装。内箍筋与底层主筋绑扎完成后开始摆放顶层主筋并绑扎,绑扎时应注意上下主筋对齐,每隔一定距离可用钢筋定位卡校验。尤其梁缝两侧的钢筋必须按照图纸设计位置精确定位,以避免后期轨道板剪切连接时剪力筋与底座板主筋碰撞。主筋接头处外箍筋应在上下两层主筋安装好后再安装固定。最后按照测量精准放样安装钢板连接器,安装时应将钢板连接器上的锁紧螺母和张拉螺母松开至钢板5 cm左右,防止混凝土浇筑后由于温度变形导致连接器受力,造成钢板连接器和底座板的损坏。

(4)测温电偶的安装

底座板混凝土浇筑前,在每个浇筑段距离后浇带约1/3浇筑段长度的位置处,在横断面的轨道板放置边缘埋设温差电偶(镍-铬-镍),用于测量混凝土的芯部温度变化。温差电偶应在常规区每个后浇带之间埋设1根;临时端刺内在220m段内埋设4～5根,100m及130m段内埋设2～3根,要注意对接线的保护。

3.8 模板制作安装

由于架梁对箱梁顶面高程的影响,即使在直线段底座板也不能按照统一标准高度制作。根据京沪高铁施工经验采用调高式模板,每2m一节,由专业厂家订制生产[10]。曲线段应根据超高范围确定模板调节行程,直线段模板调节行程一般控制在175～230 mm。

模板安装前应检查上下面板搭接处有无混凝土杂物,否则会引起结构物的严重错台。侧模内侧须保证光滑无锈迹,并涂刷脱模剂。根据底座板两侧测量标记点位置及高程,确定模板安装几何位置,并依此挂线立模。模板靠防护墙侧采用铁丝与防护墙同时对拉及对撑固定,中间模板靠撑杆限位,和调节支撑杆对称固定。后浇带端模采用木板(推荐竹胶板)开槽,保证后浇带精轧螺纹钢筋通过,开口应封堵严实,制作尺寸不同的端模板以适应不同超高地段。后浇带预留缺口宽度要严格执行设计规定,过宽会造成钢筋连接后,后浇带混凝土施工前底座板的稳定问题;过窄会造成钢筋连接器的连接拧紧施工困难。钢筋通过模板处的缝隙采用海绵封堵。

3.9 底座板混凝土施工

底座板混凝土灌注采用泵车泵送入模,入模后,前方混凝土振捣采用人工插入式振捣器捣固,后方采用混凝土摊铺整平机摊铺并整平混凝土面。灌注时,应保证混凝土高出模板顶面少许(一般为2 cm左右),用振捣棒振捣施工时应以没有气泡冒出和表面泛浆为止,然后将振动棒缓慢地沿垂直方向从混凝土中拔出,其插入孔必须自行封闭。采用φ50mm捣固棒,插入间距不大于50 cm(必须从钢筋的间隙插入,尽量避免碰触钢筋和绝缘卡),振动棒的作用范围必须交叉重叠。振动棒不能碰动模板,也不得碰触梁面滑动层,整个底座板范围内不得漏振。混凝土振捣及整平能力应与混凝土灌注施工能力相匹配,混凝土振捣、整平与灌注工序间不可拉开过长时间,在风天或炎热季节施工时两工序必须前、后紧跟,防止混凝土表层假凝后再进行振捣及整平施工。

超高地段底座板横坡较大,当混凝土坍落度较大时,混凝土摊铺整平过程中须用人工不断补充超高范围混凝土,最后用摊铺机来回2遍整平压实,待混凝土表面出现晶莹光泽时开始收面。

混凝土表面平整度用水平尺检查,紧跟于混凝土整平之后。在检查合格基础上,采用特制刮尺在底座板两侧做出25 cm宽2%的横向排水坡(对超高地带,仅超高一侧设置),最后进行底座板2.55 m范围表面拉毛处理。拉毛采用硬质塑料拉毛刷,每拉一次应采用清水清洗拉毛刷。

混凝土的养护须紧随着底座板的施工进行,在风天或炎热天气,若底座板施工时间较长时,应在混凝土表面初凝(包括假凝)后随即进行覆盖保湿养护(防止干裂),待施工段混凝土完成后再正式进行土工布上覆盖薄膜洒水保湿养护,时间不少于7 d。

3.10 底座板纵连

(1)准备工作

为便于区分,避免误操作,需要将临时端刺区K0、K1、J1～J4以及常规区所有钢板连接器后浇带BL1的标示粘贴于防护墙上,要求标示要醒目、牢固,能满足底座板纵连完成的需要。钢板后浇带位置按要求设置好压紧钢筋和垫块,防止张拉过程中滑动层起皱。

底座板温度大于30℃和小于5℃时不允许进行底座板张拉,临时端刺的连接应选择在底座板温度尽可能接近锁定温度(T0=20℃)时进行。钢板连接器后浇带的张拉量,可根据测得的浇筑段温度、长度,按照相关公式计算。

(2)5℃≤底座板温度T1＜锁定温度(20℃)情况下的纵连

临时端刺纵连当天,从临时端刺的自由端开始,依次拧紧钢板连接器后浇带(J4到J1)的所有张拉螺母及J4的锁紧螺母。之后临时端刺才具备了承载能力(J1到J3抗拉,J4抗拉和抗压)。接下来进行K0和常规区所有张拉螺母的拧紧工作,接着张拉钢板连接器后浇带螺母,操作顺序为:

①首先张拉常规区中靠近临时端刺的前2个钢板连接器后浇带;

②根据张拉行程,再张拉临时端刺与常规区之间的钢板连接器后浇带K0;

③再根据张拉行程,张拉钢板连接器后浇带J1和J2,其与常规区钢板连接器后浇带的纵连可与之同时进行;

④为了保证临时端刺自由端到钢板连接器后浇带J3区段的摩擦力起作用,钢板连接器后浇带J3须少量张拉(约为钢板连接器后浇带J2张拉行程的1/3)。

张拉结束后,拧紧所有锁紧螺母,锁紧扭矩为450 N·m。

当常规区的另一端也与临时端刺相连时,另一端的钢板连接器后浇带连接顺序一样,在这种情况下,常规区的钢板连接器后浇带从左右两端向中心对称连接。至此,常规区与临时端刺处的底座板就已施工完成,纵连后浇带需在24 h内完成(温差小)。

纵连后进行底座板后浇带混凝土的浇筑,浇筑前检查所有连接器螺母是否拧紧,起拱的滑动层都已压下,安装并固定侧向模板。然后浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带(BL1)及临时端刺中的钢板连接器后浇带K0和K1。常规区剪力齿槽后浇带BL2通常也应该尽可能快的进行浇筑。但是当纵连是在底座板温度小于锁定温度的情况下进行时,在BL2浇筑前必须先等待一定的时间,以让混凝土浇筑段内(约160m)的应力均衡化。

纵连3～5 d后,浇筑位于临时端刺中部的两个齿槽后浇带,左右线的齿槽后浇带的浇筑应该错开两跨梁的长度进行。

(3)锁定温度(20℃)≤底座板温度≤+30℃情况下的纵连

当底座板温度T1处于锁定温度和+30℃之间时,钢板连接器后浇带的螺母就不需要进行张拉,只需要先将内侧的锚固螺母拧紧到钢板上,然后把钢板外侧的锚固螺母锁紧(张拉行程=0)。在拧紧过程中扭力扳手的扭矩应该为450 N·m。

钢板连接器后浇带连接当天,从临时端刺的自由端开始,一次拧紧钢板连接器后浇带中的所有锚固螺母。接着把K0并从K0开始把常规区的所有钢板连接器后浇带的锚固螺母拧紧。

如果常规区另一端也与临时端刺相连,另一端的纵连顺序也一样。在这种情况下,常规区的钢板连接器后浇带从左右两端向中心对称连接。

纵连完成后,底座板后浇带混凝土即可按照同样的方法进行浇筑。

(4)和下一个施工段的纵向连接

与一侧已经纵连完毕的临时端刺相邻的下一个底座板施工段完成后,可以连接临时端刺和这个新的底座板施工段,于是2个施工段合为一个大的施工段。这项施工的前提是,新的底座板施工段需为常规端刺或临时端刺。如其末端还是临时端刺,那么它的施工可以继续沿用以上步骤。在这种情况下,新常规区左右两端的钢板连接器后浇带按中心对称顺序从两端向中心连接。

在钢板连接器后浇带K1和新的底座板施工段连接前,要再一次测量底座板段LP2到LP3的温度T2,i和长度L2,i,可以算出临时端刺区域在底座板受载时的变形值ULP,i。

①5℃≤底座板温度＜锁定温度情况下的纵连

由于临时端刺区域的混凝土浇筑段已经纵连,只需要先张拉常规区前2个钢板连接器后浇带的锚固螺母。再根据相应的张拉行程张拉临时端刺与常规区之间的钢板连接器后浇带K1。接着张拉钢板连接器后浇带J4～J2。新施工段其余钢板连接器后浇带的连接可与之同时进行。临时端刺的连接应选择底座板温度尽可能接近锁定温度时进行。

纵连完成后,浇筑常规区内的所有钢板连接器后浇带BL1及临时端刺中的钢板连接器后浇带K1、J4和J2。等待一定的时间后再浇筑常规区齿槽后浇带BL2。

纵连完成10 d后,浇筑所有原临时端刺中的齿槽后浇带。

②锁定温度(20℃)≤底座板温度≤+30℃情况下的纵连

此时,钢板连接器后浇带的锚固螺母就不需要张拉,而是直接拧紧到钢板上,然后把另一侧的锚固螺母也拧紧。接着把K1并从K1开始把常规区的所有钢板连接器后浇带的锚固螺母拧紧。至此,常规区与临时端刺已经纵连完成。

纵连后,浇筑常规区内所有的钢板连接器后浇带BL1以及临时端刺中钢板连接器后浇带K1、J4和J2。常规区内齿槽后浇带BL2也可以随之进行浇筑。临时端刺区域内的底座板已经成为连续的板带,不能再移动。纵连完成3 d后,浇筑所有原临时端刺的齿槽后浇带BL2。

至此,底座板就连成一个整体。

4 结语

CRTSⅡ无砟轨道系统稳定性好,整体性强,可提高列车运行的安全性与平顺性,运营中维护工作量小,已广泛地应用于我国的高速铁路中,其施工技术要求高,难度大。随着我国高速铁路的大规模修建,在消化吸收借鉴国外先进技术的基础上,遵循学习→实践→再创新的技术路线,其施工技术正在逐步完善。底座板作为整个无砟轨道系统整体稳定性和应力传递的主要的结构,只有不断细化各工序的质量控制,才能确保整个底座板的施工质量。本先导段的底座板施工技术,对整个工程的施工起到了很好的指导作用。同时,在施工中尚应做好下述细节质量控制。

(1)模板安装前进行自检,必须调整好钢筋笼的线形、并且根据给定的测量高程量测混凝土保护层厚度、钢筋搭接长度是否满足图纸要求的1.05 m,之后报检现场技术员进行复核验收。

(2)后浇带端模安装前必须将齿槽或者土工布上铺设一层薄膜,防止漏浆后繁重的清理工作,同时防止清理时凿破土工布的现象。

(3)拉毛时必须掌握好拉毛的时机,加强对拉毛深度(1～2mm)、拉毛的顺直度、拉毛后两侧斜坡边线的顺直度等问题的自检自查自纠工作。

(4)施工期间泄水孔必须采用土工布进行封堵,不得向泄水孔内倾倒垃圾、扎丝等杂物。

(5)混凝土拉毛收面工作结束后,必须立即用彩带将新浇筑的部位围护到位,避免因保护不及时使新浇筑混凝土被人为践踏损坏的情况,围护时间到拆模前结束。

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Construction Technology of Base Slab of CRTS-ⅡBallastless Track of Guiding Section on Tianjin-Qinhuangdao Passenger Dedicated Line

SONG Rong-fang1,LIU Xiu-yuan2
(1.College of Engineering Technology,Zhongzhou University,Zhengzhou 450044,China; 2.Materials Co.,Ltd.,China Railway 17th Engineering Bureau Group,Taiyuan 030006,China)

Combined with the construction of base slab of CRTS-Ⅱballastless track of guiding section on Tianjin-Qinhuangdao passenger-dedicated line,this paper introduced the structure composition of CRTS-Ⅱballastless track and a series of construction processes,such as waterproof layer spraying, installation of shear nail,sliding layer paving,installation of concrete cushion,formwork supporting, steel bar engineering,concrete pouring and curing,longitudinal connection of base slab and so on.With this construction technology,the construction quality has been ensured,meeting requirements on precision of this project.

high-speed railway;ballastless track;base slab;sliding layer;longitudinal connection

U238;U213.2+44

A

1004- 2954(2013)07- 0037- 05

2012 11 01

铁道部科技研究开发计划项目(2009GD22-B)

宋荣方(1981—),男,讲师,硕士研究生,2006年毕业于太原理工大学,E-mail:srhuan@126.com。