高铁无砟轨道填充层.pptx
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1、会计学1高铁无砟轨道填充层高铁无砟轨道填充层第1页/共89页引言引言高速铁路是指运行时速达到200公里以上的铁路运输线路,它是集土木工程、新材料、信息技术、交通工程等高新技术于一体的高新技术成果。時速100120:常速時速120160:中速時速160200:準高速或快速時速200400:高速第2页/共89页引言引言 1、高速铁路类型 根据列车的支承和推进原理,高速铁路分为磁悬浮式和轮轨式。第3页/共89页引言引言轮轨系统高速铁路:轮轨系统已经过较充分的可行性论证,技术相对成熟 我国轮轨系统技术领域拥有自己的知识产权或者已经具备自主开发建设的条件 轮轨系统的建设与运营成本低,能耗小、维修简单,可
2、以跟现有的车站与路网兼容 轮轨系统的试验速度尚可达到5153kmh(法国),轮轨系统在速度方面劣势不明显第4页/共89页磁悬浮系统高速铁路:速度高:常导磁悬浮可达400500kmh,超导磁悬浮可达500600kmh。轮轨高速的最高运营速度一般认为不宜超过400kmh。磁悬浮的高速度使其在1000至1500km的距离范围可与航空竞争。能耗少:据资料表明,在300kmh的速度下,磁悬浮比高速轮轨能耗少28。维修少:磁悬浮列车属于无磨损运行,要维修的主要是电气设备。随着电子工业的发展,器件可靠性将不断提高。无污染:采用电力驱动,无需燃油,无有害气体排放。此外还有噪音小(在速度较低时极明显)、乘坐舒适
3、、爬坡能力强、通过的曲线半径小、加速减速快等优点。第5页/共89页引言引言2、铁路高速化对轨道结构的要求(1)稳定性(2)平顺性(3)轨道弹性适宜(4)轨道部件的可靠性(5)养护维修便利第6页/共89页引言引言 3、轨道结构类型 轨道结构的基本功能是支承列车运行、传递列车荷载,其结构一般可分为上部结构和下部结构两部分:上部结构由钢轨、扣件、预制结构或混凝土/沥青道床板以及底座/支承层等组成,俗称轨道结构,下部结构包括桥梁、隧道和路基,俗称基础工程。高速铁路采用的轨道结构形式分为有砟轨道和无砟轨道两类。第7页/共89页引言引言3、轨道结构类型 无砟轨道:是以水泥或沥青混凝土取代散粒道砟道床而成的
4、轨道结构形式,其突出优点是:具有良好的轨道稳定性、平顺性与耐久性;结构高度低、自重轻,可减小桥梁二期恒载和降低隧道净空,在桥梁和隧道中铺设还可以直接降低土建工程造价;道床整洁美观,可消除列车运行时的道砟飞溅和粉化;轨道变形缓慢,不仅可显著减少轨道养护维修工作量,更为重要的是可减少施工“天窗”的需求,对通车后的运输组织极为有利.第8页/共89页引言引言 3、轨道结构类型 无砟轨道可分为两大类(有轨枕、无轨枕)共5种(轨枕支承、轨枕嵌入、轨枕入、预制道床板、现浇道床板)主要结构形式:图1-1 两大类无砟轨道结构简图第9页/共89页引言引言(4)我国无砟轨道技术状况 我国客运专线和高速铁路无砟轨道系
5、统总体上分为预制板式和现浇混凝土式(带双块式轨枕或整体轨枕)两大类,主要采用了4种无砟轨道结构型式(见表1-1)。表1-1 我国客运专线和高速铁路主要采用的无砟轨道结构型式第10页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆板式无砟轨道是一种少维修的轨道结构,它利用成型的组合材料代替道砟,将轮轨力分布并传递到路基基础上,是一种先进的无砟道结构形式,它由混凝土道床、水泥乳化沥青砂浆层、轨道板等部分组成,其中水泥乳化沥青砂浆是用于轨道板与混凝土道床之间的结构层,主要起支承轨道板、缓冲高速列载的作用。第11页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 1
6、、板式无砟轨道的种类和特点 典型的板式无砟轨道结构有CRTS型板式(日本单元板式)和CRTS型板式(博格纵连板式)无砟轨道两种,其区别在于CRTS型板式无砟轨道的调整层兼具弹性减振的作用,使轨道结构具有一定的弹性,该特点允许轨道板与底座互为独立;而CRTS型板式无砟轨道的调整层则为半刚性材料,减振完全依靠扣件,轨道板与底座可视为机械联结,形成整体结构。60kg钢轨钢轨 凸形挡台凸形挡台底座混凝土底座混凝土扣件扣件 轨枕板轨枕板 水泥乳化沥青砂水泥乳化沥青砂浆浆CRTSCRTS型板型板混凝土底座混凝土底座或水硬性支或水硬性支承层承层防冻防冻层层轨道扣件轨道扣件灌浆孔灌浆孔水泥乳化沥青砂水泥乳化沥
7、青砂浆垫层浆垫层第12页/共89页砂浆垫层组成:沥青乳液、水泥、细骨料、其它添 加剂功能:支撑、调整,提供弹韧性凸台树脂组成:聚醚、异氰酸酯、填料功能:与凸台一起限制轨道板的纵横向位移,同时提供合适的弹性和刚度。灌注袋组成:聚脂无纺布功能:模板、定位、保护充填垫板组成:注入袋及树脂浇铸体 功能:精调钢轨高度CRTS I CRTS I 型CRTS CRTS 型1 1 1 1、板式无砟轨道的种类和特点、板式无砟轨道的种类和特点、板式无砟轨道的种类和特点、板式无砟轨道的种类和特点填充材料的种类与功能第13页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆(1)CRTS型板式无砟轨道
8、:CRTS型板式无砟轨道由混凝土底座、水泥乳化沥青砂浆垫层、整体轨道板或框架式轨道板、凸性档台及周边的填充树脂、钢轨扣件等构成。CRTS型板式无砟轨道具有无砟轨道所具有的线路稳定性、刚度均匀性好、线路平顺性、耐久性高的突出优点,并可显著减少线路的维修工作量。灌浆孔灌浆孔普通普通A A型板式轨道型板式轨道 框架型板式轨道框架型板式轨道第14页/共89页凸形挡台填充聚氨酯树脂(简称凸台树脂)是CRTSI型板式无砟轨道的重要组成部分,它填充在轨道板与凸形挡台之间的缝隙中,灌注状态如图1所示,主要起到轨道板的纵横向定位及减振缓冲作用。凸台及填充树脂示意图 凸台树脂功能二、板式无砟轨道及填充层砂浆(1)
9、CRTS型板式无砟轨道:第15页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆(2)CRTS型板式无砟轨道:CRTS型板式无砟轨道由滑动层、底座板(桥上)/支承层(路基隧道上)、水泥乳化沥青砂浆填充层、轨道板、板间纵向连接、钢轨及扣件等结构组成。具有以下特点:轨道板在工厂批量生产,进度不受施工现场条件制约;每块板上有10对承轨台,承轨台的精度用机械打磨并由计算机控制,工地安装时,不需对每个轨道支撑点进行调节,使工地测量工作可大大减少;预制轨道板可用汽车在普通施工便道上运输,并通过龙门吊直接在线路上铺设无须二次搬运;现场的主要工作是沥青水泥沙浆层的灌注,灌浆层在灌注56h后即
10、可硬化;具有可修复性,除在每个钢轨支撑点处(轨道扣件)调高余量外,还可调整预制板本身的高度。缺点是制造工艺复杂,成本相对较高。第16页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 CRTS型与CRTS型 板式无砟轨道区别:CRTS型板式无碴轨道结构组成类似于CRTS型板式无碴轨道,差异是抵抗纵横向的作用方式不同。CRTS型板式无砟轨道在基础上设置了凸型挡台,采用凸形挡台联结,因此,纵向与CRTS型板的连接不同(采用螺栓杆联结或板下凹槽联结)。CRTS型凸型挡台与基础混凝土板一起建造,依靠凸型挡台对轨道板进行定位,施工更为简便。日本板式轨道用的轨道板,没有在工厂内机械磨削的
11、工序,制造相对CRTS型板简单。第17页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 2、板式无砟轨道的施工工艺与特点 从整个无砟轨道的施工建设来看,轨道板的预制、充填层砂浆的制备和长钢轨无缝铺设成为其三大难点。其中充填层砂浆又以其原料组成复杂、性能指标要求高、制备技术难度大等特点而成为无砟轨道现场施工的关键技术。第18页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 2、板式无砟轨道的施工工艺与特点 (1)CRTS型板式无砟轨道施工工艺流程简明流程图:第19页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 2、板式无砟轨道的施工工
12、艺与特点 (1)CRTS型板式无砟轨道的施工工艺可以用图2-5中流程图简明表示:第20页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 3、板式无砟轨道填充层砂浆的定义、组成及作用作用:填充层砂浆主要起到支承轨道板、缓冲高速列车荷载与减振的作用。主要有如下三大作用:(l)确保轨道能够承受荷载并具有一定弹性;(2)填充轨道板与混凝土底座之间的空隙,保证轨道的平稳;(3)当下部结构发生变形或破坏时,可以进行修补。定义、组成:板式无砟轨道填充层砂浆是一种由水泥、乳化定义、组成:板式无砟轨道填充层砂浆是一种由水泥、乳化沥青、细骨料沥青、细骨料(砂砂)、混合料、水、铝粉、及功能外加剂
13、等多、混合料、水、铝粉、及功能外加剂等多种原材料组成,经水泥水化硬化与沥青破乳胶结共同作用而种原材料组成,经水泥水化硬化与沥青破乳胶结共同作用而形成的一种新型有机无机复合材料。形成的一种新型有机无机复合材料。第21页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 3、板式无砟轨道填充层砂浆的定义、组成及作用CRTS 型板式填充层砂浆型板式填充层砂浆CRTS 型板式填充层砂浆型板式填充层砂浆 聚合物改性水泥砂浆聚合物改性水泥砂浆(PMC)表2-1 CRTS型填充层砂浆与CRTS型填充层砂浆和PMM的比较 三 者 比较:第22页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟
14、轨道及填充层砂浆 3、板式无砟轨道填充层砂浆的定义、组成及作用CRTS型板式和型板式和CRTS型板式两种轨道结构都需要采用水型板式两种轨道结构都需要采用水泥乳化化沥青砂浆,但从轨道结构的设计理念、材料性能上泥乳化化沥青砂浆,但从轨道结构的设计理念、材料性能上两者均有较大差异。两者均有较大差异。CRTS型板式和型板式和CRTS型板式两种轨道结构对水泥乳化沥型板式两种轨道结构对水泥乳化沥青砂浆的性能要求也不同,其中最主要的差异是青砂浆的性能要求也不同,其中最主要的差异是CRTSI型所型所用砂浆的静态弹性模量设计值为用砂浆的静态弹性模量设计值为100300MPa,而,而CRTS型型所用砂浆的静态弹性
15、模量设计值为所用砂浆的静态弹性模量设计值为710GPa。第23页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 3、板式无砟轨道填充层砂浆的定义、组成及作用对于对于CRTS型而言,轨道板的制备是其关键技术,而型而言,轨道板的制备是其关键技术,而CRTSI型型的关键技术为砂浆。的关键技术为砂浆。与与CRTS型相比,型相比,CRTSI型所用砂浆的组成、结构均有较大区型所用砂浆的组成、结构均有较大区别,其中的水泥和沥青的含量基本相当,这使得材料表现出水别,其中的水泥和沥青的含量基本相当,这使得材料表现出水泥与有机物材料的复合特性。因此,泥与有机物材料的复合特性。因此,CRTS型所
16、用砂浆制备技型所用砂浆制备技术对于术对于CRTSI型具有不适应性。型具有不适应性。第24页/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 4、板式无砟轨道砂浆填充层的主要功能 (1)CRTS型砂浆填充层功能:水泥乳化沥青砂浆填充层位于轨道板和混凝土底座之间,其主要功能有:施工调整施工调整 缓冲协调缓冲协调 阻断裂纹(弹性、延展性)阻断裂纹(弹性、延展性)提供(有限)弹性提供(有限)弹性第25页/共89页(1)支撑调整保证轨道的平顺性:砂浆垫层厚度一般为50mm左右,砂浆太薄对耐久性有影响,过厚则不经济,所以厚度限制在40100mm之间。保证轨道结构的耐久性和乘车的舒适性。砂
17、浆的弹性由砂浆的弹性模量表征,弹性模量高低影响其缓冲效果,延展性标志砂浆的变形性能,影响砂浆垫层的变形协调能力。因此,应同时关注垫层砂浆的弹性模量和延展性。(2)缓冲协调(弹性、延展性)第26页/共89页 混凝土底座板允许开裂而轨道板不允许开裂,CRTS型板式无砟轨道结构中用低弹模水泥乳化沥青砂浆,有一定的阻断裂纹向上反射的功能。(3)阻断裂纹(弹模、延展性)由上可知,CRTS型板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆垫层的重要功能是支撑调整和缓冲协调。(4)提供(有限)弹性水泥乳化沥青砂浆垫层提供的弹性对轨道整体弹性十分有限,扣件弹性比砂浆大得多,而且,砂浆弹性对轨道总体弹性的影响也较小。第27页
18、/共89页二、板式无砟轨道及填充层砂浆二、板式无砟轨道及填充层砂浆 4、板式无砟轨道砂浆填充层的主要功能 (2)CRTS型砂浆填充层功能:水泥乳化沥青砂浆填充层作为轨道板和底座之间的调整层,主要起到填充、支撑、承力、传力的作用,并可为轨道提供适当的刚度和弹韧性。施工调整(充填空隙)施工调整(充填空隙)传递荷载传递荷载(传递竖向荷载传递竖向荷载 传递纵向及横向荷载传递纵向及横向荷载)约束轨道板约束轨道板第28页/共89页三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收1、板式无砟轨道的
19、填充层砂浆质量控制(1)填充层砂浆的主要性能:为使砂浆填充层满足板式无砟轨道结构的要求,水泥乳化沥青砂浆必须具有以下四方面的性能:施工性能施工性能流动性(扩展度)流动性(扩展度)可工作时间可工作时间匀质性匀质性稳定性稳定性砂浆温度等砂浆温度等 物理性能物理性能表观密度表观密度含气量含气量膨胀率等膨胀率等力学性能力学性能抗压强度抗压强度弹性模量等弹性模量等耐久性能耐久性能抗冻性抗冻性耐候性耐候性抗疲劳性能等抗疲劳性能等第29页/共89页三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收1
20、、板式无砟轨道的填充层砂浆质量控制 (2)填充层砂浆性能的主要影响因素:乳化沥青及其用量乳化沥青及其用量干料级配干料级配铝粉铝粉水胶比水胶比水泥用量水泥用量 其他因素其他因素 第30页/共89页三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收1、板式无砟轨道的填充层砂浆质量控制 (3)填充层砂浆原材料质量控制要素:水泥水泥细骨细骨料料乳化乳化沥青沥青加气加气剂剂膨胀膨胀剂剂其他其他外加外加剂剂填料填料材料材料相容相容性性材料材料间配间配比比第31页/共89页三、板式无砟轨道填充层砂浆
21、质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收1、板式无砟轨道的填充层砂浆质量控制 (4)填充层砂浆施工过程的控制要素计量系统的精计量系统的精度校核度校核砂浆温度控制砂浆温度控制搅拌速度及时搅拌速度及时间控制间控制砂浆流动度砂浆流动度可工作时间可工作时间膨胀率膨胀率抗压强度抗压强度弹性模量弹性模量灌注施工质量灌注施工质量充填饱满度充填饱满度第32页/共89页三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控制与验收三、板式无砟轨道填充层砂浆质量控
22、制与验收1、板式无砟轨道的填充层砂浆质量控制 (4)填充层砂浆施工过程的控制要素分离度分离度泛浆率泛浆率湿表观密度湿表观密度含气量含气量垫层匀质性垫层匀质性、密实性密实性第33页/共89页灌注施工质量(1)充填饱满度 型板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆垫层的灌注施工质量主要有砂浆垫层的充填饱满度、匀质性和密实性等,但现在还没有相应的评价指标和检验方法。目前,现场施工时,可以采取揭板检测或观察的方法进行检验和评价。充填饱满度是指轨道板与底座板间隙或灌注袋内中砂浆充填的饱满程度,要求100的充填,垫层与轨道板或底座板接触面不流任何缝隙,灌注袋四周边缘成半圆形,并给人以胀鼓感,不能有皱褶。揭板后,
23、轨道板下表面和底座板上表面的粗糙纹理清晰地印在垫层的表面,灌注袋内没有任何空隙,如下图所示。另一种现场评价饱满度的方法是测量轨道板支撑螺栓卸除前后轨道板的标高,要求卸除螺栓前后轨道板标高的变化在测量误差范围(00.5mm),不得大于1mm。砂浆垫层充填饱满情形1、板式无砟轨道的填充层砂浆质量控制 (4)填充层砂浆施工过程的控制要素第34页/共89页灌注施工质量 砂浆垫层充填饱满度的影响因素主要是新拌砂浆的流动度、可工作时间、砂浆的膨胀率、一次性灌注的砂浆量、垫层厚度和平整度等。为了保证饱满度,要求一块板下垫层应一次性灌注饱满,不得进行二次灌注,因此,一次搅拌的砂浆量必须大于一块板下垫层灌注的所
24、需量。灌注施工时,应以轨道板支撑螺栓松动但不明显抬起,确定为灌注饱满。灌注后垫层内或灌注袋内的砂浆在凝结硬化中会有一定的体积收缩,所以,砂浆垫层应有一定的体积膨胀以补偿体积收缩,才能保证充填饱满度。灌注袋是无纺纤维布制成的,有许多孔隙。在砂浆灌注到支撑螺栓抬起松动时,灌注袋受轨道板的压力,灌注袋会渗出少量的水,如果渗出的水量较少,对饱满度影响不大,如果渗出的水量较多时(渗出水的体积大于砂浆的膨胀率),则会影响垫层充填饱满度。(1)充填饱满度6 砂浆性能的现场检测与控制要点1、板式无砟轨道的填充层砂浆质量控制 (4)填充层砂浆施工过程的控制要素第35页/共89页灌注施工质量 垫层厚度较小时,砂浆
25、在轨道板与底座板间隙或灌注袋内流动的阻力较大,当砂浆的流动度较大时,容易导致垫层的两头和四个角充填不饱满。因此,当垫层厚度较薄时,应选择流动度较小的砂浆灌注。垫层的平整度也会影响饱满度,一般来说,曲线路段灌注施工难度比直线路段大,水平路段灌注施工难度比有坡度的路段小。为了保证砂浆垫层中不存在夹杂的空隙或缝隙,对于曲线路段或坡度路段的垫层,砂浆应从低侧灌入,砂浆流动与充填的阻力大于直线和水平路段,因此,这些路段的垫层灌注时,应选用流动度较小的砂浆,或适当提高砂浆储斗与垫层间的高度差,通过料位差产生的重力作用使垫层充填饱满。灌注袋渗水情况渗水少渗水多(1)充填饱满度6 砂浆性能的现场检测与控制要点
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