新建铁路沈阳至丹东客运专线全长205.644km, 线路采用CRTSⅢ型后张法预应力板式无砟轨道结构, 工程承建单位根据工程实际需要设置2个板场, 承担约60 000块CRTSⅢ型后张法无砟轨道板的预制生产任务。

针对高寒地区施工周期短, 低温对轨道板的存放、养护提出了更高要求;轨道板预制质量要求高;冬季生产过程控制标准更为严格等特点, 为保证产品质量, 提高生产效率, 根据2个轨道板场各自的实际情况, 并借鉴其他项目轨道板生产的特点, 在轨道板生产的图纸审查、工艺选择、板场建设、过程控制、质量顽症、冬季施工等各个方面, 进行了认真细致的研究, 针对设计意图、工艺选择、质量控制等方面提出研究思路、改进措施, 并在实际生产过程中不断优化, 取得了良好的效果。

CRTSⅢ型无砟轨道板为双向后张、部分预应力混凝土结构, 强度等级为C60;轨道板设计采用有挡肩扣件系统, 主要分P5600型、P4856型、P4925型3种型号, 针对不同曲线半径, 通过调整承轨台进行曲线加高和加宽;根据综合接地系统的要求, 设计在轨道板端距离端侧10cm处各预埋1个接地端子, 考虑轨道板绝缘性, 钢筋设计有涂层钢筋和普通钢筋;轨道板预应力体系由护套包裹的无粘结预应力钢棒、锚固螺母、锚垫板和螺旋筋构成;轨道板混凝土浇筑后采用蒸汽养护, 张拉封锚后再水中养护, 脱模至水养时间应≤8h, 水养3d以上, 最后以垂直立放为原则进行轨道板存放, 如图1所示。

根据设计图纸和TJ/GW111—2013《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道后张法预应力轨道板暂行技术条件》 (以下简称《暂行技术条件》) 进行研究和创新性改进。

设置于轨道板两侧综合接地作用的接地端子, 其中心距离端部仅为100mm, 在蒸汽养护过程中模板边角与轨道板中心处的温差最大, 同时轨道板的侧振工艺容易造成轨道板四角处混凝土不均匀, 接地端子距离端部位置较近, 容易造成接地端子处微小竖向裂缝产生。经过工程技术人员研发团队的认真研究和分析, 提出新的创新思路, 建议在不影响综合接地性能情况下, 适当加大接地端子与端部距离。

轨道板纵向锚穴混凝土最薄处仅为35mm, 该部位在施工过程中容易产生竖向裂缝。建议减小锚穴孔尺寸, 增大混凝土厚度, 如图2所示。

设计图中纵向钢筋和横向钢筋弯钩上下层接触搭接, 施工时需采取绝缘处理或减小钢筋弯钩长度, 不仅增加了工作量, 还容易造成绝缘处理不到位的情况。建议优化设计或缩小弯钩长度。

轨道板承轨台及挡肩设计均为素混凝土, 在预制、运输、铺板过程中极易造成该部位碰撞破损, 如图3所示。建议在该部位增加钢筋。

灌注孔及检查孔无倒角设计, 脱模时容易造成轨道板微小破损, 建议在该部位设置倒角。

曲线板型号种类较多, 设计分为一维横向、一维高低、二维板3种。仅以一维高低轨道板为例:在同一交点上的轨道板, P5600板及P4856板有4种型号, P4925板有8种型号。曲线板分类过于繁杂, 在轨道板预制及后续铺设过程中极易发生错误, 降低功效, 增加成本。建议减少曲线板型号种类, 改由增加扣件调整量的方式进行调节;或者由设计统一规定曲线板标识方法, 使预制及铺设阶段能够清晰并有效串联。

可调模板在调整过程中, 由于机械连接、测量仪器误差、模板振动等原因, 对精度低于0.3mm的调整存在不稳定性, 考虑目前的铺设精度及扣件调整范围, 能否取消1mm以下调整量的轨道板, 以标准板替代, 减少大量人力、模板设备及生产时间的投入。

在轨道板的搬运及铺设过程中, 轨道板不可避免地会发生损坏, 目前暂没有针对轨道板修复的明确要求, 易造成轨道板修复后质量不达标的现象。建议明确轨道板破损的修复条件及具体要求。

《暂行技术条件》中规定, 轨道板外形尺寸及外观质量应逐块进行检验。现阶段检验采用的设备为全站仪及配套工装, 最快检验速度为20~30min/块, 在实际生产过程中, 受场地、入水时间等因素限制, 严重制约了轨道板生产工效。建议适当减少成品板检验频次 (如可规定为同一套模具生产的轨道板3块抽检1块, 检修后的模具生产的第1块必须进行检验) 及增加模具自身的检验频次。

在《暂行技术条件》附录C中规定了静载抗裂的试验方法, 但在其中并未明确支撑位置的结构尺寸, 按照静载试验的原理, 支撑位置尺寸越大, 轨道板所受荷载的影响就会越小, 因此影响检验的准确性。建议规范明确支撑位置结构尺寸, 确保达到试验目的。

按设计及规范要求加工钢筋弯钩时, 钢筋笼上下层钢筋弯钩存在搭接现象, 吊装过程中涂层钢筋容易摩擦破损, 影响涂层钢筋绝缘性能, 个别位置需要增加垫片提高绝缘性能。考虑钢筋笼边部已增加U形架立筋保证其强度, 改进措施为适当减小钢筋弯钩长度, 使上下层钢筋弯钩不搭接, 既能降低绝缘性能影响, 又能保证上下层钢筋位置对齐、准确。

前期生产施工采用分层布料、分层振动的混凝土浇筑方案, 经实际生产时发现工效较低。改进措施是采用一体振动的浇筑方案, 首次布料至2/3处, 开启振动器, 待混凝土表面石子基本下沉后继续布料, 振动器不停止, 直至布料完毕。布料在振动停止1min前结束。此方案具备下列优点: (1) 避免混凝土分层, 混凝土整体性好; (2) 有利于气泡连续溢出; (3) 直接布料完成最后填缺, 减少人工铲除填缺工作量。

设计及《暂行技术条件》未明确轨道板底面拉毛的具体工艺、拉毛间距等, 我公司2个板场存在2种拉毛工艺。前期采用钢丝刷, 拉毛间距1cm, 深度1~2mm;后期采用硬质塑料毛刷, 深度1mm左右。前者操作简单宜掌控, 后者对拉毛时间要求较高。改进措施为对2个板场拉毛工艺进行统一, 做出详细要求, 后期采用硬质塑料毛刷基本能消除板底浮浆。

依据《暂行技术条件》中规定, 轨道板脱模强度要求必须大于45MPa, 这需要适当提高蒸汽养护时间。但夏季蒸汽养护时间延长存在后期蒸汽养护湿度不足等问题。由于夏季环境温度较高, 恒温与环境温度温差不超过20℃, 即升温过程不超过2h, 浇筑后9h即达到芯部温度最高值, 在轨道板自身发热情况下, 已不需要外部蒸汽温度即可达到养护温度, 蒸汽过早停止会造成养护湿度不足。改进措施为: (1) 坍落度按规范要求上限控制, 在100~120mm, 增加混凝土内部用水量; (2) 虽混凝土强度足够满足, 但恒温控制温度不宜降低, 按上限43℃设置, 尽量增加蒸汽进入量; (3) 采用温差≤10℃的水人工洒水养护。建议配置蒸汽养护自动温度控制系统时考虑温湿度同时监测及自动控制, 保证混凝土养护质量。

高速铁路无砟轨道板预制生产过程中的质量顽症主要有轨道板翘曲变形、蜂窝麻面、底板浮浆、锚穴区微细裂缝。

1) 造成轨道板翘曲变形主要原因 (1) 轨道板生产车间地基及钢模板基础变形:由于高寒地区冻融循环影响, 极易造成轨道板生产车间地基变化及钢模板基础变形, 造成钢模板变形; (2) 新生产的钢模板由于机械连接、应力未完全释放等原因造成初期生产不稳定、轨道板翘曲变形; (3) 轨道板未按规定要求存放: (4) 测量错误或者测量仪器误差也可引起模板调整不平。

2) 针对上述问题, 制定相关措施 (1) 增加检测频率, 《暂行技术条件》要求模板检测≥1次/月, 我公司2个板场在生产初期及冬休复工后要求平整度每天检测, 稳定后要求≥1次/周; (2) 严格按要求存放轨道板, 支点位置统一准确, 不得超过3层, 同时统一垫木的高度, 避免造成3点支撑; (3) 对模板平整度检测结果采用精度更高的精密电子水准仪进行复核。

1) 主要原因为混凝土内气泡较多或者未完全溢出。

2) 控制措施 (1) 根据石子粒径、砂细度模数变化适当调整配合比 (砂石比例调整) , 减少混凝土内部空隙; (2) 每台模具配备6~8台振动器, 所有振动器的振动力是否均匀一致地有效传导至混凝土上是振动关键, 必须配备专人对振动器进行统一紧固保养; (3) 混凝土初凝后需对锚穴成孔器进行拆除, 由于侧振工艺, 轨道板四周锚穴位置混凝土初凝时间较晚, 四周混凝土未完全初凝就进行拆除容易造成粘模麻面, 所以必须掌握好拆除时间; (4) 模板端侧模在预应力钢棒预紧状态下向内受力变形, 如此变形保持在锚穴成孔器拆除时容易造成粘模麻面, 可在混凝土浇筑完成后对预紧钢棒进行松动, 消除端侧模变形。

1) 轨道板浮浆多主要原因为混凝土坍落度大、振动强度高和振动时间长。

2) 控制措施 (1) 在满足混凝土性能情况下尽量降低坍落度; (2) 采用一次振动成型, 减少布料完成后的振动时间, 可以做到边布料边密实, 降低最上层石子下沉; (3) 合理设定振动频率和振动时间, 避免节省时间采用高频率; (4) 采用硬质塑料毛刷, 可消除部分板底浮浆。

3) 改进建议 《暂行技术条件》要求轨道板无浮浆, 与轨道板底面拉毛有冲突, 如无浮浆则不需要拉毛, 要拉毛必须有少许浮浆才能进行。建议明确轨道板底板标准, 是无浮浆底板露出石子还是有1层薄浆、石子全部未露出, 如图4所示。

1) 轨道板纵向锚穴区微细裂缝产生的主要原因为此处距离较短, 不足3cm, 10~20mm骨料在振动状态不宜保留至弧形锚穴成孔器上方, 造成此位置骨料较少, 浆体较多, 在温差作用下收缩较大, 特别是在严寒地区环境下, 容易产生裂缝。

2) 控制措施 (1) 尽量降低粗细骨料含泥量和降低粗骨料石粉含量, 骨料中含泥和石粉越大, 混凝土坍落度损失越快, 收缩越大, 容易造成裂缝。 (2) 控制混凝土坍落度, 保证振动过程中混凝土的整体流动性, 保证轨道板四周骨料充足。 (3) 夏季静停期间及早覆盖蒸汽养护篷布, 避免风干现象加快混凝土初凝速度。严格进行蒸汽养护温度控制, 降温时篷布不要一下掀到位, 先掀小角后掀大角, 保证脱模温差符合要求。 (4) 保证10d充分湿润养护, 注意轨道板出水养池后洒水养护, 有风时需要覆盖, 尤其在春秋季节, 昼夜温差较大, 大风天气较多, 易出现裂缝。 (5) 冬季施工时保证生产厂房内环境温度≥10℃, 出池时在厂房内临时存放≥7d, 出厂存放时进行覆盖。

本创新性研究和改进技术, 部分已在沈阳—丹东客运专线轨道板预制中得到了很好的应用;通过对设计钢筋弯钩的缩短、增加灌注孔倒角设计, 工艺方面对混凝土浇筑、蒸汽养护、轨道板的存放进行严格控制, 对混凝土拉毛进行了工装改进, 很好地解决了轨道板钢筋绝缘、轨道板翘曲、锚穴区裂缝、底板浮浆等问题, 对轨道板的质量得到了很好的提升和控制, 为以后类似工程起到了借鉴意义。