鐵路軌道混凝土軌枕內部多面體鋼筋結構、及外體特征的制作方法
【專利說明】
[0001]技術領域:本實用新型“鐵路軌道混凝土軌枕內部多面體鋼筋結構、及外體特征”，屬于鐵路交通領域。
[0002]【背景技術】:從建國初期到現在中國修建了很多鐵路，使國民經濟得到了巨大的提升。投資修建鐵路需要劈山斷嶺、橋跨峽谷，巨資投入。企業是以營利為目的，有投入自身應當得到回報，然而恰恰相反，總體上沒有回報，出現的卻是巨額虧損。“巨虧”的原因是鋪建鐵路投入資金是按億元為計算單位，鐵路建成好后，運營價額受國家的規劃控制，不允許企業運輸費自行漲價，而且企業維修材料又十分昂貴。鐵路建好后應當好好維護，增加現有設備的使用壽命，但是某些技術缺陷是無法用努力勞動能解決的。比如鐵路軌道承載重量的軌枕，每根軌枕每一日都要承受多少萬噸列車通過的重載，按道理說軌枕設計要有足夠大的抗壓、抗破壞設計，實際軌枕設計的非常簡單，都比不上一般民間房舍鋼筋混凝土建筑設計結構。民間房舍的鋼筋混凝土建筑還有設計結構的鋼筋粗細、交錯搭配，鋼筋混凝土軌枕只設計一樣粗的縱向鋼筋，而且鋼筋結構還用受力容易彎曲的圓形體鋼筋。
[0003]自從本人進入鐵路20多年，曾經連續幾年一直更換重型鋼筋混凝土軌枕，替換老舊破損的鋼筋混凝土軌枕的大修施工，主要有木枕、鋼筋混凝土的橋枕、道岔枕、普通鋼筋混凝土軌枕，尤其換鋼筋混凝土軌枕居多。破損的木枕、鋼筋混凝土軌枕有一個共同現象，多數軌枕在其兩螺栓孔之間開始出現縱向裂，一直向軌枕的兩端延伸，發展到軌枕頭和軌枕中間部位。也有部分軌枕出現垂向裂和橫向裂。軌枕出現垂向裂、橫向裂，一般也伴有軌枕縱向裂。
[0004]過去軌枕出現裂縫的分析與道床板結(板結:軌枕下，石砟道床出現的一種僵硬狀態的病害，)失去彈性，車輛重壓軌枕，軌枕受減震差有一定關聯性。
[0005]在實踐工作中發現有些站線(車站一些線路)地段，一年也走不了幾趟車，道床也不板結，軌枕也出現很多縱向裂、垂向裂，只是軌枕裂縫受車輛重壓的少，軌枕裂縫開裂的沒有那么嚴重。
[0006]軌枕產生的裂縫有多種原因，主要表現為軌枕縱向裂、垂向裂、橫向裂。
[0007 ]縱向裂，經分析原因有兩種情況。
[0008]軌枕縱向裂占軌枕總傷損量的多數，經分析與立柱螺栓有一定關系。立柱螺栓錨固在軌枕兩端的螺栓孔中，立柱螺栓又通過扣板、彈條、平墊圈、螺母連接部件與鋼軌連接，在夏天鋼軌溫度有50-60度(夏天鋼軌溫度高于氣溫15度左右)。鋼軌受熱后通過扣板、彈條、平墊圈、螺母、熱傳導給立柱螺栓，及立柱螺栓自身受熱，造成立柱螺栓在軌枕中細微熱膨脹，膨脹力向外擠壓軌枕，時間長了軌枕出現裂縫。軌枕中只設計了縱向鋼筋，沒有設計橫向鋼筋對軌枕進行拉拽防范;再加上鋼軌橫壓軌枕，列車從鋼軌上重壓行駛通過，軌枕顫動，久之軌枕縱向裂加大。
[0009]產生軌枕縱向裂另一種原因，鋼軌與軌枕通過連接部件主柱螺栓、扣板、彈條、平墊圈、螺母連接緊固，在向下緊固螺母時緊的過力，連接部件的彈條失去彈性，軌枕中的立柱螺栓被連接部件向上拉，軌枕沒有設計橫向鋼筋，對軌枕進行橫向拉拽防范;再加上鋼軌橫壓軌枕，列車從鋼軌上重壓行駛通過，軌枕上下顫動，時間一長軌枕被拔出裂縫，縱向裂逐漸加大。
[0010]軌枕垂向裂，經分析原因有五:
[0011 ] (I)軌枕垂向裂也跟立柱螺栓有關，立柱螺栓錨固在軌枕兩端的螺栓孔中，立柱螺栓又通過扣板、彈條、平墊圈、螺母、連接部件與鋼軌連接，在夏天鋼軌溫度有50-60度(夏天鋼軌溫度高于氣溫15度左右)。鋼軌受熱后通過扣板、彈條、平墊圈、螺母熱傳導給螺栓，以及立柱螺栓自身受熱，造成立柱螺栓在軌枕中設置的螺栓孔內細微熱膨脹，膨脹力向外擠壓軌枕，軌枕出現裂縫，再加上鋼軌橫壓軌枕列車從鋼軌上行駛通過，軌枕顫動，久之軌枕垂向裂加大。有的軌枕出現垂向裂縫，再經常年列車重壓通過，嚴重時軌枕都斷了。
[0012](2)軌枕的垂向裂與混凝土吸收太陽的熱量有關，軌枕散發熱的能力差，致使軌枕內部儲存熱量，軌枕內產生膨脹，擠壓軌枕孔兩側面，加上列車重壓軌枕，使軌枕出現垂向
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[0013]軌枕出現的縱向裂、垂向裂與軌枕受熱有關，雖然短期不會出現軌枕裂縫，年深日久出現軌枕裂縫也是有一定關聯性。比如某線路1979年建成通車，在有些隧道內，依然用著“一型鋼筋混凝土軌枕”(老型鋼筋混凝土軌枕)這樣地段的鋼筋混凝土軌枕出現的軌枕縱向裂、垂向裂很少，原因是鋼軌、軌枕、立柱螺栓、及連接零件在隧道內，隧道內溫度低，也相對恒溫，軌枕不會受太陽照射吸收熱量，軌枕中立柱螺栓也不會受熱產生對軌枕的熱膨脹力，而從內向外擠壓軌枕的現象，所以軌枕產生裂縫少。
[0014](3)軌枕垂向裂與維修時的軌枕搗固(搗固:鋼軌、軌枕受列車重壓下沉，為了使兩根鋼軌水平的恢復，用機械抬起軌枕，在軌枕懸空的底部塞滿石砟)作業有關，維修搗固質量不合格，搗固時軌枕下有一面懸空部分，列車通過時造成懸空部分受力，軌枕出現垂向裂。有時軌枕搗固硬度不均勻，個別軌枕受力大，旁邊的軌枕受力小，列車通過時個別軌枕，軌枕承重大，時間一長軌枕裂縫逐漸產生，最后軌枕垂向裂明顯。
[0015](4)軌枕垂向裂與內部采用的鋼筋細有關，新二型重型鋼筋混凝土軌枕換了 10多年，垂向裂也出現了，這根以往軌枕垂向裂有關以外，還和軌枕鋼筋直徑配置的較細有很大因素。由于軌枕自身質量加重，采用的鋼筋細，導致內部鋼筋對混凝土拉力弱，車輛長期通過壓迫軌枕，軌枕出現微顫動，混凝土有受力脆斷的特性，當軌枕的混凝土脆性大于鋼筋的拉力時軌枕裂縫逐漸產生，最后軌枕垂向裂明顯。
[0016]二型輕型軌枕有的鋼筋數量才4根，鋼筋直徑10毫米，軌枕中的立柱螺栓外圍還設置有螺旋狀鋼絲套，約束立柱螺栓受熱向外對軌枕的混凝土擠壓，而且軌枕中鋼筋粗，拉力大、抵抗力強。所以二型輕型軌枕使用20多年出現的軌枕縱向裂、垂向裂少。新二型重型軌選鋼筋數量是10根，鋼筋直徑才7毫米，新二型重型軌枕的混凝土與鋼筋比較顯得非常單薄，軌枕受力最大的上部和下部沒有足夠大的鋼筋加強，增大需要部位的拉力和鋼度，所以新二型重型軌枕換了也就10年，有的已經在軌枕中部、螺栓孔周圍出了垂向裂縫。新二型重型軌枕換完10多年，就發現有的軌枕開始出現垂向裂縫，新二型重型軌枕，還不如二型輕型結實。軌枕中的鋼筋起到的是拉拽混凝土的作用，另一方面鋼筋還應起到軌枕的是骨架支撐作用。鋼筋直徑粗、配制的合理，混凝土軌枕堅固。
[0017](5)鋼筋混凝土軌枕垂向裂和軌枕外型有關，新二型重枕主要用于區間線路，采用的是梯型設計，梯形是上窄、下寬，軌枕的上窄面在螺栓孔設置有立柱螺栓，這部位不是一體混凝土整體結構，是軌枕的薄弱位置。立柱螺栓受熱后，在軌枕孔內部產生熱膨脹力向外擠壓軌枕孔兩側面，在軌枕的混凝土薄弱的兩側容易被劑裂，時間長了軌枕垂向裂增大。
[0018]少數軌枕出現橫向裂，原因是軌枕內部沒有設計垂向鋼筋拉拽保護。車輛通過時，有些地段路基受列車重壓下沉，車輛行走時軌枕上下顛簸(技術語言叫空掉)，軌枕上部分受鋼軌上拉，下部分受軌枕自重下墜，導致軌枕某一部位延著軌枕中的縱向鋼筋方向出現裂縫，逐漸形成軌枕大的橫向裂，而且軌枕中的立柱螺栓有的還會在車輛通過時被拉斷。
[0019]人力更換軌枕不是所有人的體質都能勝任的，在鐵路換枕的施工中是要封鎖線路、終止行車、(過去換軌枕施工要設置車輛慢行通過施工現場，施工時間長達幾個小時)再規定的施工時間內必須完成換軌枕任務，一根鋼筋混凝土軌枕重達幾百公斤。在過去換枕施工中有人勞動受傷；由于勞動強度大，有人中暑住進醫院；甚至有人勞累過度獻出了生命。換枕是個大修施工，施工進展也相對緩慢。
[0020]軌枕中鋼筋結構設計的不合理直接影響著軌枕使用年限。舉個事例，某線路從1979年開通至2005年老型的鋼筋混凝土軌枕基本被換完，有的路基不好的地段鋼筋混凝土軌枕傷損的更快、換的更早。一型軌枕(老型的軌枕)也就利用30年，在這期間火車運量是逐年增加，從過去的木制車廂自重不到20噸，每節載重45噸，到現在鐵制車廂自重23噸，有的載重75噸，現在的總運量是過去的幾倍，在同一條線路的軌枕，經過不同運量的歷史階段，軌枕使用壽命也就延續了30年。原因是老型軌枕比較輕，另一點軌枕只設置了4根縱向鋼筋，沒有橫向鋼筋的拉拽防范，軌枕的螺栓孔的周圍也沒有螺旋狀鋼絲套包裹，多數軌枕出現縱向裂、垂向裂，最后裂縫裂的很大。
[0021]過去使用的木枕道岔的木軌枕是用生長期幾十年，特別粗、質地堅硬的大樹制成，有的樹齡更長看不出樹的年輪生長了多少年，在鋪上線路的木軌枕用不了 10年，甚至才使用幾年就不能承載列車了，都被換下，材料損耗相當大。鋼筋混凝土岔枕是一種新型道岔，近些年新鋪設的較多。一組岔枕約70根鋼筋混凝土枕，價值近100萬元，軌枕要用火車運來，在更換之前要進行組裝，直到換枕施工結束要投入200多人次，工程很大，有的才鋪設幾年就出現了縱向裂、垂向裂。岔枕縱向裂不少，在岔枕的內部位只設置有幾根為了捆扎、固定縱向鋼筋直徑為3亳米，表面光滑的鐵線，對軌枕縱向裂不起作用，談不上橫向鋼筋拉拽軌枕，防范軌枕縱向裂。長岔枕垂向裂嚴重的都折斷了，軌枕斷裂后連圓柱形鋼筋都漏出來，發現鋼筋都折了。鋼筋混凝土道岔看似很堅固，抗破壞性不很強。
[0022]橋枕出現的縱向裂縫比岔枕、新二型重枕的裂縫都多，因為橋枕上設置有8根立柱螺栓，是岔枕、新二型重枕上設置立柱螺栓的兩倍，橋枕立柱螺栓設置的多產生的熱膨脹力加劇了橋枕縱向裂;橋枕和岔枕用的也是混凝土寬枕(混凝土寬枕也是一種重枕，簡稱寬枕)，比新二型重枕還要寬一些。混凝土寬枕承受列車重載能力大，穩定性強，但是發現橋枕和岔枕采取的混