CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板施工监控技术研究

CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板施工监控技术研究

邵云帆

(中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳111000)

摘　要：对于长大桥梁而言，CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板的施工工艺复杂而繁琐。以石武客专无砟轨道底座板为研究对象，从施工角度对底座板施工的前期准备、质量要求、段落划分以及施工工序进行了详细描述，并进行了底座板施工应力监控研究。研究结果表明：对于长大的底座板结构而言，温度变化、混凝土的水化热及收缩徐变是导致混凝土开裂的原因；收缩徐变系数和摩擦系数的变化对结构应力影响较小，可以通过掺加钢纤维或采用分级加载技术等措施来控制裂纹产生和减小裂纹宽度。相关经验可为轨道板铺设、精调，水泥乳化沥青砂浆灌注施工奠定良好基础。

关键词：无砟轨道;底座板；应力；裂缝

收稿日期：2014-12-24

作者简介：邵云帆(1977—)，男，高级工程师，主要从事土木工程施工管理工作　[e-mail]

DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.02.018

中图分类号：U213.244

　文献标识码：B

　文章编号：1672-3953(2015)02-0064-06

Abstract:　As　far　as　large　or　long　bridges　are　concerned,the　construction　processes　for　Type-CRTS-II　plate-type　ballastless　base　slabs　are　both　complex　and　troublesome.　With　the　ballastless　base　slab　for　the　Shi-Wu　Passenger-oriented　Railway　as　an　object　of　our　research,the　preliminary　preparatory　work,the　quality　requirements,the　section-dividing　and　the　construction　processes　for　the　construction　of　the　base　slab　are　described　in　detail　from　the　angle　of　construction　in　the　paper,with　the　stress-monitoring　and　stress　control　for　the　construction　of　the　base　slab　studied.The　results　of　our　research　show　that,with　long　or　large　base　slabs,　the　change　in　temperature,the　hydration-caused　heat　of　concrete,and　the　contraction　creep　often　result　in　the　cracking　of　concrete.The　change　in　the　coefficients　of　creep　and　friction　has　a　relatively　small　effect　on　the　structural　stresses.Some　technical　measures,such　as　adding　steel　fibers　to　concrete　and　classified-loading,can　help　prevent　concrete　from

1　工程概况

桥梁上混凝土底座板是CRTSⅡ型板式无砟轨道的重要工程结构，宽度为2　950　mm，根据超高不同，底座板的横断面不同，可以分为12种不同超高的底座板，并且施工工艺要求严格。长大桥梁上混凝土底座板是跨过梁缝的连续性结构，结构较为复杂多样。桥上施工时，在桥梁范围内底座板与桥梁之间设置滑动层，用来减小由于桥梁伸缩而引起的钢轨和板内纵向附加力；在桥梁固定支座上方底座板和桥梁间设置剪力齿槽、锚固螺栓固结机构，将纵向力及时向墩台上传递；一般情况下，施工时在通过梁缝处前后30　m左右范围的梁面上铺设大约5　cm厚的高强度挤塑板，用以减小梁端转角对无砟轨道结构受力的影响。因此，控制桥梁上混凝土底座板施工质量，对于保证无砟轨道整体质量非常重要。

石武客运专线石家庄至郑州段DK568+325～DK618+463.3段采用了CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板，施工长度50.138　3　km。长大桥梁上的底座板施工工艺非常复杂并且繁琐，正式施工前首先要完成底座板施工单元的划分，进行临时端刺区、常规区、后浇带的设置，底座板纵连张拉工序、方法设置，浇筑段施工顺序的确定，钢筋搭接后浇带关键施工技术的验证等工作。在施工中，为了保证施工质量和底座板受力合理，在底座板各关键截面埋设了应力传感器，在施工阶段进行了数据收集和分析处理。通过监测，对底座板内部结构应力情况进行深入研究，探讨了连续设置底座板混凝土裂纹产生的原因，并提出解决建议。

2　桥上底座板施工

桥上CRTSⅡ型无砟轨道结构包括：桥面防水层、两布一膜滑动层、钢筋混凝土底座板、水泥乳化沥青砂浆填充层、轨道板、侧向挡块；桥梁台后结构包括：固定端刺结构、摩擦板，每部分结构施工都有要求。

2.1　质量要求

无砟轨道施工前必须提前进行梁面的验收交接。复核梁面的平整度、相邻梁端高差和高程误差、防水层完整并无空鼓、预埋件的位置准确无误。对桥面高程、桥面平整度、相邻梁端高差、梁端梁面平整度、防水层、桥面预埋件、桥面排水坡等均有详细要求。同时，按照《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》测设CPⅢ基准网，基桩设置的位置、间距和桩体的稳定、平差方法等每一个细节都必须严格执行测规的各项要求。

2.2　下部构筑物的沉降变形评估

线下路基、桥涵、隧道的变形评估是无砟轨道施工的前提条件，也是无砟轨道结构特有的要求。相关单位必须按照设计要求布设测点，并按照规定频率和节点时间认真观测，确保数据真实。

通过下部构筑物的沉降变形评估，方可开始无砟轨道施工。下部建筑物的沉降评估标准：路基预测的工后沉降量≤15　mm；桥台均匀沉降量小于等于20　mm，相邻墩台的沉降量差≤5　mm；涵洞的沉降量应与路基一致，不大于15　mm；隧道基础的工后沉降量不大于15　mm；过渡段不同结构物间的差异沉降量≤5　mm，预测沉降引起沿线路方向的折角≤1‰。

2.3　长桥上底座板段落划分及施工

根据工程特点和施工技术要求，确定了底座板划分原则。

(1)施工时，可根据施工组织和施工能力的安排，合理设置常规区和临时端刺区，分阶段完成底座板的施工工作。

(2)临时端刺组成：LP1(220±10　m)+LP2(220±10　m)+LP3(100±10　m)+LP4(130±10　m)+LP5(130±10　m)，总体长度大约800　m(长度范围在760～850　m之间)。

(3)临时端刺设置区域：一般设置在简支梁区域地段；对于连续梁结构、连续梁前两孔简支梁、连续梁后两孔简支梁以及诸如斜拉桥、悬索桥及拱桥等特殊梁跨结构上不允许设置临时端刺。

(4)左右线临时端刺设置要求：一般情况下左、右线上的临时端刺的设置位置最少应该错开两孔以上简支梁的长度。

(5)对于连续梁而言，桥上自由混凝土的浇筑段长度需要小于等于80　m。

(6)按照相关规范规定和施工要求，钢板后浇带距离梁缝之间的距离应≤5　m。

(7)按照相关规范规定和施工要求，常规区混凝土浇筑段中部的剪力齿槽位置需要一次浇筑完成，齿槽位置偏离混凝土浇筑段中心位置的距离需要小于等于7.5　m。

(8)对于连续梁、连续梁和相邻两孔简支梁以及特殊梁跨结构而言，按照要求，其结构上的剪力齿槽是不能设置后浇带的，必须一次性浇筑混凝土。一般情况下，对于简支梁而言，跨中及连续梁与简支梁剪力齿槽之间必须设置钢板后浇带，并且对混凝土浇筑段的长度有相应要求，最大长度要≤160　m；对于连续梁结构而言，可以考虑采用设置自由混凝土浇筑段的方法完成，同时必须考虑通过调整钢板后浇带的设置位置来尽可能合理的划分混凝土浇筑区段 [1-2]。

(9)对于底座板混凝土浇筑段而言，其浇筑区段的划分必须统筹安排规划，调整时可以通过调整临时端刺设置位置、混凝土浇筑段长度以及钢板后浇带设置位置，最终达到保证混凝土浇筑段的划分、临时端刺的设置等都能满足相关规范和施工的技术要求。

(10)对于齿槽后浇带和钢板后浇带这两种结构而言，其最大宽度需要小于等于设计值。一般情况下，在满足施工要求和便于施工的情况下，需要尽可能减小后浇带宽度。

长大桥梁上底座板施工非常复杂繁琐，因此，在正式施工前必须对底板的临时端刺、常规分段长度、连接器的数量、底座板连接方案等项目进行统筹筹划，明确后浇带的位置，制定段落温度和长度测量计划，明确张拉连接顺序。在桥梁的防撞墙或明显部位上做好详细标识，明确各种后浇带的名称、具体位置、结构类型等信息，为后续张拉提供查询信息。

对于滑动层而言，一般情况下，从桥梁固定端的剪力齿槽内边缘开始朝向支座活动端方向铺设，一直铺设到邻近的下一孔梁固定端的剪力齿槽外边缘停止。具体的施工程序是：桥梁梁面检查、清扫→滑动层边缘放样→粘结剂涂刷带放样→铺设梁端接缝处高强度挤塑板→铺设底层土工布粘贴→铺设土工膜→铺设上层土工布→碾平压紧、质量检查。

对于底板混凝土而言，施工时可以将底座板分成若干个施工单元，可以同时在多个工作面施工，也可从一个单元开始向着邻近单元依次开展施工，依次完成钢筋加工与安装、模板安装和混凝土浇筑等工作，最后完成底座板的连接施工。连接工作包括：新设临时端刺+常规区+新设临时端刺连接、固定端刺+常规区+新临时端刺连接、既有临时端刺+常规区+新设临时端刺连接、既有临时端刺+常规区+既有临时端刺连接、固定端刺+常规区+固定端刺连接。底座板主要施工工艺见图1所示。

图1　底座板施工流程

3　底座板施工监控

为了保证施工质量，对底座板施工进行了施工监控。通过在底座板中安装传感器，监测混凝土在硬化过程中由于收缩变形，底座板各关键截面混凝土和钢筋的应力，观测裂缝开裂的宽度和间距。

3.1　监控方案

通过对不同应力测试仪器的比较分析，考虑到仪器精度要求和长期监测的需要，最终确定采用JXG-1、JXH-2型埋入式钢弦应变传感器和SS-2型钢弦频率接收仪(丹东市虬龙传感器制造有限公司生产)进行应力测试。这种应变传感器具有性能稳定可靠、抗干扰能力强、误差小、安装方便等特点，较适合于长期观测。

根据底座板结构特点和施工段落的划分情况，选取了1个混凝土浇筑段作为试验单元。临时端刺区钢板后浇带间的混凝土浇筑段(见图2)，超高155　mm(取K0~J1段，取右线1198#~1205#，约220　m)。

图2　临时端刺区钢板后浇带间的混凝土浇筑段(单位：m)

试验断面选取在底座板受力关键截面，测点布置在断面的特殊点上，全面监测断面的受力状态，使整个试验系统具有较高的可靠性和精度。具体测点布置如图3和图4所示。

图3　钢筋监控点布置

图4　混凝土监控点布置图

3.2　监控结果

底座板各截面钢筋和混凝土应力监测结果见表1、表2和图5、图6所示。图7、图8为底座板施工后不同阶段裂缝形态。

根据底座板应力测试结果和裂缝情况可以得到：

(1)浇筑段单独浇筑完成后，在混凝土硬化过程中，底座板各截面出现较小的应力，这一阶段底座板受力的主要外部影响因素为混凝土硬化过程中水化热产生的温度梯度和昼夜温差。随着混凝土龄期的增加，混凝土强度增大，混凝土水化热的影响减小，底座板内各截面应力发生变化。由于水化热对大体积混凝土的影响较为明显，在这一阶段里，超高较大的试验段上，较高的一侧混凝土内应力变化幅度较大。在混凝土初期凝固过程中，钢筋限制混凝土的变形受力，同时自身也处于周围温度场的影响下，应力随混凝土龄期增长发生变化。这一阶段里钢筋应力水平较低，大部分截面钢筋平均应力小于0.5　MPa。

表1　A-A应力测试统计表(2010.9.8浇筑混凝土，2010.9.25纵连)　　MPa

传感器位置 浇筑后天数/d 137 纵连后天数/d 1371428 日期 2010/12/32011/2/142011/3/12顶右(混凝土)0.06-0.110.36-1.33-0.85-0.750.63-0.68-2.33-2.22-1.05顶1/4(混凝土)0.270.060.17-1.56-1.07-1.000.20-1.35-3.01-2.87-1.46顶中(混凝土)0.120.030.32-1.36-0.90-0.870.32-1.07-2.71-2.67-1.33顶左(混凝土)-0.14-0.140.39-1.57-1.02-0.950.430.23-1.23-1.40-0.48顶右(钢筋计)1.030.991.160.190.470.521.260.31顶中(钢筋计)0.170.120.35-0.89-0.54-0.510.30-0.74-2.08-2.08-1.02顶左(钢筋计)00.040.29-0.77-0.51-0.540.17-0.52-3.15-3.30底右(钢筋计)0.1800.08-0.69-0.35-0.37-0.40-0.92-1.67-0.89底中(钢筋计)0.100.100.24-0.54-0.25-0.25-0.20-0.59-1.19-1.17-0.51底左(钢筋计)-0.130.020.27-0.70-0.35-0.35-0.17-0.67-2.84-3.12-2.02

表2　E-E后浇带应力测试统计表(2010.9.25纵连后)　　　MPa

传感器位置 纵连后天数/d 1371428 日期 2010/12/32011/2/142011/3/12顶右(混凝土)-0.21-0.090.221.690.22-1.00-0.810.56顶1/4(混凝土)-0.19-0.39-0.131.45-0.56-1.67-1.460.04顶中(混凝土)-0.15-0.31-0.061.23-0.46-1.59-1.47-0.12顶左(混凝土)-0.20-0.100.251.841.530.491.36顶右(钢筋计)-2.10-1.40-1.28-0.47-1.47-2.06-2.00-1.26顶中(钢筋计)-2.73-2.00-1.74-0.23-2.05-3.32-3.16-2.08顶左(钢筋计)-1.79-1.06-0.860.05-0.78-1.45-1.63-0.91底右(钢筋计)-1.19-0.84-0.86-0.78-1.04-1.42-1.41-0.95底中(钢筋计)-2.19-1.63-1.72-1.58-2.02-2.79-2.79-2.02底左(钢筋计)-0.21-0.090.221.690.22-1.65-1.75-1.00

图5　混凝土浇筑及纵连后A-A截面应力测试结果变化图

图6　纵连后E-E截面应力测试结果变化图

图7　底座板前期裂缝形态

图8　底座板后期裂缝形态

(2)底座板纵连全部完成3　d后，由于裂缝的产生和发展以及底座板滑动等因素的影响，底座板各截面应力水平整体降低，混凝土内拉应力逐渐减小；7　d后，大部分截面混凝土拉应力已低于1.4　MPa。在此过程中，由于底座板的滑移和摩擦力影响，钢筋内应力重分布，截面应力释放，拉应力呈减小的趋势。此时，混凝土裂缝主要是由张拉初期产生的裂缝发展而成，混凝土内拉应力水平较低，新裂缝产生较少。

(3)纵连后14　d，底座板内混凝土和钢筋的平均应力均低于0.5　MPa，与纵连后7　d时的应力比较，底座板内混凝土和钢筋拉应力均减小；主要原因为混凝土裂缝开展和底座板滑动导致的底座板内应力重分布。齿槽后浇带区域混凝土在这一时期已经具有较高的强度，参与底座板整体受力，混凝土内部出现较大的拉应力，最大值达到2　MPa。这一时期里，剪力齿槽后浇带混凝土内部出现了过大的拉应力，这又导致了新裂缝的产生。

(4)底座板裂缝随着混凝土龄期的增加普遍出现，混凝土浇筑完成半年后，底座板裂缝出现较多，且有贯通截面的裂缝产生。在这一阶段中，季节温差较大，在混凝土收缩徐变应力和温度应力的共同作用下，底座板均有较多及基本相同的裂缝产生。

(5)观测结果表明，温度变化、混凝土的水化热及收缩徐变是导致混凝土开裂的原因；对于长大的底座板结构，收缩徐变系数和摩擦系数的变化对结构应力影响较小，而温差对结构应力影响较大。

3.3　建议

长桥底座板在施工中产生了裂纹，为了消除裂缝，可以从多方面进行改进。首先，在混凝土中掺加钢纤维可以改善底座板混凝土的性能，提高其抗拉能力，以减少混凝土底座板裂纹的产生。其次，底座板纵连可以采取分级加载技术，能够起到控制裂纹产生和减小裂纹宽度的作用。

在石武客运专线后续的底座板张拉纵连施工中，采用分级加载技术。采取分级张拉后，底座板上裂纹明显减少，缝宽减小，有效的保证了底座板混凝土施工实体质量和外观质量，降低了施工成本，取得了可观的技术和经济成果。

4　结束语

通过底座板结构施工监控，结合现场施工，参照目前国内同类项目施工技术，对石武客运专线桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板安装传感器进行数据收集，研究混凝土在硬化过程中由于收缩变形对底座板各类关键截面混凝土和钢筋的应力产生的影响，深刻分析了因混凝土水化热、温度变化、收缩徐变及钢筋应力导致混凝土裂纹产生的原因，采取措施优化了现场施工质量，有效的节约了施工成本，使生产效益扩大化，为轨道板铺设、精调，水泥乳化沥青砂浆灌注施工奠定良好基础，为我国CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板施工积累了丰富的实践经验。

参考文献

[1]王　强,季文玉.京津城际CRTSⅡ型无砟轨道底座板施工技术[J].铁道建筑,2011(6):43-44

[2]张新民.CRTSⅡ型无砟轨道桥梁地段底座板施工关键技术[J].铁路技术创新，2011(3)：13-16

A　Study　of　the　Monitoring　Techniques　for　the　Construction　of　the

Base　Slab　for　Type-II　Plate-Type　Ballastless　Tracks

ShaoYunfan

(The　1st　Engineering　Co.　Ltd.　of　the　19th　Bureau　Group　of　China　Railway,Liaoyang111000,China)

Key　words:　ballastless　track;base　slab;stress;crack

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