CRTSⅢ型先張法預應力軌道板制造技術研究

【摘 要】我國工程科研技術人員通過引進、借鑒國外無砟軌道技術，技術再創新，不斷優化設計及生產工藝，自主設計研發出CRTSⅢ型先張法預應力軌道板，從而使我國擁有了自主知識產權的無砟軌道技術。通過多條客運專線實際推廣應用，不斷進行工程經驗總結，我國的軌道板生產目前已逐步建立系統化、標準化和現代化成套技術。基于此，本文將介紹CRTSⅢ型先張法預應力軌道板的發展應用，從原材料及生產工序系統性地闡述預制生產中的技術控制要點，為后續生產提供一定的經驗參考。

【關鍵詞】CRTSⅢ型； 先張預應力； 軌道板； 設計； 制造技術

【中圖分類號】U213.3+4【文獻標志碼】B

［定稿日期］2023-12-25

［基金項目］四川省科技成果轉移轉化示范項目（項目編號：2022ZHCG0013）

［作者簡介］呂志強（1983—），男，本科，工程師，從事項目管理、施工技術等工作。

0 引言

隨著我國交通基礎建設體系的飛速發展和不斷完善，軌道交通以高效、便捷的優勢成為連接城際、省際交通的重要通道。無砟軌道是運用整體混凝土結構代替傳統有砟道床來傳遞行車荷載，相對傳統軌道結構，不但可以避免列車在高速運行中的道砟飛濺，同時提高了列車運行速度及其在高速運行下的穩定性、平順性、可靠性及舒適性。目前，CRTSⅢ型先張法預應力軌道板在我國得到了極大的推廣應用，通過對其制造技術研究，對提高生產效率、保證其生產質量有重要意義。

1 CRTSⅢ型先張法預應力軌道板發展應用

2004年遂渝鐵路引進德國CRTSⅡ無砟軌道生產技術，國內第一條無砟軌道試驗段開工建設。隨著國內鐵路建設跨越式發展，為打破國外技術壁壘，我國工程科研技術人員充分吸取CRTSⅠ型、CRTSⅡ型無砟軌道板優點，技術再創新，從無到有，最終研發出具有獨立自主知識產權的最新無砟軌道結構CRTSⅢ型無砟軌道板，并于2009年在成灌客運專線成功應用，從而讓中國制造走出國門變為現實。

CRTSⅢ型無砟軌道板先后經歷了兩個發展階段，最初采用縱橫雙向后張法，但由于個別生產廠家生產的預應力鋼筋存在材質缺陷、熱處理工藝不到位、無粘結工作不滿足施工要求等現象，在實際鐵路運營過程中，受行車高頻沖擊，出現了橫向無粘結預應力鋼棒斷裂彈出現象，給鐵路行車及巡線人員帶來了極大的安全隱患，雖采取了一定的安全防護措施，但無法從根本上解決鋼棒應力集中疲勞斷裂、材質工藝缺陷等客觀問題。

CRTSⅢ型先張法預應力軌道板是在后張預應力體系基礎上，總結成灌客運專線經驗，進行創新優化，采用螺旋肋鋼絲作為受力筋，以增加鋼筋與混凝土的粘結性和握裹力，保證預應力均勻分布，同時可以避免錨具、預應力鋼棒在軌道板承受長期交變荷載作用下受損，造成預應力鋼棒斷裂彈出、錨穴孔開裂，最終導致軌道板預應力體系整體失效現象發生，對提高軌道板結構的耐久性有積極作用。2012年通過在西寶客運專線試驗段的技術驗證后，推廣應運于鄭徐客運專線全線。

2 CRTSⅢ型先張法預應力軌道板工藝流程

CRTSⅢ型先張法預應力軌道板采用工廠化預制，工藝流程見圖1。過程中應重點加強關鍵工序及特殊工序質量監控，以確保軌道板質量穩定。

3 CRTSⅢ型先張法預應力軌道板主要原材料控制要點

所有原材料進場前需核驗其出廠合格證明、自檢試驗報告或委外復驗報告，進場后還應進行復檢，經試驗滿足要求后方可投入使用，期間應對檢驗狀態進行標識。

3.1 水泥

（1）結合GB/T3275規定，應采用強度等級42.5或52.5的普通硅酸鹽水泥（P·O）或硅酸鹽水泥（P·Ⅱ），不應為提高混凝土早期強度而采用早強水泥。其應符合表1要求。

（2）水泥進場應核驗其試驗檢驗報告，并經復驗合格后才允許使用。在特殊情況下，水泥凝結時間、3d強度、安定性試驗合格即可先行使用。水泥受潮結塊或存放超過三個月，必須進行試驗驗證，經判定滿足使用要求后方可投入使用。

（3）變更水泥生產廠家，在使用前應及時通知試驗室，嚴禁不同廠家水泥用于同一批軌道板生產中。

3.2 骨料

混凝土不得使用具有堿-碳酸鹽反應活性或砂漿膨脹率不小于0.20%的堿-硅酸反應活性的骨料；當骨料的砂漿膨脹率為0.10%～0.20%時，應采取抑制堿-骨料反應技術措施，并按TB/T3275-2018《鐵路混凝土》規定的方法對抑制方法的有效性進行評價。在軌道板生產前、骨料來源改變或使用時間滿一年時，應委托具備相應資質的檢驗單位骨料進行堿活性試驗和評價。

3.2.1 粗骨料

（1）粗骨料應采用材質堅硬、表面清潔的二級或多級單粒級碎石，按最小堆積密度配置而成。其應符合表2要求。

（2）粗骨料最大粒徑不應大于20 mm，儲存、運輸、計量均應分級進行。進場后經復檢合格后方可使用。

3.2.2 細骨料

（1）細骨料應采用材質堅硬、表面清潔、級配合理的天然中粗河沙，粒徑在0.15～4.75 mm，細度模數范圍為2.3～2.8，其應符合表3要求。

（2）砂進場后應經檢驗合格后方可使用。

3.3 減水劑

（1）為提高混凝土強度及耐久性，減少混凝土用水量、水泥用量、改善混凝土流變性及可塑性，宜在混凝土拌制時加入減水率不小于25%的聚羧酸高性能減水劑。其應符合表4要求。

（2）減水劑進場后進行復檢，合格后存放在陰涼、通風倉庫內，現場使用時應搭設工棚，防止陽光暴曬，使用期間如有沉淀等現象，需經性能檢驗合格后方可使用。減水劑的有效使用期為1年。

3.4 摻合料

為增加混凝土強度及耐久性，有效改善混凝土的流動性、粘聚性，混凝土拌制時宜添加活性復合參合料，當采用粉煤灰、磨細礦渣粉時應符合TB/T3275-2018《鐵路混凝土》相關規定。其應符合表5要求。

3.5 鋼材

3.5.1 預應力筋及錨固板

（1）預應力筋應采用10 mm冷滾軋成型螺旋肋鋼絲，應采用機械定長切斷，不得使用電焊切割。螺紋長度偏差不應大于±1.5 mm，配套采用錨固板，螺紋采用M10×1.5，公差帶采用6H/6g組合。其應符合表6要求。

（2）錨固板可以有效減小預應力傳遞長度，能保證在板端承軌槽處建立有效預應力，從而保證板端結構的承載能力。應采用經過調質熱處理的45號優質碳素鋼，工作面的硬度均勻且不應小于HRC20，無裂紋、過燒和脫碳現象。雖然錨固板的尺寸對預應力傳遞長度影響不大，但原則上應符合設計要求，允許偏差為±1 mm。

3.5.2 非預應力筋

3.5.2.1 環氧樹脂涂層鋼筋

環氧樹脂涂層鋼筋是采用靜電噴涂工藝，通過環氧樹脂粉末與鋼筋表面熔融結合，從而在鋼筋表面形成一層環氧樹脂薄膜保護層，使其具有極強的耐化學侵蝕性和絕緣性。所選用的環氧樹脂涂層鋼筋質量應符合下列規定：

（1）每根被測鋼筋樹脂涂層厚度在0.18～0.36 mm區間被測點位數占比不應低于90%，不能出現涂層厚度小于0.13 mm情況。

（2）所選用的涂層鋼筋，樹脂層應連續，不應有肉眼可見的涂層缺陷，如：空隙、裂紋等。

（3）現場應配備涂層修補材料，以便發現外觀缺陷或現場生產作業導致鋼筋涂層破損時可予以及時修補。但允許修補的缺陷面積不得超過每0.3 m鋼筋表面積的1%，涂層修補應征求生產廠家的指導意見。

3.5.2.2 普通鋼筋

（1）當采用普通鋼筋制作骨架時，為有效提升軌道板的絕緣性，規避在使用過程中的電路磁場干擾影響，應采用絕緣熱縮管進行鋼筋骨架絕緣。其應符合表7要求。

（2）鋼筋存放應設置墊木，與地面間距不小于20 cm，不合格的鋼筋應妥善存放，并設置不合格標識，防止混用。

（3）鋼筋進場應核驗其出廠材質書，經復驗合格后使用。

4 CRTSⅢ型先張法預應力軌道板制造技術控制要點

CRTSⅢ型先張法預應力軌道板為雙向預應力體系軌道結構，在工廠化預制生產中，現普遍采用矩陣單元法，預應力筋縱橫雙向張拉、放張工藝方法（圖2、圖3）。

4.1 模型

4.1.1 模型加工

為確保模型各部尺寸精度，應采用整套模型經時效處理、內模面采用數控機床加工的鋼模板。模型主體結構應采用不小于20 mm厚的Q235鋼板，組裝焊接后應進行應力消除。模型整體強度、剛度及穩定性應符合設計使用要求，模型的加工容許公差應控制在軌道板成品容許公差的1/2以內（圖4）。曲線板用模型應能使承軌槽具備二維精調功能。

4.1.2 模型驗收檢查

模型進場后應對其各部尺寸、焊接質量進行全項目驗收檢查，經檢查合格投入使用后，要開展檢查日常檢和定期檢。模型各部尺寸偏差應符合表8要求。

日常檢查：重點觀察其外觀質量及密封性是否良好。

定期檢查：質檢人員每月進行一次，重點檢查模型底模、承軌槽尺寸、預埋套管位置準確性等。

二維可調模板每調整一次，應檢驗全部項目。

4.2 鋼筋骨架

鋼筋材料是預應力建設當中的核心要素。預應力筋宜工廠定制，兩端設置46 mm螺紋，同時配套錨固板。為保證鋼筋骨架各部分位置和尺寸，提高生產效率，鋼筋骨架應在專用臺架上進行制作，臺架需每月檢查一次。

（1）熱縮管應在專用工裝上安裝，工裝上應明顯標記安裝位置，加熱時燃氣噴火槍應反復、快速移動，加熱至熱縮管可見鋼筋螺紋即可。

（2）保證鋼筋骨架的穩定性，除箍筋與底板筋搭接點可采用隔扣跳綁外，其余搭接點宜采用全綁，各綁扣應牢固，無松散現象。墊塊安裝應以梅花形交錯布置，每1 m2設置不少于4塊，局部可根據實際情況適量增加墊塊數量，以確保保護層厚度達標。鋼筋位置偏差應符合表9要求。

（3）綁扎絲宜采用絕緣型低碳鋼絲，綁扎后其線尾不應外露，可將其摁入骨架內側。當普通鋼筋與預應力筋位置發生沖突時，可適當移動普通鋼筋。骨架安裝完畢后需進行絕緣檢測，縱橫向鋼筋交叉點間絕緣電阻不得小于2 MΩ。

4.3 預應力鋼筋張拉

預應力筋橫向單層、縱向雙層沿軌道板截面中心對稱設置，張拉工序分初張、終張兩個工藝過程。 初張拉作用，消除預應力筋長度偏差、安裝時產生的縫隙；終張拉作用，保證各預應力筋受力均勻，以達到較高的張拉進度和效率。過程中總張拉力偏差不應大于3%，實測單根預應力筋張拉力、實測伸長量均不應大于10%（圖5）。

4.3.1 張拉桿及連接器

張拉桿、連接器是實現預應力作用穩定且連續傳輸的重要部件，其材質應選用硬度不應低于HRC35，彈性模量不應低于210 GPa的優質碳素鋼或合金鋼，并經調質熱處理，以保證強度和抗拉剛度。

4.3.2 初張拉

檢查調整連接器，沿預應力筋方向長度偏差不大于1 mm，受力中心和鋼筋張拉中心之間偏差不大于0.1 mm。為充分發揮單根張拉的精度保證能力，可按照先橫后縱、兩側向中的順序，在固定端逐根進行張拉，加載至設計應力的30%，鎖緊螺母。初張拉可以盡可能消除各連接件的組裝間隙，為終張拉提供相對一致的基準值，使其能夠形成較為均勻的張拉負荷，從而保證完成終張后軌道板應力均勻性，實際生產中需重點關注張拉桿和連接器之間的空隙間隔控制。

4.3.3 終張拉

（1）終張拉是利用張拉橫梁整體位移實現預應力筋受力拉伸，為保證各預應力筋受力均勻，其強度及抗彎剛度應滿足預應力加載至控制值時整體變形量不大于1 mm的要求。

（2）終張拉系統應采用自動張拉設備，工作期間能自動記錄、保存張拉數據，單根預應力筋加載速率應不大于4 kN/s，張拉至設計預應力應穩定持荷，同時具備動態保壓功能，張拉力下降時可實現自動補壓，達到設計應力時應穩定持荷1 min。

（3）為避免破壞預應力筋自身力學性能，控制軌道板在使用中產生疲勞應力，應嚴格控制張拉力，杜絕超張拉作業。

4.4 混凝土拌制及澆筑

4.4.1 混凝土拌制

軌道板采用等級C60混凝土，混凝土拌制各配料誤差按重量計為：骨料±2%；水泥、粉煤灰、水、減水劑、摻合料±1%。混凝土的凈攪拌時間不小于120 s，但也不得超過180 s。每班拌制的混凝土開盤必須測定混凝土坍落度，坍落度宜控制在70～90 mm之間。

4.4.2 混凝土灌注

灌注前應對各預埋件安裝質量及鋼筋位置間距進行檢查。混凝土布料應采用布料機，混凝土澆筑分層連續進行，首層灌注高度約為側模一半高度，第二層可略高于側模頂面。振搗應采用附著式振動器，結合實際可輔以振動棒或平板振動器，振搗以混凝土表面不再冒氣泡、表面泛漿且無顯著下沉為準，尤其要注意邊角填充。

灌注結束板體成型后，應結合混凝土初凝時間，及時對混凝土面進行拉毛（深度2～4 mm），混凝土面應無浮漿。

4.5 養護

為提高混凝土早期強度及模型使用周轉效率，軌道板養護應采用蒸汽養護。

（1）養護篷布的覆蓋前提需確保篷內蒸汽暢通，不能直接將其覆蓋在模型上，篷布與混凝土表面之間應留有有效間距，可設計制作方便作業的簡易支架支撐篷布，以達到養護篷內蒸汽暢通的效果。

（2）蒸汽養護分四個階段，其對提高混凝土早期強度、抑制混凝土裂紋 、保證混凝土耐久性等方面均有直接影響，應高度重視，嚴格執行養護工藝，嚴禁為提高生產效率進行高溫養護。 蒸養過程可參考表10技術要求。

4.6 預應力放張、封錨及水養

（1）放張過程是軌道板預應力體系建立的關鍵工序，當板體混凝土強度不小于48 MPa、彈性模量不小于3.4×104 MPa，經試驗技術人員確認通知后方可進行。CRTSⅢ型先張預應力軌道板整體放張作業過程中應執行勻速慢放原則，單根預應力筋放張速率應控制不大于8 kN/s，利用預應力筋在預應力放松過程中產生的回縮，促使周邊混凝土受到擠壓而產生預壓應力。

（2）放張順序。從減小預應力混凝土軌道板在放張期間從承受的交變應力考慮，宜采取縱向、橫向同步放張生產工藝。實際操作中，考慮串聯的軌道板預應力建立時間順序的問題，可適當提前橫向預應力筋的放張時間，以控制橫向靠近固定端的軌道板上產生短暫橫向拉應力。

（3）放張結束后，依次拆除縱橫向預應力筋連接器，起板轉運至半成品區進行錨穴封錨作業。封錨前，可采用高壓氣泵進行清孔，錨穴孔內噴涂高粘結強度界面劑。封錨時采用頻率不小于1 000 Hz、振搗力不小于30 N的空氣錘。為保證封錨砂漿密實，外觀滿足0～4 mm凹陷要求，封錨砂漿宜分層填壓，每孔振搗不少于3次振搗，每次不小于20 s。可根據錨穴外形尺寸自制啞鈴狀輔助工具。

（4）封錨結束不少于2 h后，吊裝至水養池進行不少于3d濕潤養護。期間，應保證軌道板從脫模至水養間隔時間不大于8 h。

4.7 成品儲存

（1）成品存放場地宜做硬化處理，具備足夠承載力，整體平整。成品應按型號和批次分別存放，同時用塑料塞對預埋件孔眼進行封堵，防止雨水或雜物進入。成品入庫后，需進行不少于7 d的灑水濕潤養護，為提高效率，軌道板上宜遮蓋土工布進行保水、防曬。

（2）成品儲存以立放為原則，地面上或存板臺座上設置墊木，存放期間應采取可靠的防傾倒措施。可在成品區端頭設置穩定牢固的防翻倒支撐框架，第一塊軌道板需和支撐框架連接。軌道板間用木塊或橡膠墊塊隔離，可在兩端部采用強度滿足要求的U型卡，將相鄰軌道板連接。使成品軌道板形成一整體。

（3）臨時存放可采用平放形式，但嚴格控制存放時間不大于7 d，堆放層數不大于4層，層間距不小于20 mm，層間應采用兩根下墊木或草支墊分開放置，支點上下對齊。軌道板墊木位置應在兩個起吊螺栓孔之間，且上下層處于同一位置。

5 結束語

CRTSⅢ型先張法預應力混凝土軌道板具有高精度及良好的耐久性特點，通過對其生產原材料的選擇、制造技術關鍵控制要點的研究，以明確其在預制生產過程中的質量管控重點，為后續預制生產提供了一定的經驗借鑒。其優異的功能性，必將在中國高鐵建設中發揮重要作用。

參考文獻

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