一种桁架钢筋混凝土叠合板、无砟轨道及施工方法与流程

本发明属于无砟轨道领域，更具体地，涉及一种桁架钢筋混凝土叠合板、无砟轨道及施工方法。

背景技术：

随着我国高速铁路的兴建，在消化、吸收国外无砟轨道理念的基础之上，通过再创新形成了我国的无砟轨道系列：crtsⅰ型板式、crtsⅱ型板式和crtsiii型板式无砟轨道。其中，crtsⅰ型板式无砟轨道为隧道、路基、桥梁全单元结构，其由轨道板、水泥乳化沥青砂浆调整层、混凝土底座、凸形挡台及其周围填充树脂等组成，crtsⅱ型板式无砟轨道由轨道板、水泥沥青砂浆层(调整层)及钢筋混凝土底座(支承层)组成，crtsiii型板式无砟轨道由轨道板、自密实混凝土层(调整层)、限位凹槽、混凝土底座等组成，例如cn205259002u、cn102966008a公开的一种无砟轨道，其包括底座、隔离层、自密实混凝土层(调整层)和轨道板，轨道板内设置有桁架钢或连接件。

上述无砟轨道均为多层结构，如图1所示，其基本都由轨道板11、调整层12和底座13这三层结构组成，并且为了保证调整层与底座之间的可靠连接，避免调整层与底座在使用过程中产生滑移，需要在调整层及底座上设置相互配合的凸台14和凹槽15，此外为了避免调整层与底座之间的相互影响，需在两者之间设置隔离层16，上述无砟轨道使用时，设置在地面基础17上。

然而进一步的研究表明，上述三层结构的无砟轨道在实际使用过程中存在以下难以克服的缺陷：一是该三层结构的形式决定了各个层之间均为一个薄弱环节，轨道结构的层数越多存在的薄弱之处越多，其在温度、水、高速列车荷载的频繁作用下产生层间病害的可能性就越大，实际使用测试表明，轨道板与调整层之间，调整层与底座之间均会产生层间病害；二是由于调整层和底座上设置了凸台或凹槽结构，使得在载荷的作用下凹槽及凸台部位存在较大的应力，容易遭到破坏，进而破坏调整层及底座的整体结构，并且破坏后很难修复，同时调整层破坏后轨道结构的功能就会受到很大影响，会大幅降低无砟轨道使用寿命，而底座破坏后影响整个轨道的支撑平稳性进而影响列车的行车安全；三是通过设置隔离层虽然可以协调不同结构层间的变形，但由于该层的存在使得调整层与底座之间难以有效连接与配合，即使是设置了凸台与凹槽结构通过实际试验测试表明调整层与底座之间仍然存在一定的滑移。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种桁架钢筋混凝土叠合板、无砟轨道及施工方法，其从现有技术存在的具体问题出发，创造性的通过在基础地面直接浇筑混凝土的方式制备现浇结构层，实现调整层和底座的合并设置，可有效解决层间病害、调整层和底座易破坏、调整层与底座之间易滑移的问题，具有可靠性高、耐久性好、易于施工和维护的优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种桁架钢筋混凝土叠合板，其包括预制轨道板和现浇结构层，其中：

所述预制轨道板由混凝土浇筑而成，其内预埋有桁架钢筋，该桁架钢筋与所述预制轨道板浇筑在一起，并且部分外露于该预制轨道板的底面；

所述现浇结构层位于所述预制轨道板的下方，其由自密实混凝土浇筑而成，并且其直接浇筑在地面基础上，该现浇结构层与所述桁架钢筋外露于所述预制轨道板的部分浇筑在一起，其既作为结构层又作为支撑层，在提高叠合板整体强度的同时保证叠合板的支撑稳定性。

通过以上构思，本发明与现有技术相比去除了底座，其在去除底座之后依然保持原有的功能，即通过现浇结构层(调整层)代替现有的调整层与底座，该现浇结构层可实现调整层与底座的功能，并且可带来如下预料不到的技术效果：1)可大大降低层间病害的风险，大幅提高无砟轨道的使用寿命，使用寿命可延长10％；2)不会出现现有调整层及底座中凹槽及凸台部位因应力集中而遭到破坏的问题，进一步提高轨道的使用寿命，保证轨道的支撑平稳性进而保证列车的行车安全；3)不会存在现有技术中调整层与底座之间出现滑移的问题，因此也无需设置隔离层，保证轨道支撑的可靠性及施工的便利性，同时由于调整层和底座合并设置，其有效降低了轨道结构的高度，降低隧道、桥梁的二期结构恒载，节约工程造。

作为进一步优选的，所述桁架钢筋外露于所述预制轨道板部分的长度大于所述现浇结构层的厚度，即该桁架钢筋与所述现浇结构层浇筑之后还有部分外露于该现浇结构层，并且该桁架钢筋露出该现浇结构层的部分与叠合板下部的地面基础相连。

作为进一步优选的，所述预制轨道板和现浇结构层的厚度比优选为2:1；所述桁架钢筋沿所述预制轨道板的长度方向布置，并且设置有多组。

按照本发明的另一方面，提供了一种桁架钢筋混凝土无砟轨道，其包括所述的桁架钢筋混凝土叠合板、设置在该桁架钢筋混凝土叠合板上的承轨台以及设置在该承轨台上的钢轨，所述桁架钢筋混凝土叠合板的现浇结构层既作为无砟轨道的结构层又作为无砟轨道的支撑层，在提高无砟轨道整体强度的同时保证无砟轨道的支撑稳定性，进而保证列车的行车安全。

作为进一步优选的，所述承轨台为两列，两列承轨台沿所述桁架钢筋混凝土叠合板的长度方向平行设置。

作为进一步优选的，所述钢轨同样为两列，两列钢轨通过扣件对应安装在两列所述承轨台上。

按照本发明的另一方面，提供了一种桁架钢筋混凝土叠合板的施工方法，其包括如下步骤：

(1)浇筑预制轨道板：绑扎轨道板钢筋网并置于轨道板浇筑模具中，制作桁架钢筋并使其与所述轨道板钢筋网固定，浇筑轨道板混凝土并养护，养护后脱模形成预制轨道板，其中桁架钢筋顶部浇筑在预制轨道板中，底部露出预制轨道板的底面；

(2)浇筑现浇结构层：将预制轨道板运至施工现场并调整其位置，待位置调整好后直接在地面基础上浇筑自密实混凝土以形成现浇结构层，其中桁架钢筋露出预制轨道板的部分浇筑在混凝土中，该现浇结构层既作为结构层又作为支撑层，在提高叠合板整体强度的同时保证叠合板的支撑稳定性。

作为进一步优选的，所述预制轨道板的浇筑工艺具体为：

(1)配料：将硅酸盐水泥、细骨料、石灰岩、外加剂、粉煤灰和水按设定的配比进行混合并搅拌均匀以制备混凝土；

(2)浇筑：将制备的混凝土浇筑在轨道板浇筑模具中以形成预制轨道板，浇筑时模具温度控制在15℃-35℃，当模具温度超过35℃时浇水降温，当模具温度低于15℃时用蒸汽加热；

(3)养护：浇筑结束后采用蒸汽进行养护，养护期间保持恒温30℃，养护总时间不少于20小时；

(4)脱模成板：当预制轨道板的强度达到45mpa时，拆除模具获得纵向刚度大、抗变形能力强的预制轨道板。

作为进一步优选的，所述现浇结构层的浇筑工艺为：

(1)配料：将水泥、粉煤灰、中砂、石灰岩碎石、膨胀剂、黏度改性剂、高效减水剂和水按设定的配比进行混合并搅拌均匀以制备自密实混凝土，优选的搅拌时间不少于3min；

(2)灌筑：将制备的自密实混凝土从所述预制轨道板上设置的灌浆孔连续灌筑，以在地面基础层上设置的现浇结构层模板中形成现浇结构层，优选的灌筑时间为10min-15min，灌筑温度为15°-28°，并且从开始搅拌到灌筑结束的持续时间不超过120min；

(3)养护成型：灌筑结束后采用土工布和塑料布覆盖现浇结构层以进行养护，现浇结构层带模养护3天后，并且强度达到10mpa以上时拆除模板，优选的养护的总时间为15天以上。

作为进一步优选的，浇筑现浇调整层的过程中，通过混凝土的厚度调整超高。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明从现有三层结构的轨道系统存在的具体问题出发，创造性的研究设计了具有两层结构的桁架钢筋混凝土叠合板并将其运用到无砟轨道中，该两层结构具体为预制轨道板和现浇结构层，由于该桁架钢筋混凝土叠合板只有两层，在实际使用过程中大大降低了层间病害的风险，大幅提高无砟轨道的使用寿命，经测试表明，其与现有轨道相比，在同等条件下运行的时间可延长10％。

2.本发明创造性的在基础地面上、轨道板的下方直接现场浇筑现浇结构层，使得该现浇结构层作为结构部件的同时还实现支撑的功能，也即其具有现有技术中调整层和底座的双层功能，由于其为单层结构并且为一整体，具有整体性好受力均匀的特点，因此并不会出现现有调整层及底座中凹槽及凸台部位因应力集中而遭到破坏的问题，进一步提高轨道的使用寿命，保证轨道的支撑平稳性进而保证列车的行车安全。

3.本发明将调整层和底座合并设置，使轨道系统不再设置混凝土底座，直接通过现场浇筑混凝土结构层，使其与轨道下部的地面基础相连，该结构层由混凝土一体浇筑成形，因此并不会存在现有技术中调整层与底座之间出现滑移的问题，因此也无需设置隔离层，保证轨道支撑的可靠性及施工的便利性，同时由于调整层和底座合并设置，其有效降低了轨道结构的高度，降低隧道、桥梁的二期结构恒载，节约工程造价。

4.本发明采用先预制轨道板再在施工现场浇筑结构层的浇筑工艺实现双层结构的桁架钢筋叠合板的现场浇筑，与现有的先预制轨道板、浇筑底座、然后在底座上铺设隔离层，最后浇筑调整层将轨道板和底座粘结的工艺相比，具有施工工艺简单、操作方便、工序少、工程造价低等优点。

5.本发明采用在预制轨道板中设置纵向桁架钢筋，极大地提高了预制板的抗变形能力，提高了轨道板的刚度，克服了长期以来生产的预制轨道板存在翘曲变形，存放过程中只能侧向码放，一旦长时间平放，轨道板将无法满足使用精度要求的难题。

6.本发明现场浇筑的结构层采用自密实混凝土，自密实混凝土施工方便，免振捣，克服以往底座施工过程中施工质量难以控制，存在微裂纹的缺陷，同时现场施工时无需在底座间的缝隙填充防水密封材料，更有利用排水，从而增加结构寿命。

7.本发明还对预制轨道板和现浇结构层的具体施工工艺进行了研究与设定，通过对其施工过程中的具体浇筑温度、养护时间、养护温度、脱模时机等工艺参数的设定，可制备获得纵向刚度大、抗变形能力强、性能稳定的预制轨道板和现浇结构层，使得制备的具有该预制轨道板和现浇结构层的叠合板可直接用于桥上、隧道内无砟轨道的铺设。

附图说明

图1是现有轨道结构示意图；

图2是本发明一种桁架钢筋混凝土叠合板(带承轨台和钢轨)的端部视图；

图3是本发明一种桁架钢筋混凝土叠合板(带承轨台和钢轨)的顶面视图；

图4是本发明一种桁架钢筋混凝土叠合板(带承轨台和钢轨)的底面视图；

图5是本发明一种桁架钢筋混凝土无砟轨道的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

发明人发现现有三层结构的无砟轨道在实际使用过程中会存在背景技术中所阐述的几点问题：一是层数多，层间病害几率大；二是调整层和底座的凹槽及凸台部位易发生损坏，大幅降低无砟轨道使用寿命，影响列车行车安全；三是调整层与底座之间仍然存在一定的滑移。鉴于此，本发明的发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的努力，并不断的改革创新，创造性的设计了仅有两层结构的桁架钢筋混凝土叠合板，并将该桁架钢筋混凝土叠合板应用到无砟轨道中，通过实际测试表明，该无砟轨道与现有结构的轨道相比，虽然去除了底座，但仍然能保证轨道的支撑稳定性及可靠性，依然满足列车的行车安全要求，并且还意外的发现，该去除底座后的两层结构的无砟轨道其使用寿命比现有三层结构的无砟轨道的使用寿命还长，并足足可延长10％。

具体的，如图2-5所示，本发明实施例提供的一种桁架钢筋混凝土叠合板，其包括预制轨道板1和现浇结构层2(即调整层)，其中预制轨道板1由混凝土浇筑而成，其内预埋有桁架钢筋3，该桁架钢筋与预制轨道板浇筑在一起，并且部分外露于该预制轨道板的底面；该现浇结构层位于预制轨道板的下方，其由自密实混凝土浇筑而成，并且其直接浇筑在地面基础上，该现浇结构层与桁架钢筋外露于预制轨道板的部分浇筑在一起，通过将现浇结构层直接浇筑在地面基础上，使得该现浇结构层既作为结构层又作为支撑层，作为结构层时可有效保证叠合板的整体结构强度，作为支撑层时不仅可实现其上部的预制轨道板的有效支撑，同时其可以保证支撑板整体的支撑稳定性。

为了防止叠合板与地面基础之间的滑移，在浇筑现浇结构层之前对地面基础进行打磨处理，增加地面基础的表面粗糙度，通过增大叠合板与地面基础之间的摩擦力防止叠合板与地面基础之间的滑移。

为了更进一步的避免叠合板与地面基础之间的滑移，本发明将桁架钢筋外露于预制轨道板部分的长度设计成大于现浇结构层的厚度，也即该桁架钢筋与现浇结构层浇筑之后还有部分外露于该现浇结构层，该桁架钢筋露出现浇结构层的部分用于与叠合板下部的地面基础相连，例如通过与地面基础上外露的预埋钢筋相连，然后再浇筑现浇结构层，或者将桁架钢筋露出现浇结构层的部分插入地面基础预设的连接孔中，然后再浇筑现浇结构层，以此实现叠合板与地面基础的可靠连接，从而避免叠合板与地面基础之间的滑移。

优选的，预制轨道板和现浇结构层的厚度比设计为2:1，在该厚度比例下，预制轨道板较轻较薄，其通过桁架钢筋以及现浇结构层的粘结力与现浇结构层连接为一体，形成牢固的复合结构，提高了整体性保证其结构强度，将其用于无砟轨道时能够满足轨道对平稳性、舒适性的要求。优选的，桁架钢筋沿预制轨道板的长度方向布置，并且设置有多组。

通过在本发明的桁架钢筋混凝土叠合板上设置相应的钢轨即可制备桁架钢筋混凝土无砟轨道，具体的，首先在该桁架钢筋混凝土叠合板上设置承轨台4，然后在承轨台上设置钢轨5，如此直接浇筑在地面基础上的桁架钢筋混凝土叠合板的现浇结构层既作为无砟轨道的结构层又作为无砟轨道的支撑层，在提高无砟轨道整体强度的同时保证无砟轨道的支撑稳定性，进而保证列车的行车安全。本发明的无砟轨道可靠性高、耐久性好、易于施工及维护。

优选的，承轨台为两列，两列承轨台沿桁架钢筋混凝土叠合板的长度方向平行设置。进一步的，钢轨也为两列，两列钢轨通过扣件对应安装在两列承轨台上。

下面对本发明的一种桁架钢筋混凝土叠合板的具体施工方法进行详细说明。其具体包括如下步骤：

(1)浇筑预制轨道板：绑扎轨道板钢筋网并置于轨道板浇筑模具中，制作桁架钢筋并使其与轨道板钢筋网固定，浇筑轨道板混凝土并养护，养护后脱模形成预制轨道板，其中桁架钢筋顶部浇筑在预制轨道板中，底部露出预制轨道板的底面；

(2)浇筑现浇结构层：将预制轨道板运至施工现场并调整其位置，待位置调整好后直接在地面基础上浇筑混凝土以形成现浇结构层，其中桁架钢筋露出预制轨道板的部分浇筑在混凝土中，该现浇结构层既作为叠合板的结构层又作为叠合板的支撑层，在提高叠合板整体强度的同时保证该叠合板的支撑稳定性。

其中，预制轨道板的浇筑工艺为：

(1)配料：将硅酸盐水泥、细骨料、石灰岩、外加剂、粉煤灰和水按设定的配比进行混合并搅拌均匀以制备混凝土，例如采用强度等级为52.5mpa的硅酸盐水泥、细度模数为2.8的细骨料、粒径5-20mm的石灰岩、多羧酸系外加剂、粉煤灰和干净的清水，其中具体的配比可根据实际需要进行调整，优选的配合比为17.3％:31.1％:38.3％:0.3％:7.4％:5.6％(具体为质量百分比)，原材料采用电子计量系统计量，具体的原料选择，如硅酸盐水泥、细骨料、中砂、石灰岩、外加剂、粉煤灰等均是常规原料，根据需要选择对应的原料即可，本发明不做限定，均在保护范围之内；

(2)搅拌：采用专用的搅拌机对混凝土进行搅拌；

(3)浇筑：浇筑时模板温度控制在15-35℃，夏季模具温度超过35℃时浇水降温，冬季模具温度低于15℃时采取蒸汽加热，增加模具温度，浇筑过程中采用振动器进行振捣；

(4)养护：采用蒸汽养护，养护过程中保持恒温状态，养护期间恒温30℃，养护总时间不少于20小时，最后脱模成板。

(5)脱模成板：测定预制轨道板的混凝土强度达到45mpa时，拆除浇筑用的模板，获得成型的轨道板，该轨道板纵向刚度大，抗变形能力强，可直接用于桥上、隧道内无砟轨道的铺设。

进一步的，现浇结构层的浇筑工艺为：

(1)配料：水泥、i级粉煤灰、中砂、石灰岩碎石、膨胀剂、黏度改性剂、高效减水剂、水按设定的配比制备自密实混凝土，其中具体的配比可根据实际需要进行调整，优选的配合比(具体为质量百分比)为12.8％:3.2％:36.4％:36.4％:1.9％:1.5％:0.3％:7.5％，原材料采用电子计量系统计量，具体的原料选择，如膨胀剂、黏度改性剂、高效减水剂等均是常规原料，根据需要选择对应的原料即可，本发明不做限定，均在保护范围之内；

(2)搅拌：自密实混凝土的搅拌采用强制式搅拌机进行搅拌，先向搅拌机投入中砂、石灰岩碎石、水泥、i级粉煤灰等，搅拌均匀后，再加入膨胀剂、黏度改性剂等，并继续搅拌至均匀为止，搅拌时间不少于3min。

(3)灌筑：单块轨道板通过从预制轨道板上设置的灌浆孔连续灌注，一次灌注成型，自密实混凝土从开始搅拌到灌注结束的持续时间不超过120min，其中，灌注先快后慢、连续灌注，每块板的灌注时间控制在10-15分钟左右，自密实混凝土灌注温度一般在15°-28°，入模前模板和模腔温度不得超过40℃，灌注时间避开当天高温时间段。

(4)养护成型：自密实混凝土灌注后及时养护，养护时间15天以上，采用土工布和塑料布覆盖，喷水保湿养护，自密实混凝土带模养护3天，强度到达10mpa以上时，拆除模板，模板拆除遵循先装的后拆原则，拆模后切割土工布外露边缘，使其与自密实混凝土侧面平齐，封堵灌注孔和观察孔，与轨道板面平齐，无裂缝、离缝。其中，浇筑现浇结构层的过程中，通过自密实混凝土的厚度调整超高。

以下为制备叠合板的具体实施例：

1)立模板预制轨道板，绑扎轨道板钢筋网，制作桁架钢筋，其中轨道板长5600mm，宽2500mm，高200mm，将4组纵向桁架钢筋按照横向625mm的间距与轨道板中的钢筋网固定在一起；

2)按要求浇筑混凝土并进行养护，达到龄期后脱模，形成预制轨道板，其中纵向桁架钢筋顶部浇筑在轨道板中，部分露出轨道板底面，便于与下部基础进行浇筑；

3)轨道板运至施工现场充填调整层+底座合并设置，桥梁、隧道地段不再浇筑底座，具体的将轨道板精调到位后立模板在地面基础上浇筑自密实混凝土形成现浇结构层，其中露出轨道板底部的桁架钢筋浇筑在自密实混凝土中，其中曲线地段将轨道板调整到超高所需的几何形位后，通过自密实混凝土的厚度来调整。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。