浅述混凝土轨枕的主要病害及整治措施

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【摘要】：混凝土轨枕线路与木枕线路一样，在机车车辆不稳定重复荷载作用和自然条件影响下，会产生弹性变形和永久变形。永久变形包括轨道几何位置的变化和各部件的折损。线路修理工作就是要消除日益积累的永久变形。例如混凝土轨枕线路比木枕线路纵、横向阻力大，稳定性好，在轨面病害没有出现以前，轨道动力坡度小，使延长维修周期有了可能。而由于线路刚度提高带来的一系列线路病害又必须采取符合混凝土轨枕线路特点的养护方法才能奏效。本章从混凝土轨枕的优缺点入手，针对其特点，阐述混凝土枕的主要病害及整治措施。

【关键词】：混凝土轨枕；养护；线路构造

Abstract: the concrete sleepers line wooden pillow lines, the unstable rolling stock under repeated loads and natural conditions, the elastic deformation and permanent deformation. Permanent deformation including the change in position of the track geometry and parts breakage. Line repair work is to eliminate the growing accumulation of permanent deformation. Such as the concrete sleepers line than the wooden pillow line longitudinal, lateral resistance, good stability, small slope before the disease does not appear in the track surface, track power, made ​​possible by the extended service intervals. Line stiffness increased by a series of lines disease must be taken in line with the the concrete sleepers line features conservation methods can be effective. This chapter, the advantages and disadvantages of concrete sleepers from the start, according to the characteristics of its maintenance and repair work.

Keywords: concrete sleepers; conservation; circuit structure

中图分类号:TU525.9 文献标识码：A

轨枕是轨下基础部件之一。它的功用是支承钢轨，保持轨距和方向，并将钢轨肘它的各向压力传递到道床上。因此，轨枕必须具有坚固性、弹性和耐久性。轨枕以其构造及铺设方法分为横向轨枕，纵向轨枕，短枕和宽枕等等。横向轨枕与钢轨垂直间隔铺设，广泛用于客货混运、高速和重载的线路上[1]。纵向轨枕和宽轨枕在使用中存在不少问题而已被淘汰。短轨仅用在无碴轨道上，因它是在左、右两股钢轨下分开铺没。整体性差。也很少采用。轨枕按其使用部位可分为用于区间线路的普通轨枕、用于道岔上的岔枕及用于无碴桥上的桥枕，按材料可分为木枕、混凝土枕及钢枕。

一．混凝土轨枕的优缺点

混凝土轨枕的优点是材源丰富，尺寸统一，使轨道弹性均匀，提高了轨道的稳定性，不受气候、腐朽、虫蛀及失火的影响，使用寿命长。此外，混凝土枕还应具有较高的阻力，这对提高无缝线路的横向稳定性是十分有利的。但是混凝土枕也存在以下缺点：弹性差、钢轨联结零件复杂、隐性能低、更换较困难。一根混凝土枕的质量为220～250 kg，是木枕的4倍左右。其弹性差，在相同荷载作用下，道床受力比木枕大25％左右，冲击作用也比木枕大得多，所以要求道床断面厚度大，且必须在钢轨底增设弹性垫层。对于临时便线，冻害或严重翻浆冒泥以及其他路基不稳定地段，半径小于300 m的曲线及正线上使用砂道床地段，均不宜铺设混凝土轨枕。

我国铁路正进入一个高速发展时期，重载、高速和承受复杂应力等对现有预应力混凝土轨枕和木枕提出了更严格的要求，原有的预应力混凝土轨枕已难应用钢轨接头和小曲率半径(R≤350m)转弯地段，此时往往因受力复杂面过早失效，不得不仍采用优质木材，这不仅耗用大量木材，使用寿命也难于延长。钢纤维混凝土轨枕基于钢纤维混凝土优异性能，可利用现有轨枕生产线，在搅拌的混凝土中分散并均匀撒入一定量的钢纤维来制作。有的采用纤维型与颗粒复合型增强技术，分别在预应力混凝土轨枕中掺入1％～2％的钢纤维与15％硅灰复合来增强预应力高强混凝土轨枕。由于钢纤维优异的阻裂效应和预应力功能复合，使得钢纤维增强高强预应力混凝土轨枕在疲劳荷载作用下的裂缝数量、裂宽和裂高均较预应力高强轨枕有明显的降低；再因硅灰对混凝土内部微结构，特别是界面结构的改善，使得钢纤维的阻裂能力进一步提高。采用双重或多重复合技术生产的特种轨枕可带裂缝工作，并有望在生产中用1％～2％的钢纤维和15％的硅灰取代50％的预应力钢筋[2]。

二．混凝土轨枕使用要求及失效标准

(一)混凝土枕使用要求

(1)铺设混凝土枕地段，钢轨有接头病害时必须整治(焊补、打磨等)；路基有翻浆、不均匀下沉及超过15 mm的冻害时必须整治。(2)承轨槽坡度不一致的轨枕应分别成段铺设，不宜交杂混铺。伤损轨枕应修理后才能铺设。(3)螺纹道钉应用硫磺水泥砂浆锚固。(4)混凝土枕质量大，在搬运、装卸和铺设时要使用适当工具，尽量避免砸、摔、撞、碰。(5)混凝土枕截面为梯形，不便安装防爬器，要注意拧紧扣件，增加钢轨与轨枕的联结强度，防止钢轨爬行。(6)混凝土枕的扣件要合理使用。无缝线路和60l，g，/m及以上钢轨必须采用弹条扣件；使用70型扣板式扣件时，在800m及以下的曲线地段，钢轨外侧应使用加宽铁座。(7)在下列地段，不宜铺设混凝土枕：①铺设木岔枕的普通道岔两端各5根，铺设木岔枕的提速道岔两端各50根轨枕。②铺设木枕的有砟桥和无砟桥的桥台挡砟墙范围内及其两端各不少于15根轨枕(有护轨时应延至梭头外不少于5根轨枕)。

（二）混凝土枕伤损标准

正线及到发线接头轨枕应保持无失效，其他处所无连续失效(含岔枕)。轨枕失效及混凝

土枕严重伤损标准如下：

1.混凝土枕(含混凝土宽枕、混凝土岔枕及短轨枕)失效标准

(1)明显折断。(2)纵向通裂：①挡肩顶角处缝宽大于1．5 mm；②纵向水平裂缝基本贯通(缝宽大于0．5 ram)。(3)横裂(或斜裂)接近环状裂纹(残余裂缝宽度超过0．5 mm或长度超过2/3枕高)。(4)挡肩破损，接近失去支承能力(破损长度超过挡肩长度的1/2)。(5)严重掉块。

2.混凝土枕严重伤损标准

(1)横裂裂缝长度为枕高的1/2—2/3。(2)纵裂：①两螺栓孔间纵裂(挡肩顶角处缝宽不大于1．5 mm)；②纵向水平裂缝基本贯通(缝宽不大于0．5 mm)。(3)挡肩破损长度为挡肩长度的1/3—1/2。(4)严重网状龟裂和掉块。(5)承轨槽压溃，深度超过2mm。(6)钢筋(或钢丝)外露(钢筋未锈蚀，长度超过100mm)。(7)斜裂长度为枕高的1/2—2/3。

（三）混凝土枕扣件伤损标准

扣件应经常保持设备齐全、位置正确、作用良好，缺少时应及时补充。分开式弹性扣件与木枕联结应紧密。当钢轨受车轮横向力作用时，不得产生相对位移和扭转离缝。扣板、轨距挡板应靠贴轨底边；扣板(弹片)扣件扭矩应保持在80—140 N·m；弹条扣件的弹条中部前端下颚应靠贴轨距挡板(离缝不大于1 mm)或扭矩应保持在80～150N·m。Ⅲ型扣件后拱内侧距预埋件端部应不大于10 mm，扣压力应保持在8—13.2 kN。当扣件伤损达到下列标准，应有计划地修理或更换：(1)螺旋道钉折断、浮起，螺帽或螺杆丝扣损坏，严重锈蚀。(2)垫圈损坏或作用不良。(3)弹条、扣板(弹片)损坏或不能保持应有的扣压力。(4)扣板、轨距挡板严重磨损，扣板、轨距挡板前后离缝超过2 mm。(5)挡板座、铁座损坏或作用不良。

钢轨接头两端各两根轨枕应铺设高弹性橡胶垫板。橡胶垫板压溃或变形(两侧压宽合计：厚度为7mm的橡胶垫板超过15mm，厚度为10mm的橡胶垫板超过20mm)丧失作用，橡胶垫片损坏时，应进行更换[3]。

三．混凝土枕的主要病害及整治措施

（一）混凝土枕伤损分类

1.轨下截面出现过大的横向裂缝

由于混凝土枕受不稳定重复荷载的作用，在使用期内，轨下截面有可能出现大于该截面抗裂强度的荷载弯矩，产生横向裂缝。当这种裂缝较小时，不致引起轨枕的失效。但在轨下截面的荷载弯矩远远大于轨枕的抗裂强度时，就会出现过大的横向裂缝，导致轨枕失效。

2.轨下截面压溃

轨枕轨下部分由于橡胶垫板损坏或伸出，使钢轨直接作用于承轨槽，引起轨下部分混凝土压溃。有些轨枕由于轨下截面横向裂缝过大，混凝土受压区产生过大的压应力使混凝土压溃。

3.轨枕中间部分出现过大的横向裂缝

轨枕中间部分出现的裂缝包括中间上部裂缝和下部裂缝。轨枕中间上部出现裂缝，是由于轨枕中部产生较大的负弯矩所致；轨枕中间下部出现裂缝，是由于中部产生较大的正弯矩所致。通过调查得知，因轨枕中部出现过大的横向裂缝而失效的轨枕多于因轨下截面出现横向裂缝而失效的轨枕，因轨枕中间下部出现过大横向裂缝而失效的轨枕多于因轨枕中间上部出现横向裂缝而失效的轨枕。

4.轨枕中间部分压溃

轨枕中间部分如果受了过大的正弯矩，不仅会使轨枕中间部分的下部产生过大的裂缝，而且还会引起截面受压区的过大压应力，致使混凝土压溃。这种情况一般发生在钢轨接头。有些轨枕由于中间部分承受了过大的负弯矩，不但引起中间部分的上部裂缝，而且还使中间截面下部受到过大的压应力以致压溃，甚至出现钢筋外露。

5.轨枕纵向裂缝

轨枕沿长轴线方向的裂缝统称纵向裂缝。纵向裂缝一般有端头裂缝、端部上表面裂缝、侧面水平纵向裂缝、钉孔纵裂和贯通纵裂等。纵向裂缝较多的部位是沿螺栓孔的两侧或应力钢筋处发生，并向端头及中部发展。1968～1973年制造的轨枕多出现这种裂缝，它严重地影响了轨枕的使用寿命。

6.轨枕龟裂

龟裂是轨枕表面纵横交错的细小裂纹，多发生在轨枕端部及中部顶面和侧面处。龟裂对轨枕的使用寿命影响很大。

7.轨枕中间部分斜裂及扭伤

轨枕中间部分斜裂及扭伤是指沿对角方向的破损。线路维修工作中的捣固作业不当，如在轨枕两侧进行对角捣固，过车时容易使轨枕中间部分产生斜裂或扭伤。

8.轨枕挡肩破损

轨枕挡肩承受由扣件传来的水平推力而产生破损，特别在小半径曲线上这种现象十分普遍，有的采用加宽铁座仍不能解决问题。据统计，在半径400m的曲线上，挡肩破损高达70％。另外，垫片损坏或在轨枕制造过程中挡肩部分的缺陷也可能造成挡肩破损。

9.轨枕的腐蚀

在长期浸水地段和车辆装载有害介质散落在轨枕上，都会造成轨枕的腐蚀，轻者混凝土表面出现麻点、脱层等现象，重者钢筋锈蚀，并逐渐向内部延伸。

10.轨枕底边掉块

手工捣固冲击轨枕底边使混凝土掉块，严重时掉块面积可达100 cm2，其结果是轨枕受力状况恶化，容易出现应力集中而造成其他各种伤损，并且削弱轨道的稳定性[4]。

(二)混凝土枕伤损原因

1.制造工艺、质量不良等方面的原因。

2.养护维修作业方面的原因。

作业中影响轨枕的支承条件和轨枕受力状态，出现轨枕某截面的弯曲应力大于轨枕抗拉

强度，导致轨枕伤损，而捣固作业又没有及时恢复原有几何状态。

3.轨枕支承条件不同，轨枕各个截面所受的弯矩有很大的变化。特别是中间截面上，有时出现正弯矩，有时出现负弯矩。其中起决定作用的是捣固不均匀引起轨枕荷载弯矩的变化。同时，它也是在养护维修作业中造成轨枕伤损最主要的影响因素。因此对于混凝土枕线路，枕下道床必须捣固均匀、密实，使轨枕受力均匀。

(三)改善养护作业，延长轨枕使用寿命

1.改善道床的支承条件，减少轨枕伤损

应使混凝土枕端部埋人道床深度为15(311'1，其中部60 cm范围内道床顶面应低于枕底3cm。力求轨枕反力的合力中心与荷载中心接近，防止发生中部因道砟承垫而形成过大的负弯矩。养护时在轨枕80 cm范围内进行捣固。

2.加强接头养护，及时整治接头病害

机车车辆的轮子通过接头时，由于轨面的不平顺和大轨缝而产生强大的冲击，如果存在病害，就会加剧振动，引起更大的附加动力作用，从而加速轨枕伤损。因此在养护中必须做到：经常拧紧接头螺栓，保持规定扭矩；不起高道，加强捣固，消灭接头空吊板，夯拍道床；接头垫双层胶垫或高弹性胶垫，枕下套大胶垫；更换磨圆石砟，对脏污、翻浆、板结道床要及时清筛。总之，要综合整治接头病害，以延长混凝土轨枕使用寿命[5]。

3.以垫代捣，充分利用和延长道床稳定期，保持轨枕良好支承

【结论】

总之，混凝土轨枕铺设初期，道床一般不稳定，线路发生不均匀下沉，扣件易松动，方向难保持。这时应加强捣固、拧紧扣件和拨正方向，使线路尽快地稳定下来。混凝土枕线路容易出现轨枕开裂、扣件松动、道床板结等病害。在钢轨接头处，这些病害尤为突出。为了防止和减少病害的发生，维修时应着重注意：(1)混凝土枕的特点是重、硬、脆和刚度大，故在装卸和起道作业时，都应轻起、轻放，防止轨枕碰裂。(2)捣固作业要在轨枕承碴面的全长范围内均匀捣团，使承碴面受力一致，以免下沉不均。捣固质量的好坏，直接影响到轨枕的使用寿命，如果捣固不匀，会导致轨枕的开裂：如钢轨内侧捣固硬，外侧捣固松软，或枕端因列车振动而松塌造成轨枕上挠裂纹；如捣固后中部未按规定串空(掏空道碴)，或压实后在轨枕两端出现下沉，造成中部受力过大，使轨枕产生上挠裂纹；如钢轨外侧捣固过硬，或内捣固长度不足，造成两枕端受力过大而中部出现下挠裂纹。(3)清筛道床，防止轨下道床板结和翻浆冒泥，以提高轨道的弹性。(4)经常拧紧扣件，保证扣件位置正确，顶严、扣压紧密，防止钢轨爬行。

【参考文献】：

[1] 王相平，杜旭升，花伟，杨文韬. 客运专线客运站通过能力影响因素及计算方法[J]. 铁道运营技术，2008(04)

[2] 梁志军. 混凝土轨枕检验中存在的问题及改进建议[J]. 铁道标准设计，2011(05)

[3] 张立刚. 边坡加固锚索预应力损失因素与实例分析[J]. 山西建筑，2010(08)

[4] 任娟娟，王平，刘学毅，刘佳. 制动力作用下桥上道岔区纵连无砟轨道受力与位移[J]. 西南交通大学学报，2011(01)

[5] 汤应学. 试析铁路轨枕裂缝的原因与预防措施[J]. 黑龙江科技信息，2011(06)