CRTS I 型CA砂浆充填层典型施工质量问题分析及控制措施

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翻新时间：2023-02-19

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CRTS I 型CA砂浆充填层典型施工质量问题分析及控制措施

摘要：本文在成绵乐城际铁路CRTS I 型板式无砟轨道结构水泥乳化沥青（CA）砂浆充填层施工的基础上，针对施工过程中容易出现的三个典型质量问题，轨道板与充填层之间脱空，充填层表面褶皱和油污污染进行了详细介绍，并重点分析了这些问题产生的原因，对结构的危害以及控制措施，以供同行参考。

Abstract： In view of the construction of CA mortar filling layer of the CRTS I type plate ballastless track structure in Chengdu-Mianyang-Leshan High Speed Railway， this paper introduces the three typical problems in the construction： pavement between track plate and pack， filling layer surface folding and oil contamination pollution. The causes， damages and control measures of these problems are analyzed for reference.

关键词：水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）；充填层；施工质量；CRTS I型板式无砟轨道结构

Key words： cement-emulsified asphalt mortar （CA mortar）；filling layer；construction quality；CRTS I type plate ballastless track structure

1 简介

水泥乳化沥青砂浆的主要成分是水泥、沥青、细硅砂等，是一种有机无机复合材料，由于其中还包括大量的表面活性形成，如引气剂，减水剂等，使得其组成非常复杂，施工质量容易受施工环境、机械设备、物流组织等等的影响。为了保证CA砂浆充填层的施工质量，对施工工艺提出了更加严格，精细化的要求。本文将介绍在成绵乐城际铁路全线首件工程和中铁五局标段内CA砂浆充填层的灌注施工过程中，施工工艺从生疏到熟练，特别是在线下工艺性试验和首件工程中不断摸索，不断改进的历程，对施工过程中容易出现的典型施工质量问题，进行详细分析，并重点介绍如何避免或减少这些施工质量问题的技术措施。

2 CA砂浆充填层典型施工质量问题

2.1 轨道板与CA砂浆充填层脱空

2.1.1 轨道板与CA砂浆充填层脱空现象产生的原因及其危害

根据规范[3]的规定，CA砂浆充填层施工完毕后，用0.6mm的直尺插入测量轨道板边或板角与充填层之间的空隙，要求其插入量不能超过5mm。控制这项指标的原因是，如果轨道板与充填层之间脱空过大，雨水就容易进入其间，导致①当列车在高速运动的过程中，轨道板对CA砂浆充填层产生动水压冲击破坏[4]；②在寒冷地区，容易产生结冰，一方面体积膨胀，另一方面，坚硬冰块在动荷载作用下，破碎成冰渣，对CA砂浆充填层产生破坏。

但实际工程中发现：

①轨道板角处容易产生脱空现象；

②气温高季节（5月中旬―9月中旬）施工灌注的充填层容易出现脱空现象；

③气温较低季节（10月初期-第二年5月初）灌注的充填层不容易出现脱空现象，但到气温高季节时，又会出现脱空现象。

导致出现这种现象有两个方面原因：

①施工原因：灌注施工前，没有对CA砂浆性能进行检测，砂浆膨胀率过低[2]；施工过程中，充填层没有灌注饱满就停止灌注，灌注完后没有进行补浆和持压工序。

另一方面，热胀冷缩是混凝土材料固有的物理性能，如果气温高、日照强，轨道板体内温差变化无法避免，轨道板肯定会产生翘曲变形，容易出现充填层脱空现象。因此，在气温低的季节，轨道板与充填层紧密贴合，但在气温高的季节，在傍晚时分轨道板与充填层之间会产生脱空现象。

①错误的技术措施：

为了消除轨道板与充填层之间的脱空现象，在线下工艺性试验过程中不断摸索，但由于对整个CA砂浆充填层施工质量认识不足，出现了一些错误的技术措施，反而衍生了其他施工质量问题。 1）加大灌注袋尺寸：为了防止出现脱空现象，采用加大灌注袋尺寸的办法，这种方法虽然在表面上防止了脱空现象，但一方面在气温高的季节，脱空现象并不会真正消失，另一方面，还产生了其他的质量问题：

第一，加大灌注袋尺寸后，往往会产生如图2的现象。

从图中可见，由于灌注袋尺寸过大，相邻充填层相互挤压，在充填层周围形成一突起带，形成的突起带会导致排水不畅，加剧动水压破坏。

第二，灌注袋尺寸过大，在轨道板半圆处砂浆充填层突出占用了凸形挡台周围用来灌注凸台树脂的空间，减小凸台树脂的灌注高度（见图3所示），高速列车运行过程中，凸形挡台与轨道板之间缓冲受力树脂面积减少，容易导致凸台根部破坏。

2）在灌注CA砂浆过程中，采用木方固定在轨道板角处，灌注完形成一垂直面，见图4所示。

由图4可见，充填层在板角处形成垂直面不利于雨水排除反而会加剧动水压的冲刷破坏；另一方面，如果CA砂浆膨胀率低，灌注不饱满，垂直面内有可能并没有完全密实成型，还有可能导致垂直面应力集中破坏。

3）在CA砂浆初凝后，人为挤压板角处的砂浆，迫使充填层与轨道板密贴，见图5所示，但显然会在轨道板角处发生应力集中破坏。

②正确的技术措施：

2）控制施工环境温度：最好在气温低的季节中进行CA砂浆灌注施工；如果没有办法避开气温高季节，只能在晚上施工，并在灌注施工前，在轨道板面上喷射一层水雾（不能有积水），进一步降低轨道板面温度，在轨道板产生往上变形的情况下灌注CA砂浆充填层。

2.2 充填层表面褶皱

2.2.1 充填层表面褶皱产生的原因及其危害

在有关充填层质量验收标准[3]中，并没有对充填层表面的褶皱做出规定，但是如果不控制褶皱数量，褶皱深度深，特别是出现如图6（3）中在充填层边缘存在可见的褶皱，一方面雨水容易进入褶皱内积聚，形成动水压破坏，还容易出现结冰破坏；另一方面，褶皱是充填层中最薄弱部位，在高速列车运行冲击作用下，充填层很容易沿着褶皱方向断裂。因此，必须要保证充填层表面光滑，无明显褶皱。

2.2.2 控制充填层表面褶皱的技术措施

针对上述有关褶皱产生的三个原因，经过试验、施工摸索，总结的技术措施如下：

①为了防止由于灌注袋折叠产生的褶皱，要求在运输过程中采用滚筒或平板运输；仓库和现场存放必须保持水平摊放；当灌注袋插入轨道板与底座板之间后，应及时拉平固定。

②为了防止由于灌注施工引起的褶皱，应注意在灌注过程中拉平灌注袋；控制CA砂浆灌注速度和时间，不能时快时慢，灌注时间控制在4-5分钟左右。

③在工艺性试验阶段，要对不同厂家的灌注袋进行对比优选，选用与CA砂浆兼容性好的灌注袋，见图7所示。

由图可见，将新拌CA砂浆放置在不同的灌注袋表面后，左图中的灌注袋与CA砂浆之间发生了毛细浸润现象，但右图中的灌注袋与CA砂浆不浸润。当CA砂浆在灌注袋中流动时，左图中的CA砂浆与灌注袋之间的摩擦阻力大，容易产生大量如图6（4）中的灌注褶皱，而右图中的灌注袋对砂浆流动的摩擦阻力小，不容易产生灌注褶皱。

经过工艺性试验不断摸索，选用了与CA砂浆兼容性好的灌注袋，控制好灌注施工工艺，加强对灌注袋运输、储存管理，在后期大规模线上施工过程揭板检查发现，充填层表面光滑，褶皱数量少，深度浅，见图8所示。

2.3 油污污染

CA砂浆含有大量的沥青，必须要防止柴油、汽油和黄油等对砂浆的污染。但在施工过程中发现，油污污染是导致充填层施工质量出现严重质量问题的最主要原因。根据污染对象不同，可以将油污污染分层两类：新拌CA砂浆污染和硬化CA砂浆充填层成品污染。

2.3.1 新拌CA砂浆油污污染

油污对新拌砂浆的污染主要发生在CA砂浆搅拌过程中，油污的来源主要有：沥青、水储存、运输设备清洗不干净；砂浆搅拌车内材料输送设备（泵）、高压水枪漏油；砂浆搅拌车内搅拌锅阀门处密封用黄油太多等。新拌砂浆受到油污污染后，灌注的充填层中会出现大量大气泡，硬化揭板后表层产生严重脱落，见图9所示。

2.3.2 硬化CA砂浆充填层油污污染

硬化CA砂浆充填层受油污污染的原因有：线上砂浆搅拌车运行过程中油污滴漏；轨道板压紧装置用柴油浸润膨胀螺栓或植筋胶；柴油清洗轨道板；设备添加柴油滴漏等。硬化CA砂浆充填层受到污染后，灌注袋发黑，揭板检查发现沥青溶解在油污中，CA砂浆变得离散，无粘结能力，见图10所示。

2.3.3 防止油污污染的技术措施

虽然相关充填层质量验收标准[3，5]并没有对有关油污污染问题做出明确规定，但由于油污对沥青的分解作用，在实际施工过程中，凡是发现了油污污染的充填层，都必须进行重新灌注施工处理。为了防止油污对硬化CA砂浆充填层的污染，主要是加强现场管理。

为了防止油污对新拌砂浆的污染，必须定期对机械设备，运输、存储设备等进行清洗；必须加强对灌注施工的过程监控，及时发现问题，解决问题。

①随时监控新拌砂浆状态。

如果新拌砂浆受到油污污染后，整个砂浆体系变得不稳定。在灌注时如果发现灌注漏斗中砂浆出现了严重分层离析现象，表层并漂浮一层油状浮浆，见图11所示，说明新拌砂浆已经收到油污污染，必须要马上停止灌注，进行处理。