我國鐵路軌下基礎的現(xiàn)狀及發(fā)展

1、. 我國鐵路混凝土軌枕的現(xiàn)狀及開展軌枕是軌道構造的重要部件。它承受來自鋼軌的各種作用力，并彈性地將作用力傳布于道床，同時有效地保持軌道的軌距、方向和位置。世界高速鐵路有碴軌道正線全部采用混凝土軌枕。我國既有鐵路干線絕大局部鋪設混凝土軌枕，在高速鐵路、客運專線和既有主要干線則要求全部采用混凝土軌枕。混凝土軌枕的主要優(yōu)點是：縱、橫向阻力大，提供足夠的穩(wěn)定性，可以滿足高速鐵路的要求;軌枕承載能力可以根據不同的高速運行條件進展設計，使之滿足長期使用的耐久性要求;由于高速運行的平順性、舒適性要求，高速鐵路和客運專線必然鋪設無縫線路，理論計算和經歷說明，混凝土軌枕及其鋼軌扣件的性能完全能夠滿足無縫線路的需

2、要;壽命長和維修工作量小等。軌枕的受力是極其復雜的，其上承受的作用力有垂向、橫向和縱向作用力?；炷淋壵碓O計中的控制斷面是軌枕的軌下截面和中間截面。這兩個截面所受荷載彎矩的大小取決于機車車輛軸重、行車速度、軌道狀態(tài)和道床支承情況等的不同，同時，軌枕截面所受荷載彎矩在很大圍波動，不僅每一根軌枕所受的荷載不同，而且同一根軌枕的軌下截面和中間截面在每一次輪載作用下所承受的荷載彎矩也是不同的。在這種不穩(wěn)定重復荷載作用下，軌枕在予計使用期到達失效狀態(tài)的概率應不超過*一予定值。這是混凝土軌枕按使用平安度設計理論設計的根本含義。我國鐵路混凝土軌枕的現(xiàn)狀及存在的主要問題：自1956年我國研制出預應力混凝土軌枕

3、以來，無論是鋪設數量、產品系列、質量控制還是技術標準，都有長足的開展。我國鐵路采用整體式混凝土軌枕，根本分為、型。型混凝土枕包括1979年以前研制的各型軌枕和1979年以后設計的S-1型、J-1型等。型混凝土枕的承載能力是按建立型機車、軸重210kN、最高速度85km/h、鋪設密度1840根/km設計的。隨著鐵路運輸條件的變化，型枕早已不能適應，破損加劇，壽命縮短，幾乎全部出現(xiàn)釘孔縱裂及軌下正彎矩橫裂紋。因此，在正線上大量更換下道，并明令制止使用。型混凝土枕的承載能力是按照韶山型機車、軸重250kN、最高速度120km/h、鋪設密度1840根/km進展設計的，包括S-2型、J-2型、Y-F型、

4、TKG-型。S-2型軌枕淘汰后，在總結各類型枕存在問題的根底上研制了新型枕，這種軌枕已成為次重型以下軌道的主型軌枕。型混凝土軌枕是在1992年建立現(xiàn)代軌道構造試驗段時研制的新型混凝土軌枕。其主要特點是大大提高了軌枕承載能力和全面改善了軌枕使用性能，是適應運輸開展最新需要并與國際標準接軌的產品。型混凝土軌枕按機車最大軸重25t、貨車最大軸重23t、旅客列車最高時速160km、軌枕長度2600mm設計，用于60kg/m和75kg/m鋼軌線路、年通過總重密度60一100Mtkm/km。型枕比型枕軌下和中間截面的承載力分別提高了43%和65%，大大提高了軌道的整體強度。軌枕軌下截面靜載抗裂強度可以到達

5、210kN，中間截面可到達170kN。型枕長度2.6m，實際的枕底面積7720cm2，假設以等支承面積計，1600根型枕的底面積與1840根型枕相當，因此，加長和加寬的型枕可以減少每公里的軌枕配置根數。型混凝土軌枕的研制成功時逢鐵路實施提速戰(zhàn)略，得到了迅速開展。在提速的主要干線和客運專線都要求鋪設型預應力混凝土軌枕。目前，混凝土軌枕型號已根本適應運輸條件的需要，其格局是合理的。但是，從混凝土軌枕使用情況看還存在不少問題，在檢驗中靜載抗裂強度和疲勞強度通不過的現(xiàn)象時有發(fā)生，特別是在運營中出現(xiàn)的各種傷損縮短了軌枕使用壽命。在客運專線的建立中，解決這些問題已迫在眉睫。我國鐵路混凝土軌枕存在的主要問題

6、是：根底理論研究不夠：輪軌關系的復雜性和隨機性決定了對軌道構造的嚴格要求，而軌道構造是由扣件將鋼軌和軌下根底扣結在一起并支承在道床上，因此軌枕的構造、型式尺寸與其在道床上的支承狀態(tài)、道碴級配、道床清潔程度和密實狀態(tài)、軌下彈性墊層性能、扣件性能等都嚴密相關。我國構造每個部件的研究有一定深度，但作為一個構造、一個整體的研究比擬缺乏。例如有碴軌道軌下墊層彈性與枕下道床彈性應該如何分配、軌枕設計的計算方法采用何種支承狀態(tài)更為合理、在軌枕設計中如何引入軌下彈性墊層動剛度的概念以及怎樣到達與運輸條件相適應的均勻變化的動剛度、軌枕設計與生產工藝的嚴密結合等，都是在提高軌枕技術水平中應該解決的問題。軌枕構造有

7、待優(yōu)化：軌道構造任何部件出現(xiàn)問題都直接影響整個軌道構造的功能。軌枕作為軌道構造最重要的部件之一，其本身的構造必須優(yōu)化。如扣件與軌枕的聯(lián)結必須可靠，其軌下墊層必須具有足夠的彈性以起到減振減噪的作用，而墊層彈性與彈條的彈性又必須有良好的匹配。在提速道岔岔枕中使用的預埋尼龍?zhí)坠茉霈F(xiàn)局部失效，究其原因，一是尼龍?zhí)坠軜嬙觳粔蚝侠?，二是材質不良，三是使用中沒有涂油防銹或油料質量不良促使螺栓及尼龍?zhí)坠軗p壞。3、制造工藝先天缺乏：制造工藝是實現(xiàn)設計思想的根本保證。我國混凝土軌枕制造工藝根本都是流水機組法，采用25或24長模生產，由于鋼模受力，不可防止地產生變形，使軌枕中絲位發(fā)生變化，必然影響軌枕力學性能。蒸

8、汽養(yǎng)生也是軌枕生產的關鍵環(huán)節(jié)，但多年來軌枕蒸汽養(yǎng)生溫度過高、養(yǎng)護池中溫度不均勻、對枕心溫度沒有要求等都造成了軌枕早期開裂?？奂杪窆に嚶浜笫箍奂裨O位置誤差較大且沒有規(guī)律性，使鋼軌鋪設后精度不夠。還有予應力筋拉、混凝土攪拌、應力筋切割等工藝都有大量需要優(yōu)化的工作。4、粗放管理無序競爭：先進的管理對保證良好的產品質量起到至關重要的作用。我國混凝土軌枕廠在質量管理上都做過不少工作，但差距也是明顯的，存在的主要問題是：質量管理意識薄弱，鋼模超期使用的問題普遍存在，致使絲位不準;管理制度不嚴格，為了應付靜載抗裂強度的檢驗，采取超拉、甚至增加鋼筋的非正常措施，直接影響軌枕使用壽命;工裝設備管理不到位，設

9、備狀態(tài)不良難以保證軌枕質量;原材料入廠檢驗和把關方面都存在較大差距，包括對水泥、骨料、添加劑、水等原材缺乏嚴格的檢驗;自動化、智能化程度低，生產過程受人為因素影響比擬大等。5、軌枕使用需要規(guī)：軌枕要嚴格按照運輸條件和線路等級使用;養(yǎng)護維修中要根據軌枕受力特點進展搗固，防止出現(xiàn)受力不合理損壞軌枕;軌枕施工要嚴防野蠻裝卸，施工設施必須齊備等。二、各國鐵路混凝土軌枕的開展趨勢及特點：盡管在高速鐵路的開展中無碴軌道所占比例愈來愈大，在許多國家成為軌道構造的首選，但有碴軌道仍然是高速鐵路軌道構造的主要型式之一，在時速200km以下的客運專線建立和既有線改造、線路換軌大修中，有碴軌道仍會大量存在，因此，混

10、凝土軌枕的性能和質量仍然是我們關注的重點之一。高速鐵路和客運專線混凝土軌枕類型大局部為整體式，如德國、意大利、西班牙和日本等國的各類軌枕。法國有碴軌道傳統(tǒng)的軌枕構造型式是雙塊式軌枕，在高速鐵路中仍然采用雙塊式軌枕，但在有碴橋上因設置護輪軌的需要，采用了整體式軌枕。高速鐵路已有近四十年的歷史，根據這些國家的經歷，整體式軌枕和雙塊式軌枕都可滿足高速運行的技術要求。為了適應高速鐵路和客運專線軌道承載及線路養(yǎng)護維修的技術要求，一般都采用強化型的軌枕構造，即比既有線的軌枕更為優(yōu)化，包括增加予應力配筋和截面高度來提高關健截面的承載強度，增大截面尺寸和軌枕長度等優(yōu)化外形的設計來提高軌道的縱、橫向穩(wěn)定性。但是

11、，基于各國開展、應用混凝土軌枕的歷史條件不盡一致，高速列車的型式和性能、高速線路和軌道的設計標準、軌道鋪設和養(yǎng)護維修技術條件各有差異，因此，各國混凝土枕設計中采用的設計參數都遵循本國的相關設計準則。其構造形式和承載水平有根本一樣的趨勢，又有各自不同的特點。其中，軌枕承軌槽局部的構造形式主要取決于所采用的扣件構造及其與軌枕的聯(lián)結方式，由此出現(xiàn)了有擋肩與無擋肩、有螺栓聯(lián)結與無螺栓聯(lián)結，以及予留孔、予埋鐵件等不同的構造設計。此外，由于各用不同的生產工藝先或后，長模、短模或長線臺座等，使配置的預應力主筋種類、錨固方式以及構造外形等都有較大的區(qū)別。盡管如此，高速鐵路和客運專線的各類軌枕都必須滿足相應的承

12、載要求，在高速客運專線、高中速客運混跑或客貨混跑等不同運營條件下長期使用的耐久性，同時，軌道框架要有足夠的縱、橫向穩(wěn)定性，確保運行的平安性和養(yǎng)護維修的合理性。世界各國鐵路混凝土軌枕具有以下特點：(1).混凝土軌枕的鋪設數量增長很快，鋪設圍逐步擴大，包括岔枕和各種特殊用途的混凝土軌枕;(2).混凝土軌枕的型式，除法國等個別國家開展非預應力雙塊式軌枕外，大多數國家都開展預應力整體式軌枕;(3).混凝土軌枕的長度各國普遍采用2.6m，德國還有向長度2.8m開展的趨勢;軌枕斷面尺寸逐步加大以提高線路的縱向阻力和穩(wěn)定性，適當減少軌枕鋪設密度以提高鋪設和維修進度;(4).軌枕生產線地理位置布置合理，每條生

13、產線能力適中，防止生產能力過大造成浪費和運距過長;(5).先法整體式予應力混凝土枕的生產工藝有短模流水、長模流水和固定臺座，它們各有優(yōu)缺點，至于選擇何種工藝要視國情而定;(6).各國軌枕生產都十分注重軌枕設計和制造質量，利用先進工藝、新技術和嚴格的質量控制手段保證產品質量，軌枕使用壽命都在50年左右。各生產廠家都有完善的檢測設備，有較強的科研技術力量和計算機管理系統(tǒng)，不斷改良產品性能，開發(fā)新產品，以滿足用戶的需要。三、我國鐵路混凝土軌枕開展應做好的重點工作：一、采用國際標準、提高行業(yè)水平：在高速鐵路和客運專線的建立中采用國際標準，使混凝土軌枕在設計理論、計算方法、技術裝備、生產工藝、企業(yè)管理、

14、產品質量等方面到達國際水平，是徹底扭轉混凝土軌枕行業(yè)落后狀態(tài)、全面提高行業(yè)水平的根本出路。在高速鐵路和客運專線軌枕技術標準中，要完全等同、等效采用EN標準歐洲工業(yè)標準，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、確立軌枕耐久性的理念：以鋼筋混凝土為主體的根底設施是各行各業(yè)建立中不可缺少的構造，強度和耐久性是混凝土構造的兩大根本特征。長期以來，混凝土和鋼筋混凝土構造設計一直十分重視強度問題，傳統(tǒng)設計方法是按照荷載和平安的要求確定混凝土的強度，即按強度設計。但國外大量破壞實例說明，混凝土構造一般不是由于設計強度不夠而破壞，而是由于混凝土隨時間劣化產生破壞，不僅造成養(yǎng)護維修費用的大量增加，而且直接影響構造的使用和平

15、安。工業(yè)興旺國家的混凝土軌枕使用壽命普遍在50年以上，據我國使用情況的調查，混凝土軌枕平均壽命缺乏20年。早在二十多年前，工業(yè)興旺國家就提出了按效勞年限或按耐久性設計混凝土的理念，并在研究、設計、施工、標準等方面做了大量工作。國水工及港工設計規(guī)率先對混凝土耐久性提出明確要求，近年來，城市地鐵和城市快運的規(guī)修訂稿已明確將設計年限定為100年，而公路和鐵路構造物至今沒有明確規(guī)定。高性能混凝土又稱耐久性混凝土，簡稱HPC是根據混凝土材料耐久性要求，采用優(yōu)質原材料、低水膠比、摻加礦物細摻料及高效減水劑，以耐久性為主要控制指標，同時保證其工作性、強度、體積穩(wěn)定性等性能指標的混凝土。高性能混凝土的根本要混

16、凝土應具有良好的耐久性、工作性和強度，在概念上它與高強度砼(HSC)是不同的?；炷聊途眯钥紤]在影響混凝土構造耐久性的、外因素作用下，構造在設計目標使用期，正常使用和維護的條件下，無需花費大量資金維修與加固，能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用力，具有良好的工作性能和耐久性能，使用條件到達設計規(guī)要求?；炷翗嬙斓哪途眯园ɑ炷敛牧系哪途眯院突炷翗嬙煸O計的耐久性?；炷敛牧夏途眯允腔炷猎谡Ｊ┕?、使用和維護條件下，在設計使用期具有抗凍、抗?jié)B、防止鋼筋銹蝕及抵抗設計時予知的腐蝕介質或惡劣環(huán)境的能力?；炷翗嬙炷途眯栽O計則是為保證混凝土構造具有的耐久性能，根據使用條件，確定有關技術指標和選擇各種耐久性措

17、施的過程。高速鐵路和客運專線軌枕標準在原材料選擇、制造工藝、質量要求、檢驗方法等方面都參照EN標準充分考慮了耐久性要求。2、原材料選擇：混凝土軌枕的原材料主要有水泥、骨料、鋼材、水和適量的外加劑、摻和料等。在既有線的軌枕標準中對原材料的強度提出了要求，而客運專線的標準表達了如下變化：1、水泥、骨料、鋼材強度等級到達設計要求。2、對水泥和骨料分別提出了堿含量的控制要求。如“水泥堿含量應不超過0.60%、“不應使用具有堿-碳酸鹽反響活性或砂漿棒膨脹率大了0.20%的堿-硅酸鹽反響活性的骨料;當骨料的砂漿棒膨脹率為0.10-0.20%時，混凝土堿含量不應超過3kg/m3而且強調軌枕投產前以及骨料的來

18、源改變時，都要進展試驗和評價，并提出報告。3、對粗骨料的級配、細骨料的細度模數和干凈程度提出了要求。3、制造要求：1、拉力：不僅提出了總拉力符合設計圖的要求，而且限定了總拉力的偏差。無論采用何種拉工藝，都要保證每根鋼筋受力的均勻，同時，要采用自動拉和記錄設備。2、針對我國軌枕生產中養(yǎng)生不夠規(guī)的狀況，參照EN標準，從自然養(yǎng)生和蒸汽養(yǎng)生兩種方式對軌枕養(yǎng)生提出了很多具體要求，如軌枕外表和枕心溫度的差異、升溫速度、降溫速度、靜停時間等。3、采取有效措施緩慢放拉應力。4、質量要求：1、軌枕各項彎矩檢驗采用EN標準的試驗方法，軌下截面正彎矩試驗支點距離0.6m，枕中截面負彎矩試驗支點距離1.5m，試驗更為

19、嚴格。2、軌枕主要尺寸偏差根本等同采用EN標準，如予應力鋼筋不允許出現(xiàn)斷絲既有線軌枕允許斷絲;上排予應力鋼絲距軌枕頂面距離偏差3mm既有線軌枕5mm;任意兩排予應力鋼絲之間的距離偏差2mm既有線軌枕5mm等。無擋肩軌枕由于其構造特點，各尺寸偏差要求更嚴格。3、外觀質量要求的工程齊全且有量化指標。5、檢驗規(guī)則： 軌枕檢驗分為型式檢驗和出廠檢驗。型式檢驗工程除既有線軌枕的外觀質量、各部尺寸和各項強度指標外，增加了原材料報告、混凝土堿含量評估、混凝土彈性模量、混凝土氯離子滲透性、予埋套管或鐵座抗拔力、軌枕與扣件組裝絕緣電阻等。出廠檢驗則增加了混凝土彈性模量的工程。另外，根據我國的實際情況，增加了動載

20、試驗。 對各項質量檢驗數量和判別都應有量化要求。 在我國的標準中首次提出了質保期的要求，即質保期自出廠起五年，而且生產廠家要承當更換質保期發(fā)現(xiàn)的由于生產者過失造成的不合格軌枕。二、優(yōu)化生產工藝、提高產品質量：流水機組法和長線臺座法是目前我國生產混凝土軌枕的主要兩種方法，從實際業(yè)績來看，各有優(yōu)缺點，但是相對高速鐵路和客運專線軌枕的技術要求而言，我國這兩種方法的實際水平都有很大的差距，不可能生產出高質量軌枕。為此，必須認真改造工裝，優(yōu)化生產工藝，需要解決的主要問題有：1、配料自動控制和攪拌工藝：混凝土原材料在動態(tài)稱重情況下會產生配料誤差，為實現(xiàn)在動態(tài)稱重情況下按規(guī)定的配合比進展準確投料攪拌，要設置

21、具有自動稱重、配料、攪拌功能的控制設備，并能適時自動記錄、查詢及修改各個工藝環(huán)節(jié)的參數。2、鋼筋拉工藝：預應力鋼筋、箍筋和螺旋筋都必須分別到達技術條件的要求。對預應力鋼筋的拉工藝要擬定操作規(guī)程，總拉力應嚴格符合設計圖的規(guī)定，施加的總拉力偏差不應超過設計值的5kN。保證每根鋼筋拉力的均勻性也是十分重要的，無論采用鋼筋或鋼鉸線、無論采用單根拉或整體拉，都要保證鋼筋受力均勻，為到達這個目的，要利用高精度傳感器測量技術和計算機控制技術裝備先進的拉設備，并定期檢驗、校正拉設備，配備精度不低于1.5級的測力設備。在解決鋼筋拉均勻性的工作中，有很多關健技術和根底理論的研究工作，如鋼筋有效長度誤差對拉均勻性的

22、影響、模具變形對拉均勻性的影響、拉速度及模具長度和剛度對鋼筋應力松弛的影響、均勻拉調節(jié)技術等。3、混凝土灌注與振搗工藝：軌枕混凝土膠凝材料用量不得超過500kg/m3，這是為了不致產生過高的水化熱。在EN標準中明確規(guī)定“混凝土應具有足夠密實度以最大程度減少水的滲入，而我國的技術標準無這方面的明確規(guī)定，實際上，混凝土的密實度對軌枕使用壽命有重要影響。因此，對不同的生產工藝要有不同的布料、灌注、振搗設備和工藝規(guī)程，同時建立振搗臺的自動控制系統(tǒng)。對軌枕混凝土應具有的最正確密實度以及如何到達最正確密實度，還需要在生產線的改造過程中認真解決。4、軌枕養(yǎng)生工藝：軌枕養(yǎng)生分為自然養(yǎng)生和蒸汽養(yǎng)生。軌枕采用自然

23、養(yǎng)生時，應在振搗完成后立即進展，并應覆蓋混凝土直接保濕膜。為了到達最好的養(yǎng)生效果，要求開場養(yǎng)生時的環(huán)境溫度不大于30，枕心混凝土溫度與軌枕外表混凝土溫度應盡量相近，其溫度差不應大于20。軌枕采用蒸汽養(yǎng)生時，要注意進展如下控制：在溫度不大于30的環(huán)境中靜停時間不少于3小時;混凝土升溫得速度不大于15/h;應有一定的停汽降溫時間，降溫速度不大于15/h;養(yǎng)生完畢時軌枕外表與坑外溫差不大于15。養(yǎng)生期間，要根據水泥中三氧化硫的含量控制最高養(yǎng)生溫度。軌枕脫模后，應濕潤養(yǎng)生7天以上;冬天環(huán)境溫度低于5時，應噴涂混凝土養(yǎng)生劑并覆蓋保暖保濕層。為了確保養(yǎng)生溫度控制的準確，要做好以下工作：制定滿足客運專線軌枕技術條件要求的養(yǎng)生工藝;購置和研制滿足以上工藝的工裝設備，如優(yōu)化養(yǎng)護坑構造、改良養(yǎng)護坑送汽系統(tǒng)等;深入研究混凝土蒸養(yǎng)過程中水化熱的影響，測定枕心、軌枕外表和池環(huán)境溫度隨時間變化的規(guī)律等。5、鋼筋放、切割工藝：在臺座長線臺座法或模具流水機組法上放松鋼筋予應力以施加于軌枕時，混凝土的強度應不低于45MPa，而且不允許在帶應力情況下直接切割鋼筋。目前，有的軌枕生產線已經采取了一些措施來緩慢放松拉力，但仍然存在差距。要從根本上解決問題，還需要采取如下措施：采用活殼鋼模，保證放的均勻性;制定切實保證緩慢放的工藝措施;采用先進的切割工藝等。6、扣件定位工藝：目前扣件的定位，有螺栓有擋肩