我国铁路轨下基础的现状及发展

1、. 我国铁路混凝土轨枕的现状及开展轨枕是轨道构造的重要部件。它承受来自钢轨的各种作用力，并弹性地将作用力传布于道床，同时有效地保持轨道的轨距、方向和位置。世界高速铁路有碴轨道正线全部采用混凝土轨枕。我国既有铁路干线绝大局部铺设混凝土轨枕，在高速铁路、客运专线和既有主要干线则要求全部采用混凝土轨枕。混凝土轨枕的主要优点是：纵、横向阻力大，提供足够的稳定性，可以满足高速铁路的要求;轨枕承载能力可以根据不同的高速运行条件进展设计，使之满足长期使用的耐久性要求;由于高速运行的平顺性、舒适性要求，高速铁路和客运专线必然铺设无缝线路，理论计算和经历说明，混凝土轨枕及其钢轨扣件的性能完全能够满足无缝线路的需

2、要;寿命长和维修工作量小等。轨枕的受力是极其复杂的，其上承受的作用力有垂向、横向和纵向作用力。混凝土轨枕设计中的控制断面是轨枕的轨下截面和中间截面。这两个截面所受荷载弯矩的大小取决于机车车辆轴重、行车速度、轨道状态和道床支承情况等的不同，同时，轨枕截面所受荷载弯矩在很大围波动，不仅每一根轨枕所受的荷载不同，而且同一根轨枕的轨下截面和中间截面在每一次轮载作用下所承受的荷载弯矩也是不同的。在这种不稳定重复荷载作用下，轨枕在予计使用期到达失效状态的概率应不超过*一予定值。这是混凝土轨枕按使用平安度设计理论设计的根本含义。我国铁路混凝土轨枕的现状及存在的主要问题：自1956年我国研制出预应力混凝土轨枕

3、以来，无论是铺设数量、产品系列、质量控制还是技术标准，都有长足的开展。我国铁路采用整体式混凝土轨枕，根本分为、型。型混凝土枕包括1979年以前研制的各型轨枕和1979年以后设计的S-1型、J-1型等。型混凝土枕的承载能力是按建立型机车、轴重210kN、最高速度85km/h、铺设密度1840根/km设计的。随着铁路运输条件的变化，型枕早已不能适应，破损加剧，寿命缩短，几乎全部出现钉孔纵裂及轨下正弯矩横裂纹。因此，在正线上大量更换下道，并明令制止使用。型混凝土枕的承载能力是按照韶山型机车、轴重250kN、最高速度120km/h、铺设密度1840根/km进展设计的，包括S-2型、J-2型、Y-F型、

4、TKG-型。S-2型轨枕淘汰后，在总结各类型枕存在问题的根底上研制了新型枕，这种轨枕已成为次重型以下轨道的主型轨枕。型混凝土轨枕是在1992年建立现代轨道构造试验段时研制的新型混凝土轨枕。其主要特点是大大提高了轨枕承载能力和全面改善了轨枕使用性能，是适应运输开展最新需要并与国际标准接轨的产品。型混凝土轨枕按机车最大轴重25t、货车最大轴重23t、旅客列车最高时速160km、轨枕长度2600mm设计，用于60kg/m和75kg/m钢轨线路、年通过总重密度60一100Mtkm/km。型枕比型枕轨下和中间截面的承载力分别提高了43%和65%，大大提高了轨道的整体强度。轨枕轨下截面静载抗裂强度可以到达

5、210kN，中间截面可到达170kN。型枕长度2.6m，实际的枕底面积7720cm2，假设以等支承面积计，1600根型枕的底面积与1840根型枕相当，因此，加长和加宽的型枕可以减少每公里的轨枕配置根数。型混凝土轨枕的研制成功时逢铁路实施提速战略，得到了迅速开展。在提速的主要干线和客运专线都要求铺设型预应力混凝土轨枕。目前，混凝土轨枕型号已根本适应运输条件的需要，其格局是合理的。但是，从混凝土轨枕使用情况看还存在不少问题，在检验中静载抗裂强度和疲劳强度通不过的现象时有发生，特别是在运营中出现的各种伤损缩短了轨枕使用寿命。在客运专线的建立中，解决这些问题已迫在眉睫。我国铁路混凝土轨枕存在的主要问题

6、是：根底理论研究不够：轮轨关系的复杂性和随机性决定了对轨道构造的严格要求，而轨道构造是由扣件将钢轨和轨下根底扣结在一起并支承在道床上，因此轨枕的构造、型式尺寸与其在道床上的支承状态、道碴级配、道床清洁程度和密实状态、轨下弹性垫层性能、扣件性能等都严密相关。我国构造每个部件的研究有一定深度，但作为一个构造、一个整体的研究比拟缺乏。例如有碴轨道轨下垫层弹性与枕下道床弹性应该如何分配、轨枕设计的计算方法采用何种支承状态更为合理、在轨枕设计中如何引入轨下弹性垫层动刚度的概念以及怎样到达与运输条件相适应的均匀变化的动刚度、轨枕设计与生产工艺的严密结合等，都是在提高轨枕技术水平中应该解决的问题。轨枕构造有

7、待优化：轨道构造任何部件出现问题都直接影响整个轨道构造的功能。轨枕作为轨道构造最重要的部件之一，其本身的构造必须优化。如扣件与轨枕的联结必须可靠，其轨下垫层必须具有足够的弹性以起到减振减噪的作用，而垫层弹性与弹条的弹性又必须有良好的匹配。在提速道岔岔枕中使用的预埋尼龙套管曾出现局部失效，究其原因，一是尼龙套管构造不够合理，二是材质不良，三是使用中没有涂油防锈或油料质量不良促使螺栓及尼龙套管损坏。3、制造工艺先天缺乏：制造工艺是实现设计思想的根本保证。我国混凝土轨枕制造工艺根本都是流水机组法，采用25或24长模生产，由于钢模受力，不可防止地产生变形，使轨枕中丝位发生变化，必然影响轨枕力学性能。蒸

8、汽养生也是轨枕生产的关键环节，但多年来轨枕蒸汽养生温度过高、养护池中温度不均匀、对枕心温度没有要求等都造成了轨枕早期开裂。扣件予埋工艺落后使扣件埋设位置误差较大且没有规律性，使钢轨铺设后精度不够。还有予应力筋拉、混凝土搅拌、应力筋切割等工艺都有大量需要优化的工作。4、粗放管理无序竞争：先进的管理对保证良好的产品质量起到至关重要的作用。我国混凝土轨枕厂在质量管理上都做过不少工作，但差距也是明显的，存在的主要问题是：质量管理意识薄弱，钢模超期使用的问题普遍存在，致使丝位不准;管理制度不严格，为了应付静载抗裂强度的检验，采取超拉、甚至增加钢筋的非正常措施，直接影响轨枕使用寿命;工装设备管理不到位，设

9、备状态不良难以保证轨枕质量;原材料入厂检验和把关方面都存在较大差距，包括对水泥、骨料、添加剂、水等原材缺乏严格的检验;自动化、智能化程度低，生产过程受人为因素影响比拟大等。5、轨枕使用需要规：轨枕要严格按照运输条件和线路等级使用;养护维修中要根据轨枕受力特点进展捣固，防止出现受力不合理损坏轨枕;轨枕施工要严防野蛮装卸，施工设施必须齐备等。二、各国铁路混凝土轨枕的开展趋势及特点：尽管在高速铁路的开展中无碴轨道所占比例愈来愈大，在许多国家成为轨道构造的首选，但有碴轨道仍然是高速铁路轨道构造的主要型式之一，在时速200km以下的客运专线建立和既有线改造、线路换轨大修中，有碴轨道仍会大量存在，因此，混

10、凝土轨枕的性能和质量仍然是我们关注的重点之一。高速铁路和客运专线混凝土轨枕类型大局部为整体式，如德国、意大利、西班牙和日本等国的各类轨枕。法国有碴轨道传统的轨枕构造型式是双块式轨枕，在高速铁路中仍然采用双块式轨枕，但在有碴桥上因设置护轮轨的需要，采用了整体式轨枕。高速铁路已有近四十年的历史，根据这些国家的经历，整体式轨枕和双块式轨枕都可满足高速运行的技术要求。为了适应高速铁路和客运专线轨道承载及线路养护维修的技术要求，一般都采用强化型的轨枕构造，即比既有线的轨枕更为优化，包括增加予应力配筋和截面高度来提高关健截面的承载强度，增大截面尺寸和轨枕长度等优化外形的设计来提高轨道的纵、横向稳定性。但是

11、，基于各国开展、应用混凝土轨枕的历史条件不尽一致，高速列车的型式和性能、高速线路和轨道的设计标准、轨道铺设和养护维修技术条件各有差异，因此，各国混凝土枕设计中采用的设计参数都遵循本国的相关设计准则。其构造形式和承载水平有根本一样的趋势，又有各自不同的特点。其中，轨枕承轨槽局部的构造形式主要取决于所采用的扣件构造及其与轨枕的联结方式，由此出现了有挡肩与无挡肩、有螺栓联结与无螺栓联结，以及予留孔、予埋铁件等不同的构造设计。此外，由于各用不同的生产工艺先或后，长模、短模或长线台座等，使配置的预应力主筋种类、锚固方式以及构造外形等都有较大的区别。尽管如此，高速铁路和客运专线的各类轨枕都必须满足相应的承

12、载要求，在高速客运专线、高中速客运混跑或客货混跑等不同运营条件下长期使用的耐久性，同时，轨道框架要有足够的纵、横向稳定性，确保运行的平安性和养护维修的合理性。世界各国铁路混凝土轨枕具有以下特点：(1).混凝土轨枕的铺设数量增长很快，铺设围逐步扩大，包括岔枕和各种特殊用途的混凝土轨枕;(2).混凝土轨枕的型式，除法国等个别国家开展非预应力双块式轨枕外，大多数国家都开展预应力整体式轨枕;(3).混凝土轨枕的长度各国普遍采用2.6m，德国还有向长度2.8m开展的趋势;轨枕断面尺寸逐步加大以提高线路的纵向阻力和稳定性，适当减少轨枕铺设密度以提高铺设和维修进度;(4).轨枕生产线地理位置布置合理，每条生

13、产线能力适中，防止生产能力过大造成浪费和运距过长;(5).先法整体式予应力混凝土枕的生产工艺有短模流水、长模流水和固定台座，它们各有优缺点，至于选择何种工艺要视国情而定;(6).各国轨枕生产都十分注重轨枕设计和制造质量，利用先进工艺、新技术和严格的质量控制手段保证产品质量，轨枕使用寿命都在50年左右。各生产厂家都有完善的检测设备，有较强的科研技术力量和计算机管理系统，不断改良产品性能，开发新产品，以满足用户的需要。三、我国铁路混凝土轨枕开展应做好的重点工作：一、采用国际标准、提高行业水平：在高速铁路和客运专线的建立中采用国际标准，使混凝土轨枕在设计理论、计算方法、技术装备、生产工艺、企业管理、

14、产品质量等方面到达国际水平，是彻底扭转混凝土轨枕行业落后状态、全面提高行业水平的根本出路。在高速铁路和客运专线轨枕技术标准中，要完全等同、等效采用EN标准欧洲工业标准，主要表现在以下几个方面：1、确立轨枕耐久性的理念：以钢筋混凝土为主体的根底设施是各行各业建立中不可缺少的构造，强度和耐久性是混凝土构造的两大根本特征。长期以来，混凝土和钢筋混凝土构造设计一直十分重视强度问题，传统设计方法是按照荷载和平安的要求确定混凝土的强度，即按强度设计。但国外大量破坏实例说明，混凝土构造一般不是由于设计强度不够而破坏，而是由于混凝土隨时间劣化产生破坏，不仅造成养护维修费用的大量增加，而且直接影响构造的使用和平

15、安。工业兴旺国家的混凝土轨枕使用寿命普遍在50年以上，据我国使用情况的调查，混凝土轨枕平均寿命缺乏20年。早在二十多年前，工业兴旺国家就提出了按效劳年限或按耐久性设计混凝土的理念，并在研究、设计、施工、标准等方面做了大量工作。国水工及港工设计规率先对混凝土耐久性提出明确要求，近年来，城市地铁和城市快运的规修订稿已明确将设计年限定为100年，而公路和铁路构造物至今没有明确规定。高性能混凝土又称耐久性混凝土，简称HPC是根据混凝土材料耐久性要求，采用优质原材料、低水胶比、掺加矿物细掺料及高效减水剂，以耐久性为主要控制指标，同时保证其工作性、强度、体积稳定性等性能指标的混凝土。高性能混凝土的根本要混

16、凝土应具有良好的耐久性、工作性和强度，在概念上它与高强度砼(HSC)是不同的。混凝土耐久性考虑在影响混凝土构造耐久性的、外因素作用下，构造在设计目标使用期，正常使用和维护的条件下，无需花费大量资金维修与加固，能够承受可能出现的各种作用力，具有良好的工作性能和耐久性能，使用条件到达设计规要求。混凝土构造的耐久性包括混凝土材料的耐久性和混凝土构造设计的耐久性。混凝土材料耐久性是混凝土在正常施工、使用和维护条件下，在设计使用期具有抗冻、抗渗、防止钢筋锈蚀及抵抗设计时予知的腐蚀介质或恶劣环境的能力。混凝土构造耐久性设计则是为保证混凝土构造具有的耐久性能，根据使用条件，确定有关技术指标和选择各种耐久性措

17、施的过程。高速铁路和客运专线轨枕标准在原材料选择、制造工艺、质量要求、检验方法等方面都参照EN标准充分考虑了耐久性要求。2、原材料选择：混凝土轨枕的原材料主要有水泥、骨料、钢材、水和适量的外加剂、掺和料等。在既有线的轨枕标准中对原材料的强度提出了要求，而客运专线的标准表达了如下变化：1、水泥、骨料、钢材强度等级到达设计要求。2、对水泥和骨料分别提出了碱含量的控制要求。如“水泥碱含量应不超过0.60%、“不应使用具有碱-碳酸盐反响活性或砂浆棒膨胀率大了0.20%的碱-硅酸盐反响活性的骨料;当骨料的砂浆棒膨胀率为0.10-0.20%时，混凝土碱含量不应超过3kg/m3而且强调轨枕投产前以及骨料的来

18、源改变时，都要进展试验和评价，并提出报告。3、对粗骨料的级配、细骨料的细度模数和干净程度提出了要求。3、制造要求：1、拉力：不仅提出了总拉力符合设计图的要求，而且限定了总拉力的偏差。无论采用何种拉工艺，都要保证每根钢筋受力的均匀，同时，要采用自动拉和记录设备。2、针对我国轨枕生产中养生不够规的状况，参照EN标准，从自然养生和蒸汽养生两种方式对轨枕养生提出了很多具体要求，如轨枕外表和枕心温度的差异、升温速度、降温速度、静停时间等。3、采取有效措施缓慢放拉应力。4、质量要求：1、轨枕各项弯矩检验采用EN标准的试验方法，轨下截面正弯矩试验支点距离0.6m，枕中截面负弯矩试验支点距离1.5m，试验更为

19、严格。2、轨枕主要尺寸偏差根本等同采用EN标准，如予应力钢筋不允许出现断丝既有线轨枕允许断丝;上排予应力钢丝距轨枕顶面距离偏差3mm既有线轨枕5mm;任意两排予应力钢丝之间的距离偏差2mm既有线轨枕5mm等。无挡肩轨枕由于其构造特点，各尺寸偏差要求更严格。3、外观质量要求的工程齐全且有量化指标。5、检验规则： 轨枕检验分为型式检验和出厂检验。型式检验工程除既有线轨枕的外观质量、各部尺寸和各项强度指标外，增加了原材料报告、混凝土碱含量评估、混凝土弹性模量、混凝土氯离子渗透性、予埋套管或铁座抗拔力、轨枕与扣件组装绝缘电阻等。出厂检验则增加了混凝土弹性模量的工程。另外，根据我国的实际情况，增加了动载

20、试验。 对各项质量检验数量和判别都应有量化要求。 在我国的标准中首次提出了质保期的要求，即质保期自出厂起五年，而且生产厂家要承当更换质保期发现的由于生产者过失造成的不合格轨枕。二、优化生产工艺、提高产品质量：流水机组法和长线台座法是目前我国生产混凝土轨枕的主要两种方法，从实际业绩来看，各有优缺点，但是相对高速铁路和客运专线轨枕的技术要求而言，我国这两种方法的实际水平都有很大的差距，不可能生产出高质量轨枕。为此，必须认真改造工装，优化生产工艺，需要解决的主要问题有：1、配料自动控制和搅拌工艺：混凝土原材料在动态称重情况下会产生配料误差，为实现在动态称重情况下按规定的配合比进展准确投料搅拌，要设置

21、具有自动称重、配料、搅拌功能的控制设备，并能适时自动记录、查询及修改各个工艺环节的参数。2、钢筋拉工艺：预应力钢筋、箍筋和螺旋筋都必须分别到达技术条件的要求。对预应力钢筋的拉工艺要拟定操作规程，总拉力应严格符合设计图的规定，施加的总拉力偏差不应超过设计值的5kN。保证每根钢筋拉力的均匀性也是十分重要的，无论采用钢筋或钢鉸线、无论采用单根拉或整体拉，都要保证钢筋受力均匀，为到达这个目的，要利用高精度传感器测量技术和计算机控制技术装备先进的拉设备，并定期检验、校正拉设备，配备精度不低于1.5级的测力设备。在解决钢筋拉均匀性的工作中，有很多关健技术和根底理论的研究工作，如钢筋有效长度误差对拉均匀性的

22、影响、模具变形对拉均匀性的影响、拉速度及模具长度和刚度对钢筋应力松弛的影响、均匀拉调节技术等。3、混凝土灌注与振捣工艺：轨枕混凝土胶凝材料用量不得超过500kg/m3，这是为了不致产生过高的水化热。在EN标准中明确规定“混凝土应具有足够密实度以最大程度减少水的渗入，而我国的技术标准无这方面的明确规定，实际上，混凝土的密实度对轨枕使用寿命有重要影响。因此，对不同的生产工艺要有不同的布料、灌注、振捣设备和工艺规程，同时建立振捣台的自动控制系统。对轨枕混凝土应具有的最正确密实度以及如何到达最正确密实度，还需要在生产线的改造过程中认真解决。4、轨枕养生工艺：轨枕养生分为自然养生和蒸汽养生。轨枕采用自然

23、养生时，应在振捣完成后立即进展，并应覆盖混凝土直接保湿膜。为了到达最好的养生效果，要求开场养生时的环境温度不大于30，枕心混凝土温度与轨枕外表混凝土温度应尽量相近，其温度差不应大于20。轨枕采用蒸汽养生时，要注意进展如下控制：在温度不大于30的环境中静停时间不少于3小时;混凝土升温得速度不大于15/h;应有一定的停汽降温时间，降温速度不大于15/h;养生完毕时轨枕外表与坑外温差不大于15。养生期间，要根据水泥中三氧化硫的含量控制最高养生温度。轨枕脱模后，应湿润养生7天以上;冬天环境温度低于5时，应喷涂混凝土养生剂并覆盖保暖保湿层。为了确保养生温度控制的准确，要做好以下工作：制定满足客运专线轨枕技术条件要求的养生工艺;购置和研制满足以上工艺的工装设备，如优化养护坑构造、改良养护坑送汽系统等;深入研究混凝土蒸养过程中水化热的影响，测定枕心、轨枕外表和池环境温度随时间变化的规律等。5、钢筋放、切割工艺：在台座长线台座法或模具流水机组法上放松钢筋予应力以施加于轨枕时，混凝土的强度应不低于45MPa，而且不允许在带应力情况下直接切割钢筋。目前，有的轨枕生产线已经采取了一些措施来缓慢放松拉力，但仍然存在差距。要从根本上解决问题，还需要采取如下措施：采用活壳钢模，保证放的均匀性;制定切实保证缓慢放的工艺措施;采用先进的切割工艺等。6、扣件定位工艺：目前扣件的定位，有螺栓有挡肩