苗雨
摘 要:結(jié)合高速鐵路CRTSII型板結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析了脹板病害的誘因,提出了此類病害防治方法與具體處置措施。
關(guān)鍵詞:無砟軌道;軌道板;高溫脹板;整治技術(shù)
引言
高速鐵路CRTS II型板式無砟軌道自在京津城際鐵路鋪設(shè)以來,相繼在京滬高速鐵路、滬杭客專、京武高速鐵路、合蚌客專、寧杭客專、杭甬客專、津秦客專、杭長客專和合??蛯5鹊玫搅藦V泛的應(yīng)用,實(shí)踐證明了其在高速運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性和舒適性較優(yōu)。這是由CRTS Ⅱ型板式無砟軌道主要特點(diǎn)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定的:它是由鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿、底座板或支承層、二布一膜、錨固裝置、側(cè)向擋塊等組成,其中軌道板為有擋肩、單向先張預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制板。
運(yùn)營實(shí)踐證明,CRTSII型板因縱連體系受溫度影響較為明顯,易產(chǎn)生軌道板與砂漿離縫;軌道板間寬接縫離縫;局部寬接縫破損等病害,對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性有一定影響。為解決此類現(xiàn)象,2013年7月在中鐵十七局某高鐵項(xiàng)目部召開的由建設(shè)、運(yùn)營、設(shè)備、設(shè)計(jì)、施工等單位參加的研討會(huì)上;通過對(duì)軌道板溫度變形原理的分析,針對(duì)軌道板在高溫條件下產(chǎn)生的綜合病害,首先我們將其定名為“高溫脹板病害”。其次我們?cè)谡麄€(gè)研討過程中,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際病害,在研究分析了具體情況后,提出了相應(yīng)的整治措施。
1 軌道板溫度變形的表現(xiàn)形式及成因分析
CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度變形均發(fā)生在軌道板板端和板間接縫處,表現(xiàn)為軌道板四角離縫、高低不平順較大、板間接縫開裂或破碎以及部分軌道板開裂、剪力釘拔出等。從氣象資料看出,夏季部分地區(qū)氣溫均在38℃以上,最高可突破40℃,其中長江以南個(gè)別地區(qū)7月5日以來出現(xiàn)持續(xù)40℃以上天氣。在這種氣溫條件,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),軌道板白天正溫度梯度(板面溫度高于板底溫度)能達(dá)到100℃/m,凌晨負(fù)溫度梯度(板面溫度低于板底溫度)能達(dá)到-50℃/m(高于設(shè)計(jì)推薦的80~85℃/m和-40~-43℃/m)。軌道板實(shí)際溫度梯度已經(jīng)超過設(shè)計(jì)推薦值,軌道板白天中間上拱、四角下壓CA砂漿層,晚上軌道板四角翹曲,軌道板容易在四個(gè)角附近產(chǎn)生離縫或離縫擴(kuò)大,形成自由端,軌道板在極端高溫作用下,集聚了大量的溫度應(yīng)力無法釋放,使軌道板穩(wěn)定性降低。部分線路軌道縱連不及時(shí);個(gè)別處張拉鎖件缺失或安裝不到位、板間接縫混凝土質(zhì)量不好、板間張拉及澆注混凝土?xí)r溫度低等也是產(chǎn)生上述問題的原因所在。為解決這些問題,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況我們采取了以下整治措施。
2 軌道板高溫脹板病害整治對(duì)策研究及材料選用
2.1 整治對(duì)策
對(duì)軌道板翹曲變形引起高低不平順較大處所,對(duì)離縫進(jìn)行注漿(膠)處理,恢復(fù)軌道板與CA砂漿的粘結(jié)力,增加對(duì)軌道板的約束;對(duì)軌道板端伸縮導(dǎo)致的板間接縫傷損破碎處所,進(jìn)行植筋錨固、打開板間接縫、板底注漿(膠)、澆注板間接縫處理,同時(shí),植筋位置、數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
2.2 整治所用材料
針對(duì)病害產(chǎn)生的原因及病害部位,首先選用好修補(bǔ)材料,使其達(dá)到快速修復(fù)、早強(qiáng)并能盡快恢復(fù)列車運(yùn)行速度的要求。其次,依據(jù)設(shè)計(jì)基本要求,確定修補(bǔ)施工工藝,并根據(jù)病害具體情況和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際細(xì)化具體修補(bǔ)方案。
2.2.1 水泥乳化瀝青砂漿離縫選用TK-A型修補(bǔ)材料。該材料是一種可快速固化的雙組份注漿材料。適用于水泥乳化瀝青砂漿離縫的注漿修復(fù),尤其適合運(yùn)營期天窗時(shí)間內(nèi)施工使用。(見表1)
2.2.2 軌道板裂縫修補(bǔ)材料選用TK-B型修補(bǔ)材料。TK-B型修補(bǔ)材料具有較低的粘度,滲透性好,粘結(jié)強(qiáng)度高,適用于軌道板混凝土裂縫的修補(bǔ)。(見表2)
2.2.3 軌道板缺損修補(bǔ)材料
軌道板缺損修補(bǔ)材料選用TK-H型修補(bǔ)材料。該材料具有固化速度快、粘結(jié)強(qiáng)度高、抗壓強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),有優(yōu)異的抗?jié)B、抗凍、防腐蝕性能。適用于高強(qiáng)度預(yù)制混凝土構(gòu)件的修補(bǔ)。(見表3)
2.2.4 寬接縫混凝土修補(bǔ)材料
寬接縫混凝土修補(bǔ)選用TK-K型修補(bǔ)材料。該材料通過采用聚合物改性、粒度匹配優(yōu)化、組分設(shè)計(jì)等技術(shù)途徑,以無機(jī)材料為主,輔以多種助劑,具有施工時(shí)間可調(diào)、強(qiáng)度發(fā)展可控等特點(diǎn),能夠滿足天窗時(shí)間內(nèi)修補(bǔ)、天窗時(shí)間后列車通行的要求。(見表4)
3 軌道板高溫脹板病害的整治與工藝
3.1 現(xiàn)場(chǎng)情況
現(xiàn)場(chǎng)病害地段里程為K173+100,多塊軌道板縱向移動(dòng),局部軌道板上拱,砂漿離縫10mm~15mm,軌面高低3mm/10m~5mm/10m超限;以上拱處為中心大里程方向7塊,小里程方向7塊軌道板縱向移動(dòng);寬接縫混凝土破損;軌道板局部傷損;軌道板縱向移動(dòng),軌距塊損害。
3.2 工藝流程圖
3.3 軌道板錨固植筋數(shù)量計(jì)算
3.3.1 錨固鋼筋數(shù)量n
n=F總/V
F總-溫度產(chǎn)生的剪力-軌道板與砂漿的粘結(jié)力;V-抗剪設(shè)計(jì)值。
3.3.2 溫度剪力F
每升溫1℃軌道板產(chǎn)生的溫度力
F(溫度力)=E×A×△T×α=165.75kn
E-混凝土彈性模量,32500MPa;A-軌道板橫斷面面積,軌道板厚度*寬度:200mm*2550mm;α-線漲系數(shù);取1*10-5
現(xiàn)場(chǎng)工況中軌道溫差△T取40℃:165.75KN*40=6630KN
軌道板與砂漿的粘結(jié)力取410KN,單邊取6.5塊板軌道板進(jìn)行植筋植筋
F總=6630-410*6.5=3965KN
3.3.3 考慮混凝土先于鋼筋破壞,V值取混凝土抗剪設(shè)計(jì)值Vc,
Vc=0.65*Vc0×f×fv×fβ=0.65*88.93KN=57.8KN
Vc0-混凝土邊緣破壞抗剪設(shè)計(jì)值;143.9KN;endprint
f-混凝土強(qiáng)度影響系數(shù),取0.6;
fv-邊、間距影響系數(shù),取1.03;
fβ-剪力方向影響系數(shù);取1;
單邊軌道板軌道板植筋數(shù)量n=F總/V=3760KN/57.8KN=68根
最終確定破損寬接縫兩邊各值7塊軌道板,植筋總數(shù)為136根。
3.4 鉆孔
3.4.1 根據(jù)計(jì)算得知,該處病害共14塊軌道板需鉆孔植筋,植筋共136根。植筋布置為以傷損寬接縫為中心往大小里程算起分別鉆孔植筋;8-16-10-10-8-8-8。
3.4.2 8根植筋的軌道板鉆孔位置在2、4、6、8承軌臺(tái),10根植筋的軌道板鉆孔在1、3、6、8、10承軌臺(tái),16根植筋的軌道板鉆孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成軌臺(tái),鉆孔孔位中心距離軌道板橫向中心線205mm,距離擋肩166.6mm。鉆孔深度要求為480mm,鉆孔直徑35mm。
3.5 植筋錨固
3.6 軌道板解鎖
錨固區(qū)軌道板植筋完成并達(dá)到強(qiáng)度后,鑿除已傷損的寬、窄接縫混凝土(板縫下砂漿不鑿除),解開張拉鎖件(如張拉鎖件完好,則可利用原張拉鎖件,張拉鎖不需取出)。接縫混凝土鑿除過程中采用棉絮或膠帶對(duì)板端及側(cè)面進(jìn)行封堵,混凝土雜物等不得進(jìn)入軌道板下離縫中。
3.7 板縫壓膠及軌道板修復(fù)
在軌道板與砂漿離縫的位置用1cm的鉆頭鉆孔,每個(gè)軌道板根據(jù)離縫大小情況單側(cè)鉆6-10個(gè)孔;在鉆孔的同時(shí),安排人員用植筋膠將板縫封閉;完成后在鉆好的孔內(nèi)安裝專用注漿嘴和高壓軟管,待植筋膠固化后,用TK-A型修補(bǔ)材料進(jìn)行板縫壓膠(我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)整治時(shí),現(xiàn)場(chǎng)采用熱風(fēng)機(jī),加速植筋膠的凝固)。在壓膠的同時(shí),可安排人員對(duì)軌道板表面剝落、掉角等情況,采用TK-H型修補(bǔ)材料進(jìn)行修復(fù)。注意:此處預(yù)留寬接縫兩端的7、8號(hào)軌道板不進(jìn)行板縫壓膠。
3.8 軌道板張拉、板間接縫澆筑
軌道板解鎖后,將寬接縫里的虛渣清除干凈,用張拉扳手從中間向兩邊對(duì)稱張拉,要求扭矩450N·m,張拉力50kN/根),張拉完成后,將寬接縫處清理干凈,用水潤濕,放入已綁扎好的接縫鋼筋籠(鋼筋籠必須經(jīng)過絕緣測(cè)試方可使用)采用TK-K型修補(bǔ)材料澆注軌道板窄接縫、寬接縫。
3.9 寬接縫相鄰軌道板植筋與板底注膠
待寬接縫澆筑完成后,對(duì)寬接縫相鄰7號(hào)和8號(hào)軌道板植筋8根/塊。軌道板植筋后,對(duì)7、8號(hào)軌道板進(jìn)行板底注漿,施工全部完成后,對(duì)鋼軌進(jìn)行精調(diào),使其滿足平順度要求。
4 結(jié)束語
(1)高速鐵路CRTSII型板式無砟軌道板脹板現(xiàn)象亦在特殊的高溫條件下發(fā)生,雖不常見,但發(fā)生后不及時(shí)進(jìn)行整治將對(duì)線路運(yùn)營造成安全隱患,此類病害在國內(nèi)、外尚屬首次出現(xiàn),整治設(shè)計(jì)方案、整治材料、施工工藝均無經(jīng)驗(yàn)可借鑒,本文所提及的整治措施是基于軌道板體系整體結(jié)構(gòu)受力的考慮,如何在不改變軌道板縱連受力體系的條件下,對(duì)病害處進(jìn)行快速、安全的修復(fù)。
(2)文中病害整治地段自2013年7月23日完成修復(fù)后,至2014年9月,經(jīng)歷一個(gè)高低溫循環(huán)周期考驗(yàn),并經(jīng)運(yùn)營單位認(rèn)定,現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查其軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好、修補(bǔ)材料無明顯變化,軌道平順穩(wěn)定。
(3)上述處置對(duì)策表明,對(duì)高溫產(chǎn)生的CRTSII型板出現(xiàn)的脹板現(xiàn)象我們所采用的修復(fù)方案可行、措施得力、安全、快速,可供今后借鑒。
參考文獻(xiàn)
[1]鐵道部工程管理中心.客運(yùn)專線鐵路無砟軌道施工手冊(cè)[M].中國鐵道出版社,2010.
[2]趙國堂.高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)[M].中國鐵道出版社,2006.
[3]王平,楊榮山,劉學(xué)毅,等,客運(yùn)專線無砟軌道設(shè)計(jì)理論與方法[M].西南交通大學(xué)出版社,2010.
[4]TB10621-2009 .高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[5]鐵運(yùn)(2012)83號(hào).高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)[S].endprint
f-混凝土強(qiáng)度影響系數(shù),取0.6;
fv-邊、間距影響系數(shù),取1.03;
fβ-剪力方向影響系數(shù);取1;
單邊軌道板軌道板植筋數(shù)量n=F總/V=3760KN/57.8KN=68根
最終確定破損寬接縫兩邊各值7塊軌道板,植筋總數(shù)為136根。
3.4 鉆孔
3.4.1 根據(jù)計(jì)算得知,該處病害共14塊軌道板需鉆孔植筋,植筋共136根。植筋布置為以傷損寬接縫為中心往大小里程算起分別鉆孔植筋;8-16-10-10-8-8-8。
3.4.2 8根植筋的軌道板鉆孔位置在2、4、6、8承軌臺(tái),10根植筋的軌道板鉆孔在1、3、6、8、10承軌臺(tái),16根植筋的軌道板鉆孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成軌臺(tái),鉆孔孔位中心距離軌道板橫向中心線205mm,距離擋肩166.6mm。鉆孔深度要求為480mm,鉆孔直徑35mm。
3.5 植筋錨固
3.6 軌道板解鎖
錨固區(qū)軌道板植筋完成并達(dá)到強(qiáng)度后,鑿除已傷損的寬、窄接縫混凝土(板縫下砂漿不鑿除),解開張拉鎖件(如張拉鎖件完好,則可利用原張拉鎖件,張拉鎖不需取出)。接縫混凝土鑿除過程中采用棉絮或膠帶對(duì)板端及側(cè)面進(jìn)行封堵,混凝土雜物等不得進(jìn)入軌道板下離縫中。
3.7 板縫壓膠及軌道板修復(fù)
在軌道板與砂漿離縫的位置用1cm的鉆頭鉆孔,每個(gè)軌道板根據(jù)離縫大小情況單側(cè)鉆6-10個(gè)孔;在鉆孔的同時(shí),安排人員用植筋膠將板縫封閉;完成后在鉆好的孔內(nèi)安裝專用注漿嘴和高壓軟管,待植筋膠固化后,用TK-A型修補(bǔ)材料進(jìn)行板縫壓膠(我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)整治時(shí),現(xiàn)場(chǎng)采用熱風(fēng)機(jī),加速植筋膠的凝固)。在壓膠的同時(shí),可安排人員對(duì)軌道板表面剝落、掉角等情況,采用TK-H型修補(bǔ)材料進(jìn)行修復(fù)。注意:此處預(yù)留寬接縫兩端的7、8號(hào)軌道板不進(jìn)行板縫壓膠。
3.8 軌道板張拉、板間接縫澆筑
軌道板解鎖后,將寬接縫里的虛渣清除干凈,用張拉扳手從中間向兩邊對(duì)稱張拉,要求扭矩450N·m,張拉力50kN/根),張拉完成后,將寬接縫處清理干凈,用水潤濕,放入已綁扎好的接縫鋼筋籠(鋼筋籠必須經(jīng)過絕緣測(cè)試方可使用)采用TK-K型修補(bǔ)材料澆注軌道板窄接縫、寬接縫。
3.9 寬接縫相鄰軌道板植筋與板底注膠
待寬接縫澆筑完成后,對(duì)寬接縫相鄰7號(hào)和8號(hào)軌道板植筋8根/塊。軌道板植筋后,對(duì)7、8號(hào)軌道板進(jìn)行板底注漿,施工全部完成后,對(duì)鋼軌進(jìn)行精調(diào),使其滿足平順度要求。
4 結(jié)束語
(1)高速鐵路CRTSII型板式無砟軌道板脹板現(xiàn)象亦在特殊的高溫條件下發(fā)生,雖不常見,但發(fā)生后不及時(shí)進(jìn)行整治將對(duì)線路運(yùn)營造成安全隱患,此類病害在國內(nèi)、外尚屬首次出現(xiàn),整治設(shè)計(jì)方案、整治材料、施工工藝均無經(jīng)驗(yàn)可借鑒,本文所提及的整治措施是基于軌道板體系整體結(jié)構(gòu)受力的考慮,如何在不改變軌道板縱連受力體系的條件下,對(duì)病害處進(jìn)行快速、安全的修復(fù)。
(2)文中病害整治地段自2013年7月23日完成修復(fù)后,至2014年9月,經(jīng)歷一個(gè)高低溫循環(huán)周期考驗(yàn),并經(jīng)運(yùn)營單位認(rèn)定,現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查其軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好、修補(bǔ)材料無明顯變化,軌道平順穩(wěn)定。
(3)上述處置對(duì)策表明,對(duì)高溫產(chǎn)生的CRTSII型板出現(xiàn)的脹板現(xiàn)象我們所采用的修復(fù)方案可行、措施得力、安全、快速,可供今后借鑒。
參考文獻(xiàn)
[1]鐵道部工程管理中心.客運(yùn)專線鐵路無砟軌道施工手冊(cè)[M].中國鐵道出版社,2010.
[2]趙國堂.高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)[M].中國鐵道出版社,2006.
[3]王平,楊榮山,劉學(xué)毅,等,客運(yùn)專線無砟軌道設(shè)計(jì)理論與方法[M].西南交通大學(xué)出版社,2010.
[4]TB10621-2009 .高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[5]鐵運(yùn)(2012)83號(hào).高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)[S].endprint
f-混凝土強(qiáng)度影響系數(shù),取0.6;
fv-邊、間距影響系數(shù),取1.03;
fβ-剪力方向影響系數(shù);取1;
單邊軌道板軌道板植筋數(shù)量n=F總/V=3760KN/57.8KN=68根
最終確定破損寬接縫兩邊各值7塊軌道板,植筋總數(shù)為136根。
3.4 鉆孔
3.4.1 根據(jù)計(jì)算得知,該處病害共14塊軌道板需鉆孔植筋,植筋共136根。植筋布置為以傷損寬接縫為中心往大小里程算起分別鉆孔植筋;8-16-10-10-8-8-8。
3.4.2 8根植筋的軌道板鉆孔位置在2、4、6、8承軌臺(tái),10根植筋的軌道板鉆孔在1、3、6、8、10承軌臺(tái),16根植筋的軌道板鉆孔位置在1、2、4、5、6、7、9、10成軌臺(tái),鉆孔孔位中心距離軌道板橫向中心線205mm,距離擋肩166.6mm。鉆孔深度要求為480mm,鉆孔直徑35mm。
3.5 植筋錨固
3.6 軌道板解鎖
錨固區(qū)軌道板植筋完成并達(dá)到強(qiáng)度后,鑿除已傷損的寬、窄接縫混凝土(板縫下砂漿不鑿除),解開張拉鎖件(如張拉鎖件完好,則可利用原張拉鎖件,張拉鎖不需取出)。接縫混凝土鑿除過程中采用棉絮或膠帶對(duì)板端及側(cè)面進(jìn)行封堵,混凝土雜物等不得進(jìn)入軌道板下離縫中。
3.7 板縫壓膠及軌道板修復(fù)
在軌道板與砂漿離縫的位置用1cm的鉆頭鉆孔,每個(gè)軌道板根據(jù)離縫大小情況單側(cè)鉆6-10個(gè)孔;在鉆孔的同時(shí),安排人員用植筋膠將板縫封閉;完成后在鉆好的孔內(nèi)安裝專用注漿嘴和高壓軟管,待植筋膠固化后,用TK-A型修補(bǔ)材料進(jìn)行板縫壓膠(我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)整治時(shí),現(xiàn)場(chǎng)采用熱風(fēng)機(jī),加速植筋膠的凝固)。在壓膠的同時(shí),可安排人員對(duì)軌道板表面剝落、掉角等情況,采用TK-H型修補(bǔ)材料進(jìn)行修復(fù)。注意:此處預(yù)留寬接縫兩端的7、8號(hào)軌道板不進(jìn)行板縫壓膠。
3.8 軌道板張拉、板間接縫澆筑
軌道板解鎖后,將寬接縫里的虛渣清除干凈,用張拉扳手從中間向兩邊對(duì)稱張拉,要求扭矩450N·m,張拉力50kN/根),張拉完成后,將寬接縫處清理干凈,用水潤濕,放入已綁扎好的接縫鋼筋籠(鋼筋籠必須經(jīng)過絕緣測(cè)試方可使用)采用TK-K型修補(bǔ)材料澆注軌道板窄接縫、寬接縫。
3.9 寬接縫相鄰軌道板植筋與板底注膠
待寬接縫澆筑完成后,對(duì)寬接縫相鄰7號(hào)和8號(hào)軌道板植筋8根/塊。軌道板植筋后,對(duì)7、8號(hào)軌道板進(jìn)行板底注漿,施工全部完成后,對(duì)鋼軌進(jìn)行精調(diào),使其滿足平順度要求。
4 結(jié)束語
(1)高速鐵路CRTSII型板式無砟軌道板脹板現(xiàn)象亦在特殊的高溫條件下發(fā)生,雖不常見,但發(fā)生后不及時(shí)進(jìn)行整治將對(duì)線路運(yùn)營造成安全隱患,此類病害在國內(nèi)、外尚屬首次出現(xiàn),整治設(shè)計(jì)方案、整治材料、施工工藝均無經(jīng)驗(yàn)可借鑒,本文所提及的整治措施是基于軌道板體系整體結(jié)構(gòu)受力的考慮,如何在不改變軌道板縱連受力體系的條件下,對(duì)病害處進(jìn)行快速、安全的修復(fù)。
(2)文中病害整治地段自2013年7月23日完成修復(fù)后,至2014年9月,經(jīng)歷一個(gè)高低溫循環(huán)周期考驗(yàn),并經(jīng)運(yùn)營單位認(rèn)定,現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查其軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好、修補(bǔ)材料無明顯變化,軌道平順穩(wěn)定。
(3)上述處置對(duì)策表明,對(duì)高溫產(chǎn)生的CRTSII型板出現(xiàn)的脹板現(xiàn)象我們所采用的修復(fù)方案可行、措施得力、安全、快速,可供今后借鑒。
參考文獻(xiàn)
[1]鐵道部工程管理中心.客運(yùn)專線鐵路無砟軌道施工手冊(cè)[M].中國鐵道出版社,2010.
[2]趙國堂.高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)[M].中國鐵道出版社,2006.
[3]王平,楊榮山,劉學(xué)毅,等,客運(yùn)專線無砟軌道設(shè)計(jì)理論與方法[M].西南交通大學(xué)出版社,2010.
[4]TB10621-2009 .高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[5]鐵運(yùn)(2012)83號(hào).高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)[S].endprint