板式无碴轨道CA砂浆施工工法.docx

板式无碴轨道CA砂浆施工工法

中铁十一局集团第三工程有限公司计测中心
二〇〇四年十二月
湖北.武汉

目 录
前 言…………………………………………. ……………………1
1. 工法特点 ……….………………………………. …… …………. 1
2. 适用范围………. …….. ……………………………..………….…1
3. 工艺原理及关键技术…………………………………..………………1
3.1 工艺原理………………………………………………………………....1
3.2 关键技术…………………………………………..……………………..2
4. 施工工艺……. ……………………………..…………..…………... 2
4.1 CA砂浆施工工艺流程………….…………………………..………... 2
4.2 CA砂浆板式无碴轨道施工工艺要点…….……………………..… 2
4.2.1 施工准备..…………………………………… 2
4.2.1.1 CA砂浆的组成材料准备………………….…………..……….. 2
4.2.1.2 基准点设置位置……………………. …………….……….. 2
4.2.1.3 场地清理..……………………..…………………………….. 2
4.2.1.4 轨道板的位置确定………. ………………….……..……...… 2
4.2.1.5 轨道板验收..……………………..………………….……… 3
4.2.1.6 轨道板侧面保护…………………. …………………..………… 4
4.2.2 轨道板安装…………. ……………………………………….….… 4
4.2.2.1 轨道板的起吊和缓冲……………………………….……………… 4
4.2.2.2 轨道板的支撑与调节………………………………..…………… 4
4.2.2.3 轨道板位置精确调整…………………………………. ……………4
4.2.3 轨道板的侧模安装及板顶防护…………………………. ……………5
4.2.3.1 轨道板的侧模安装…………………..…………………..……5
4.2.3.2 轨道板顶面防护……………….………………..……..…………5
4.2.4 CA砂浆组成材料的技术指标及计量要求………………..…..…..5
4.2.4.1 组成材料的技术指标………………………………………..… …5
4.2.4.2 计量要求……………..……………………….……..…… …..7
4.2.5 CA砂浆配合比设计…………………………………………..… … 7
4.2.6 CA砂浆拌合物性能及力学性能技术指标…………………..………7
4.2.7 CA砂浆搅拌制作工艺流程..……………………………..………7
4.2.7.1 CA砂浆组成材料的计量和运输……………………………….….7
4.2.7.2 CA砂浆材料的投料顺序和拌和工艺流程………………………….8
4.2.8 CA砂浆的性能试验……………………………………………….…..9
4.2.9 CA砂浆的灌注…………………………………………….……….. 9
4.2.10 CA砂浆养生及支撑螺栓、侧模的拆除……………………..……10
4.2.11 CA砂浆垫层边坡修整……………………………………...….…10
5．板式无碴轨道CA砂浆灌注施工机具设备………………………………10
6. 劳力组织………… ……………………………………………..…….12
7. 安全、环境和质量保证措施………….…….……..……………......12
8. 技术经济分析………………………………………….……….……...13

板式无碴轨道CA砂浆施工工法

前言
CA砂浆是板式无碴轨道结构弹性调整层的关键组成部分。它是由水泥、乳化沥青、UEA型膨胀剂、细骨料、水、铝粉、消泡剂、引气剂等原材料在常温下经特殊工艺搅拌而制成的。它利用水泥吸水水化加速乳化沥青破乳，由水泥水化物和沥青裹覆砂形成一种立体网络，具有流动度好、可工作时间长、早期有膨胀、后期收缩小等特点，其力学特点在于刚柔并济，以柔为主。中铁十一局集团第三工程有限公司于2001年11月在秦（皇岛）沈（阳）客运专线狗河特大桥上进行的板式无碴轨道施工，2004年6月又在北京东郊铁科院试验基地进行的高速铁路板式无碴轨道现场模拟试验，是CA砂浆板式无碴轨道在我国研制和施工的具体体现，取得了良好的经济效益与社会效益。为了进一步提高CA砂浆板式无碴轨道在施工中的运用，我们不断探索和不断总结形成了本工法。
1. CA砂浆工艺原理及关键技术
1.1 工艺原理
1.1.1 利用CA砂浆特有的流动性布满轨道板底。
1.1.2 利用轨道板上预留CA砂浆注入孔和板底四周充分排除板底的空气，使轨道板板底的CA砂浆饱满。
1.1.3 利用CA砂浆不泌水、不收缩的特性使硬化后的CA砂浆弹性调整层与轨道板之间形成统一整体。
1.2 关键技术
1.2.1 轨道板定位安装
1.2.2 CA砂浆配合比设计
1.2.3 CA砂浆搅拌制作工艺
1.2.4 CA砂浆灌注工艺

2 CA砂浆施工工艺流程及施工方法
施工工艺
4.1 CA砂浆施工工艺流程
CA 砂浆板式无碴轨道施工工艺流程见图4-1
4.2 CA砂浆板式无碴轨道施工工艺要点
4.2.1 施工准备
4.2.1.1 CA砂浆的组成材料准备
（1）CA砂浆的组成材料应按规定的技术指标进行选择、采购和鉴定。
（2）在施工现场合适地点每10km建设一个临时储料仓库：乳化沥青、水泥、砂子及外加剂各一间，每间面积约30m2。乳化沥青最好选择桶装产品；水泥为精品袋装；砂子按50kg/袋分袋储存。
4.2.1.2 基准点设置位置
在凸形挡台上设立轨道板中心线及水平基准点，在挡碴墙和路肩上设轨道顶面标高基准点。
4.2.1.3 场地清理
彻底清除混凝土基座顶面及凸形挡台四周的砂、土、水、浮碴等杂物。
4.2.1.4 轨道板的位置确定
轨道板安装前，用高精度经纬仪反复测量，在基座顶面和凸形挡台顶面用墨线准确弹出轨道板中线，再根据设计轨道板的型号，在基座上标出轨道板型号并画出轨道板安装的准确位置。
4.2.1.5 轨道板验收
轨道板运抵工地前，要进行外观尺寸、平整度、预埋件和各种孔洞位置等的检查验收，不符合设计要求的，禁止运往工地。
4.2.1.6 轨道板侧面保护
为了避免轨道板侧面被灌注时可能溢出的CA砂浆污染，需在其四周侧面下底线往上粘贴10cm宽的不干胶带。

砂
质量检查与验收
侧面CA砂浆修整
模板拆除
CA砂浆养生
CA砂浆拌合
轨道板调整与检查
轨道板安装
模板安装及薄膜铺设
准备原材料
UEA膨胀掺合材
配料计量
不 合 格
不 合 格
轨道板底CA砂浆注入
凸形挡台CA砂浆注入
养 生
水 泥
其 它
CA砂浆性能试验
乳化沥青
水
轨道板底CA砂浆注入
凸形挡台CA砂浆注入
质量检查与验收
养 生
侧面CA砂浆修整
模板拆除
CA砂浆养生
CA砂浆拌合
基座中线测量并弹线
轨道板调整与检查
轨道板安装
轨道板检查验收
模板安装及薄膜铺设
准备原材料
砂
掺合材
水 泥
配料计量
不 合 格
不合格
不 合 格
质量检查与验收
侧面CA砂浆修整
模板拆除
CA砂浆养生
CA砂浆拌合
基座中线测量并弹线
轨道板调整与检查
轨道板安装
轨道板检查验收
模板安装及薄膜铺设
准备原材料
掺合材
配料计量
不 合 格
不合格
不 合 格
基座中线测量并弹线
轨道板检查验收
不合格

图4-1 CA砂浆施工工艺流程图

4.2.2 轨道板安装
4.2.2.1 轨道板的起吊和缓冲
轨道板的起吊采用25t汽车吊,并配以特制高刚度吊具,以确保轨道板在吊装过程中不发生扭曲。为了保证轨道板安装就位时与混凝土基座留有大约5cm的间隙，需在混凝土基座两端垫4根5cm×5cm ×50cm的小方木，此方木同时也是轨道板初步就位与混凝土基座之间的缓冲装置。用汽车吊将轨道板安放在基座的方木上，轨道板吊装就位时要慢放轻放，边放边用人工使板的纵横向位置基本正确，此后只作少量调整即可满足要求。
4.2.2.2 轨道板的支撑与调节
如何保证重达6t的轨道板底面与混凝土基座顶面之间留有约5cm厚的间隙以填充CA砂浆弹性调整层，也是板式无碴轨道施工的关键技术。采用专门设计的轨道板顶升架（见图4-2）使轨道板架空，同时调节板顶面标高和弹性调整层的厚度。使用时先将专用顶升架用螺栓借助轨道板侧面的预埋吊装螺栓孔将其固定，再用Φ32mm的支撑螺栓将轨道板顶起，然后用支撑架配合8t的液压千斤顶调节轨道板底面与混凝土基座顶面之间的距离。使用千斤顶时要注意四个千斤顶平衡用力，确保轨道板平行上升或下降。

图4-2 专用顶升架示意图
4.2.2.3 轨道板位置精确调整
安装好顶升架及千斤顶后，根据基座上放出的中线位置，人工调整使轨道板的中线与基座上的中线位置吻合，再用水准仪测量板顶四角及中心标高，通过轨道板的顶升架及支撑螺栓调整其顶面标高并取出木垫块。
4.2.3 轨道板的侧模安装及板顶防护
4.2.3.1 轨道板的侧模安装
采用厚2.0cm～2.5cm高10cm的木板作为侧模。侧模的底面立于混凝土基座上，侧模的顶面较轨道板底面高出5cm左右，距离轨道板侧面四周2.0cm～2.5cm。侧模底及接缝处垫以氨甲酸乙酯泡沫（也可用海绵代替）以防止漏浆。侧模的固定采用专用模板固定支架（如图4-3 ），固定时支架的一端卡住模板，支架的另一端利用轨道板顶面固定钢轨的螺栓孔固定于轨道板顶面。
4.2.3.2 轨道板顶面防护
侧模安装完毕后，再一次将轨道板上的泥土、木屑等杂物清理干净，然后勤在其顶面覆盖一层塑料薄膜,以防止灌注CA砂浆时污染板面。

图4-3 侧模固定支架示意图

4.2.4 CA砂浆组成材料的技术指标及计量要求
4.2.4.1 组成材料的技术指标
(1)水泥 必须采用早强型硅酸盐水泥，强度等级为42.5R，符合国家准GB175-1999技术要求。
(2) 细骨料 细骨料为天然河砂（严禁使用海砂），粒径规格为0.15—1.18mm,细度模数应在1.6~2.0之间，表观密度为2.59,含水率不大于1%,其他技术指标符合铁道部标准TB10210-2001技术要求。
(3) 膨胀剂 选用UEA型混凝土膨胀剂，符合JC476-2001的技术指标要求。具体见表4-1
表4-1 膨胀剂（UEA）技术指标
序号
指标名称
标准
序号
指标名称
标准
1
细度(%)
0. 08mm筛筛余
≤10
3
限制膨胀率
(%)
水 中·14d
≤0.02
1.25mm筛筛余
≤0.5
2
氧化镁含量(%)
≤5.0
空气中·28d
≤-0.02
(4) 沥青乳剂
沥青乳剂由中铁十一局集团与株州时代新材料有限公司联合研制而成,主要技术指标如表4-2
表4－2 沥青乳剂主要技术指标
序号
项 目
技术指标
序号
项 目
技术指标
1
外 观
浅褐色液体
4
密 度（20℃）( g/m3 )
1.03
2
恩氏粘度（25℃）
8.9
5
蒸发残留物含量，%
63.0
3
贮存稳定性·5d (%)
1.0

(5) 水
拌合水应清洁透明，pH≥7.0，其他技术指标应符合JGJ63-89标准，最好使用饮用水。
(6) 铝粉
铝粉为鳞片状铝粉，主要参数见表4－3。

表4－3 铝粉主要技术指标
序 号
项 目
技 术 指 标
1
外观
银白色粉状物
2
有机可溶物 ( % )
＜4.0
3
105℃挥发份 ( % )
≤10
4
细度 ( 目)
200-300
5
水面遮盖力 ( m2/g )
1.6
(7) 消泡剂
消泡剂为脂类消泡剂，比重为0.98。
(8) 引气剂
引气剂为MNC-AE型，符合GB8076-1997技术要求。
4.2.4.2 计量要求
配料时根据预先计算好的灌注一块板所需CA砂浆的数量,对各种材料进行精确计量。计量要求分别为：
(1) 水泥以每袋50kg计，不为整袋时用台秤计量，准确至0.1 kg；
(2) 乳化沥青、砂（用袋装）、水、膨胀剂用台秤计量，准确至0.1kg；
(3) 消泡剂、AE引气剂、铝粉用电子天平计量，准确至0.1g。
4.2.5 CA 砂浆配合比设计
通过课题组对CA砂浆组成材料及其拌合工艺的反复试验及研究，确定CA砂浆的基准配合比如表4－4。
表4－4　 CA砂浆基本配合比
组 成 材 料
水泥
膨胀剂
细骨料
沥青乳剂
水
铝粉
消泡剂
引气剂
配 合 比
0.9
0.1
2.0
1.6
0.1
0.00025
0.0005
0.00015
用量（kg/m3）
316
35
703
562
35
0.088
0.176
0.053

4.2.6 CA 砂浆拌合物性能及力学性能技术指标
CA 砂浆拌合物性能和力学性能见表4-5
4.2.7 CA砂浆搅拌制作工艺流程
4.2.7.1 CA 砂浆组成材料的计量和运输
首先用8t或5t的载重汽车将各种材料从临时储存仓库运至CA 砂浆灌注施工现场，（每次可运6块轨道板用CA 砂浆材料，运输距离最长时为10km），再用人工搬运到运输轨道平板车上计量，然后再将计量好的各种材料从运输轨道平板车上运到搅拌平板车上，搅拌轨道平板车上安放CA 砂浆搅拌机、发电机和CA 砂浆材料堆放。运输轨道平板车主要用来运输和存放CA 砂浆材料、计量器具。
序号
项 目
技术指标
序号
项 目
技术指标
1
流动度 （s）
16～26
7
砂浆温度（℃）
5--30
2
可工作时间 （min）
≥40
8
膨胀率 （%）
1--3
3
密度 （kg/m3）
≥1300
9
抗压强度20℃（MPa）
1d
≥0.1
4
沁水率 （%）
0
3d
≥0.5
5
材料分离度 （%）
≤3.0
7d
≥0.7
6
含气量 （%）
8--12
28d
1.8--2.5
表4-5 CA砂浆拌合物性能和力学性能技术标准

4.2.7.2 CA 砂浆的投料顺序与拌和工艺流程
CA 砂浆组成材料要以一定的顺序投入搅拌机，具体步骤和拌和工艺如下：
（1）加入乳化沥青（又叫沥青乳剂），接着加水、消泡剂开始慢速搅拌，搅拌速度为每分钟60--80转。
（2）按顺序加入细骨料、膨胀剂、铝粉、引气剂，继续慢速搅拌。
（3）加入水泥，快速搅拌，搅拌速度为每分钟110--120转；快速搅拌3--5分钟后，停止搅拌。
（4）对CA砂浆进行密度、流动度、泌水率等性能检验；合格后方可进行灌注。
若检验不合格则需找出原因，重新拌制。
CA砂浆的投料顺序与拌合工艺流程见表4-6
表4-6 CA砂浆投料顺序与拌合工艺表
序号
投料顺序
搅拌时间
搅拌速度
序号
投料顺序
搅拌时间
搅拌速度
1
材料计量

6
膨胀剂

60－-80（rpm）
2
沥青乳剂

7
铝 粉

60－-80（rpm）
3
水

8
引气剂

60－-80（rpm）
4
消泡剂
开始搅拌
60－80（rpm）
9
水 泥
3－5（min）
110－-120（rpm）
5
细骨料

60－80（rpm）
10
性能试验

4.2.8 CA砂浆的性能试验
CA砂浆搅拌完毕后，应立即进行密度、流动度及空气含量检测,合格后方可灌注。灌注结束前做4组（每组3块）的CA砂浆抗压强度试件，以便对其进行不同龄期的抗压强度检验。
4.2.9 CA砂浆的灌注
4.2.9.1 CA砂浆从轨道板上预留的4个灌注孔注入（详见图4-4）。注入一般分两次连续进行，第一次灌至CA砂浆顶面与混凝土板底平齐且能用钢卷尺从轨道板与侧模之间的空隙测量到砂浆顶面与侧模板顶面之间的距离约为50mm时，迅速移动注浆漏斗并降低灌注速度进行第二次灌注，直到CA砂浆顶面与侧模板顶的距离约为20mm时停止灌注。

注：A型板长为4900mm、宽为2400mm、厚为190mm；B型板长为4765mm、宽为2400mm、厚为190mm。
图 4-4 轨道板CA砂浆注入孔示意图

4.2.9.2 第一次灌注时，先从1号孔注入，再从3号孔注入。从1号孔注入时，其余各孔和板底四周均可排气，待能从4号孔及轨道板与侧模间的空隙观察到CA砂浆时，转移到3号孔灌注，当能从2号孔和混凝土轨道板与侧模间的空隙观察到CA砂浆时，进行第二次灌注并降低注入速度。第二次灌注时，先从4号孔注入，再从2号孔灌入直到满足4.2.9.1条规定的参数为止。
4.2.9.3 为防止注入时带入空气，注入漏斗内料必须维持一定量。如需移动注入漏斗，需先用木塞塞堵，然后转移。
4.2.9.4 注入时随时检查模板，防止跑模、漏浆。
4.2.10 CA砂浆养生及支撑螺栓、侧模的拆除
4.2.10.1 CA 砂浆的养生,原则上采用自然养生，但在寒冷条件下时需采取保温措施。
4.2.10.2 CA 砂浆养生24小时后拆模，施工温度超过25℃时，可提前6小时拆除模板。
4.2.10.3 及时在注浆孔上安置橡胶防水塞，以防雨、雪水、杂物等渗入。
4.2.10.4 轨道板的顶升架支持螺栓必须在48小时后拆除，以保证CA砂浆有足够的强度可以承受轨道板自重产生的压力而不破坏CA砂浆的结构完整性。
4.2.11 CA砂浆垫层边坡修整
拆模后,立即按 45°的排水坡度铲除轨道板侧面的多余砂浆。操作时可先用50mm×50mm×500mm的方木紧贴CA砂浆侧面，用油灰刀铲平CA砂浆顶面，再用 ∠30mm×30mm×3mm的角铁紧贴CA 砂浆侧面孔做标尺将CA砂浆表面铲出规定的坡度。
5．板式无碴轨道CA砂浆灌注施工机具设备
本工法所需机具设备分为两个部分，一是CA砂浆组成材料试验和CA砂浆配合比设计及其物理力学性能检验设备（见表5-1），二是CA砂浆板式无碴轨道的施工机具和设备（见表5-2）。特别提出的是为满足施工的需要，我们开发研制了CA砂浆搅拌机。搅拌机电机功率为22kw，容积0.9m3，皮带传动,两种转速:快搅150r/min，慢搅60r/min；底部设有出料口,为满足低温时施工的需要，搅拌机上设有加温装置，常温下或温暖气候条件下可不打开加温装置。为使水泥投入时分散均匀，投料口上设有料斗，料斗底部设有钢筋网。施工时，将搅拌机固定在走行平台上，通过临时铺设的行走轨完成移动。出料口接有蛇形钢丝管，通过钢丝管将CA砂浆输送到注浆漏斗，通过出料口阀门开关来控制灌注速度。
表 5-1 主 要 试 验 仪 器 设 备 一 览 表
序号
仪器名称
规 格/ 型 号
精度或分度值
生 产 厂 家
单位
数量
1
CA砂浆搅拌机
15L
-
北京京申仪器厂
台
1
2
万能试验机
SWE-5
0.001kN
山东威海仪器厂
台
1
3
压力试验机
NYL-300
0.2 kN
无锡建筑仪器厂
台
1
4
鼓风干燥箱
SY101-2
5
天津三水科仪厂
台
1
5
电子天平
JD2002-2
0.01g
沈阳电子仪器厂
台
1
6
恩式粘度仪
WBE-14
-
上海昌吉仪器厂
台
1
7
游标卡尺
0-150mm
0．02mm
沈阳量具厂
把
1
8
秒 表

0．1秒
上海秒表厂
只
1
9
李氏比重瓶

0．1ml
天津玻璃仪器厂
个
4
10
容积升
1升

北京京申精仪厂
个
1
11
容积升
2升

北京京申精仪厂
个
1
12
漏 斗
日式
640ml
北京京申精仪厂
个
1
13
百分表
0-10mm
0．01mm
桂林量具刃具厂
个
20
14
千分表
0-10mm
0．001mm
桂林量具刃具厂
个
4
15
磁力表座

北京京申精仪厂
个
20
16
试 模
70.7Χ70.7Χ70.7mm

北京京申精仪厂
条
30
17
试 模
70.7Χ70.7Χ220mm

北京京申精仪厂
条
60
18
试 模
100Χ100Χ400mm

北京京申精仪厂
组
30
19
试 模
Ф 50Χ50mm

北京京申精仪厂
个
10
20
振动摇筛机
多 功 能

无锡建筑仪器厂
台
1
21
砂 筛
Ф300

无锡建筑仪器厂
套
1
22
水泥检验设备
ISO

无锡建筑仪器厂
套
1
23
玻璃仪器
各 规

天津玻璃仪器厂
套
1
24
化学试剂
硫酸钠溶液

天津化学试剂厂

表 5-2 CA 砂 浆 灌 注 主 要 施 工 机 具 一 览 表
序号
机具名称
型号规格
数量

序号
机具名称
型号规格
数量
1
CA砂浆搅拌机
0.9m3
1台

10
运输配料汽车
8/5t
2台
2
吊 车
25t
1台

11
电子台秤
100kg
2台
3
轨道板吊具
--
1套

12
电子秤
30kg
2台
4
注浆漏斗
Ф70cm×26cm
3个

13
电子天平
2000g/0.1g
2台
5
顶升架
--
8台

14
走行轨
38kg/m
2×35m/ 1套
6
侧模固定支架
--
20个

15
沥青桶（带闸阀）
150l/75l
2/3个
7
水平仪
--
2台

16
水桶（带闸阀）
100l/50l
2/3个
8
轨道平板车
5×3m
2台

17
其他盛器

7个
9
全钻仪
西德
1套

6. 劳力组织
CA砂浆板式无碴轨道现场灌注每块板所需劳力组织情况见表6-1。
表 6-1 劳 力 组 织 表
序号
工 种
人 数
序号
工 种
人 数
1
吊车司机
2
8
管道工
-
2
测量工
2
9
电 工
1
3
安全员
1
10
灌注工
3
4
试验员
2
11
汽车司机
2
5
搅拌机操作手
1
12
杂 工

6
木 工
2
合计
20人
7
技术员
3

7. 安全、环境和质量保证措施
7.1 在施工中，应严格控制原材料的质量和计量准确,严格遵守有关施工规则和技术要求，并重点做好环境保护和安全防范工作。
7.2 成立精干高效的现场指挥机构和技术保证机构，做到统一指挥。
7.3 设立专职安全员现场值班，确保施工安全。
7.4 作业时，严禁乱扔杂物和乱排污水，加强环境保护。
7.5 搅拌机操作员严格按操作规程进行操作。
8. 技术经济分析
　　 秦沈客运专线狗河大桥CA砂浆板式无碴轨道灌注施工和北京东郊铁科院试验场CA砂浆模拟试验中，采用CA砂浆搅拌机、轨道板的顶升架，侧模固定支架等工装，可靠程度高，能重复使用，操作简单，操作人员劳动强度低，工作效率高。施工成本低，经统计分析，本工法采用的国产CA砂浆组成材料与日本进口材料相比，可节约成本近40%。在秦沈客运专线施工期间，国务院监察办领导、铁道部傅志寰部长、蔡庆华副部长等亲临现场进行视察指导，给予了很高评价，并得到了各级专家的好评。