自密实混凝土充填层相关资料

中国铁道土木界科学地把握了高速铁路无砟轨道构建的基本规律，即线下工程基础稳固、轨道工程高精度化，并已据此成功地构建了具有世界一流水平的CRTSⅠ、Ⅱ型板式和双块式无砟轨道。为了适应中国铁路“走出去”战略需要，必须提升中国无砟轨道技术的自主创新，打造中国无砟轨道的自身品牌。为此，在总结我国既有无砟轨道研究与应用经验的基础上，结合无砟轨道再创新研究成果，研发并铺设了具有完全自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道。CRTSⅢ型板式无砟轨道是对既有无砟轨道的优化与集成，其主要创新点：改变了板式轨道的限位方式、扩展了板下填充层材料、优化了轨道板结构、改善了轨道弹性及完善了设计理论体系。板下填充层材料：CRTSⅢ型板式无砟轨道通过轨道板下两排U形筋，将内设钢筋网片的自密实混凝土与轨道板可靠连接成复合结构，结构整体性好，可以控制轨道板离缝、翘曲和板下填充层开裂；自密实混凝土与CAM充填层相比较，其工艺简单、性能稳定、耐久性好、成本低廉。板式轨道限位方式：CRTSⅢ型板式无砟轨道采用板下U形筋+自密实混凝土+底座凹槽的限位方式，彻底消除了Ⅰ型板的凸台、Ⅱ型板的端刺限位方式，同时也取消了作为板下充填层材料用的CA砂浆，从而简化了施工工艺，减少环境污染，降低工程投资。轨道弹性：轨道板改原用无挡肩板为有挡肩板，配套弹性不分开式扣减，有利于降低轨道刚度，提高轨道弹性。CRTSⅢ型板式无砟轨道已在成灌铁路成功铺设，迄今运营状态良好。武汉城市圈城际铁路已确定铺设再经优化、完善后的CRTSⅢ型板式无砟轨道，同时，铁道部已批复在盘营客专、沈丹客专铁路上推广应用。CRTSⅢ型板式无砟轨道板为有挡肩、双向后张法预应力钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C60，按60年使用寿命设计；板上设置承轨槽，承轨面设置1:40轨底坡，配套有挡肩扣减，可采用低刚度钢轨扣件；板下设置两排U形连接钢筋，通过与内设钢筋网片的自密实混凝土紧密联结，形成复合板结构，以期防止轨道板离缝或自密实混凝土裂缝的出现；轨道板长度，自然是越长越重，安放后越稳定，越有利于提高工效，但受到预制、运输的限制，以及考虑到集成一旦变形起道整修的困难和曲线地段铺设等问题，又不宜过长，一般以5-7m左右为限，现行轨道板标准长度，Ⅰ型板长4962mm，扣件间距629mm，板长4856mm，扣件间距617mm，Ⅱ型板长6450mm扣件间距650mm，Ⅲ型板长5350mm，扣件间距687mm。路基段平面布置及纵断面图隧道内纵连板式结构如下：板间有无连接问题：根据视钢轨和轨道板为弹性地基上梁板弯曲变形模式的计算结果可知，如果轨道板足够长，则板端和板中的钢轨挠度差将会很小，并且车轮荷载通过时，相邻板两端的错位也较小，因此没有必要把轨道板连接起来。目前：Ⅰ型板在路桥隧对段均为单元板，板间无连接；Ⅱ型板在路桥隧地段为纵连板，板间有连接；Ⅲ型板，成灌市域铁路在桥隧地段为单元板，路基地段为纵连板，武汉城市圈城际铁路已定在路桥隧地段均采用单元板，板间无连接。梁上配板：板缝一般为70-100mm，Ⅰ型板：32m梁5*4962+2*3685+6*70=32600mm，24m梁：5*4856+4*80=24600；Ⅱ型板连续配板，板间需连接，形成纵连扳；Ⅲ型板：32m梁6*5350+5*100=32600mm，梁缝处扣件间距为641mm，24m梁5*4856+4*80=24600mm，梁缝处扣件间距为637mm。自密实混凝土：板下填充层为板式轨道系统的重要组成部件，位于板与混凝土底座之间，起到填充调整、承力传力的作用，全面均匀地支撑轨道板，消除轨道板与底座之间间隙，便于调整轨道高低，承受轨道板传来的垂向力和纵横向水平力，并把它传递给底座和限位装置，分散列车荷载，起到填充调整、承力传力的作用；Ⅰ型板采用低弹性模量200-300MPa的乳化沥青水泥砂浆（简称CAM）填充层材料，雷同日本的CA；Ⅱ型板采用高弹性模量7000-10000MPa的乳化沥青水泥砂浆材料，雷同德国的BZM；Ⅲ型板采用弹模高至20000MPa以上的自密实混凝土填充层材料。从表3.3.1计算结果可知，砂浆垫层弹性模量对轨下基础刚度没有影响，难以给板式轨道系统提供弹性作用，设计CAM填充层的压缩变形为0.074mm，实测CAM填充层的动位移为0.07-0.1mm，变形很小，起不到缓冲作用，真正在板式轨道系统中起弹性作用的是，扣件组成中弹性垫板刚度的大小，当弹性垫板刚度从60kN/mm降至30kN/mm时，无论砂浆垫层弹性模量如何，轨下基础弹性几乎提高1倍。对于填充层而言，寿命主要是指其耐久性，而耐久性又主要体现在填充层砂浆的干燥收缩性、耐水性和耐候性等方面，CA砂浆对温度非常敏感，为防止夏天凝胶，冬天粘度增大，必须严格管理其可使用时间及流动性，现场作业实践证明，CA砂浆质量难以控制，还有诸如材料、拌合、注入、工艺、设备和环保等多方面的投入问题，特别是大量使用时的成本低廉性问题，因此选择自密实混凝土作为一种新型板下填充层材料是明智的，为能在薄平板的轨道板下面高效形成均匀的填充层，仍然必须严格管理其流动性，确保板下填充层的灌注质量。自密实混凝土是由水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、外加剂、膨胀剂和水等经配制而成，参考配合比（kg/m³）为：水泥400、矿粉200、砂845、碎石719、水185、减水剂6.6、膨胀剂36、保水剂0.24和增粘剂3。在自密实混凝土填充层内，配制HRB335φ12钢筋网片，以便与带有U形筋的轨道板紧密连接，同时可起到控制自密实混凝土裂缝的生成与扩张；强度等级为C40，要求其具有高流动度、不离析、填充均匀性和稳定性的性能，浇筑时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实的混凝土，其自有收缩率应小于万分之三；自密实混凝土的自密实性能包括流动性、抗离析性和填充性，可采用坍落扩展度试验、V漏斗试验（或T50试验）和U型箱试验进行检测，其性能指标应符合表3.3.2的要求。实践经验：自密实混凝土需要较大的流动性能，塌落扩展度宜控制在710-730mm左右为宜，最低不能低于680mm，否则将会影响混凝土的可灌性；为要确保灌注硬化后的混凝土结构内部密实、均匀，又不分层、不离析、不泌水，在配合比调试拌合过程中，应添加一定量的外掺料来提高混凝土的性能；为改善自密实混凝土的和易性能，应掺入较大量的矿物掺合料，以降低混凝土水化热，同时掺入一定量的混凝土膨胀剂，以补偿混凝土收缩，防止混凝土开裂；自密实混凝土用水量不宜过高，在保证自密实混凝土的流动性能前提下，应尽量降低水胶比，所以应采用聚羧酸系列高效减水剂，而且由于线路施工长，必须确保混凝土的可工作时间，混凝土从搅拌、运输到灌注都必须要有良好的工作性能；采用自密实混凝土灌注形成的板下填充层，对精调后的轨道板位置、标高精度影响较小，影响误差在允许范围内；硬化后的自密实混凝土层与轨道板接触面，有可能会产生微小、均匀分布的气孔，但不会影响混凝土与轨道板的粘结效果，对板式无砟轨道结构的使用和耐久性能影响较小；在灌注硬化后的混凝土与轨道板的四周接触界面处，由于新老混凝土的收缩速率不一致，有可能产生收缩裂纹，因此，施工中应加强养护，并采用防水处理，避免产生危害。底座凹槽尺寸：每块轨道板板下的底座两端，各设置一个凹槽，凹槽四周设有10mm厚的复合弹性橡胶垫层，底部设置隔离层，槽中配有钢筋，成灌市域为600*400，深度同底座厚度，武汉城市圈为1000*700，深度为100。自密实混凝土厚度：Ⅲ型板与自密实混凝土层复合成一体，形成紧密连接的“复合板”结构，但由于两者弹性模量、灌注时间不同，同时界面连接处还承受列车荷载负弯矩、温度梯度等作用下的上拔力，以及列车荷载、自密实混凝土收缩徐变等传来的水平剪力作用，将使两者有分离的趋势，因此，在轨道板与自密实混凝土间应设置连接钢筋，为保证连接门型钢筋具有可靠的锚固作用，自密实混凝土层的厚度定为100mm。