高速铁路岔区板式无砟轨道充填层自密实混凝土配合比设计及应用研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要：本文主要根据中国水利水电第八工程局有限公司承建的京沪高速铁路高速铁路岔区板式无砟轨道道岔充填层自密实混凝土配合比设计及现场施工应用研究，总结自密实混凝土配合比设计方法，以便于在今后的类似工程中起到参考借鉴的作用，缩短经验摸索的时间。
　　关键词：高速铁路无砟轨道道岔自密实混凝土配合比应用
　　1. 工程概述
　　京沪高速铁路是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路，是我国《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项工程，京沪高速铁路全长1318km，本线高速列车和跨线列车混合运行，采轨道类型为无砟轨道，设计最高速度350km/h、运行时速为300 km/h。京沪高铁全线设有北京南站、天津西站、济南高速站、南京南站和上海虹桥站5个始发终到站，此外，京沪线还设有16个中间停靠站；曲阜东站是16个中间停靠站中的一个，处于三标段泰安西站和滕州东站之间，为2台4线，设正线2条、到发线4条站场。
　　2. 技术特点
　　高速板式无砟轨道道岔是高速铁路不可缺少的线路设备，是铁路轨道的一个重要组成部分，是高速铁路核心建造技术之一，工程质量直接决定高速铁路的安全性、舒适性和耐久性。道岔结构从下至上分为：道岔板路基垫层、道岔底座充填层、道岔板三层混凝土结构；其道岔充填层（也称底座）为钢筋混凝土结构，采用流动性能良好的自密实混凝土灌注施工。曲阜东站正线道岔类型为18号道岔，共为8组道岔，其中4组为单开道岔、另外4组为渡线道岔，累计道岔板152块，单块面积最大的底座长5.60m、宽2.89m。
　　道岔底座充填层自密实混凝土灌注施工措施为从长度方向（结构设计限制）一端通过集料斗/罐车+溜槽的方式一次灌注完成，因而底座具有板腔小、钢筋密集、灌注流动离长等施工难特点。如何配制出性能良好的自密实混凝土，以及现场合理的控制自密实混凝土入灌扩展度是本道岔系统充填层自密实混凝土施工的关键。
　　3. 混凝土技术要求
　　 根据工程施工技术需要，中国铁道科学研究院制定了《京沪高速铁路道岔板充填层自密实混凝土暂行技术》（以下简称《技术条件》）作为混凝土配合比设计及施工质量控制的依据。根据《技术条件》要求无砟轨道道岔道岔充填层自密实混凝土有如下技术要求，如下表1示。
　　自密实拌合物技术要求参考值
　　项目 标号 级配 坍落扩展度, mm T50,
　　s BJ,
　　mm 泌水率，
　　% L型仪，
　　H2/H1 T700L,s 盐冻 干燥
　　收缩（10-6）
　　l C40 DMax
　　≤16mm ≤700 2～6 ＜18 0 ≥0.9 10-18 ≥28次 ≤400
　　4. 配合比设计
　　4.1 骨料级配、的选择
　　根据《技术条件》要求，无砟轨道道岔充填层自密实混凝土最大粒径宜控制在16mm以下；同时结合本单位粗骨料按5～10、10～20、20～31.5碎石的分级生产、堆放、使用的特点，本工程无砟轨道道岔充填层自密实混凝土采用5～10连续级配骨料；细骨料采用洁净的河砂，含泥量≤2.0%，细度2.5。
　　4.2 配合比参数及试验成果
　　自密实混凝土配合比设计采用山东鲁城P•O42.5水泥（掺合料为6%的石灰石），山东邹县发电厂生产的I级粉煤灰、掺量30%；配合比选定水胶比0.31，外加剂采用陕西高新建材有限公司生产LGS-XC聚羧酸高性能减水剂、掺量1.2%，砂率53%，LGN-9膨胀剂内掺10%。
　　配合比参数
　　项目 标号 级配 水胶比 粉煤灰掺量，% 配合比（单方混凝土材料用量kg/m3）
　　 水 水泥 粉煤灰 砂 碎石 减水剂 膨胀剂
　　l C40 一 0.31 30 180 366 157 816 723 6.97 58
　　混凝土拌合物性能测试结果
　　项目 标号 坍落扩展度, mm T50,
　　s BJ,
　　mm 泌水率，
　　% L型仪，
　　H2/H1 T700L,s
　　实测值 C40 680 2.5 14 0 0.92 11.1
　　标准要求 C40 ≤700 2～6 ＜18 0 ≥0.9 10-18
　　混凝土力学性能测试结果
　　项目 抗压强度(MPa) 抗盐冻（28次） 干燥
　　收缩（10-6） 电通量
　　（C） 抗裂性
　　 7d 28d 质量剥落量
　　（g/m2） 相对动弹性模量%
　　实测值 36.2 52.8 83.8 90.3 270 710 无裂纹
　　标准要求 / C40，
　　＞48.2 ≤1500 ≥80 ≤400 ≤1000 无裂纹
　　试验结果表明：所设计的配合比性能满足《技术条件》要求。
　　4.3 现场工艺试验
　　高程控制是京沪高速铁路是否能满足列车高速运行的关键，为了使道岔板的施工高程满足设计精度要求，道岔板的铺设施工采用了垫层施工――道岔板粗铺设――道岔板高程精调――充填层自密实混凝土灌注施工，为了掌握所设计的配合比实际的可灌性，评判配合比是否具有一次灌注成功性能，同时掌握灌注后自密实混凝土与道岔板接触界面质量形态。作为控制依据，京沪公司制定了《京沪高速铁路道岔板充填层自密实混凝土现场工艺性试验管理实施细则（试行）》（以下简称《管理细则》），要求各道岔施工单位必须进行现场自密实混凝土现场工艺性试验；《管理细则》规定；现场工艺试验要求进行两块至少5m×2m的模拟板灌―揭板试验，分别自长度方向一次灌注自密实混凝土充盈饱满；混凝土终凝后，揭板检查表面无松软发泡层，切开断面上骨料分布均匀，无骨料堆积、浆骨分离；出浆附近的断面砂浆层厚度不宜大于20mm，表面无上下贯通气孔、蜂窝现象；最大气泡不宜大于60cm2，或面积6cm2及以上气泡的面积之和不宜超过板底面积的2%。
　　通过现场工艺试验结果表明，所设计的配合比满足道岔板充填层一次灌注充盈饱满的流动性能，同时混凝土形态、与道岔板接触界面的表面质量满足《管理细则》规定要求。
　　5. 施工质量控制
　　自密实混凝土坍落扩展度是道岔板施工控制的关键。当混凝土坍落扩展度大于750mm时，混凝土极容易出现浆骨分离现象，因而坍落扩展度宜控制在700以内；另有试验数据表明当坍落扩展度小于670时，混凝土粘度大，自密实混凝土无法通过钢筋网及扁窄空腔粘阻力的障碍、一次性灌注饱满5.60×2.89等大板的要求，因而现场灌注的自密实混凝土宜控制在670～720mm范围内。
　　自密实混凝土坍落扩展度损失是影响自密实混凝土灌注施工的关键因素，有试验数据表明，根据施工方式要求，当自密实混凝土自放出搅拌罐后20分钟内（混凝土吊运中转所需要的时间）坍落扩展度损失超过5cm时，即不能满足施工要求；原材料质量对自密实混凝土坍落扩展度损失影响比较大，除了有质量优良的聚羧酸高性能减水剂及水泥、粉煤灰等原材料质量满足标准要求且质量稳定外，粗细骨料的含泥量对混凝土坍落扩展度损失影响较大；有试验结果表明，当细骨料含泥量超过2%时，自密实混凝土坍落扩展度损失加剧，为有效抑制自密实坍落扩展度损失，宜选用含泥量小于1.0%的河砂以及洁净的水洗碎石；本工程通过选用优质外加剂、洁净的骨料、以及通过现场二次添加外加剂的办法顺利解决自密实混凝土坍落扩展度损失问题，保障工程顺利施工完成。
　　6. 结语
　　京沪高速铁路三标段曲阜东站无砟轨道道岔板充填层自密实混凝土采用低胶凝材料、高粉煤灰掺量技术所配制的自密实混凝土收缩小，体积稳定性好。经过现场实际工程检验，自密实混凝土在道岔板下充盈密实，无浮浆、浮泡、砂浆分层目前已完工道岔区自密实混凝土结构未见到有裂缝，整体性良好，所配制的自密实混凝土在扩展度不超过700mm的情况下即可实现岔区充填层灌注施工，解决了之前扩展度小于700mm无法灌注，而大于700mm又易离析、泌水的问题；在已建铁路工程中，岔区自密实混凝土胶凝材料用量通常在650~700kg/m3之间，本工程所配置的自密实混凝土配合比，胶凝材料用量仅为580kg/m3，每方自密实混凝土可节约成本21~36元。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-570870.htm