用先张法解决预应力混凝土轨道板钢筋绝缘的难题.pdf

线路 路 基 用先张法解决预应力混凝土轨道板钢筋绝缘的难题 魏 周春 ( 中铁第一勘察设计 院集团有限公司 ，西安7 1 0 0 4 3 ) 摘 要 ： 针对钢 筋绝缘 问题 给板 式 无砟轨 道 带来 的 困扰 ， 提 出 了采 用 先 张 法 生 产 预 应 力轨 道 板 的 方 法 ， 通 过 张 拉 使 钢 筋 之 间 保 持一定的 间距 ， 利用混 凝土 良好 的绝缘 性能 ， 在 不增 加其他 绝缘措施的条件 下， 解 决轨道 板 内的钢 筋对轨 道 电路 的影响 ， 同时 避 免 了增 加 涂 层 钢 筋 或 绝 缘 卡 对 轨 道 板 耐 久 性 产 生 的 不 利 影 响 ， 也 降低 了轨 道 板 的 生产 成 本 ：在 理 论 分 析 和 室 内试 验 的基础 上， 铺设试验段进行现场 测试 ， 并经过运 营考验 ， 验证 了 先 张 法 轨 道 板 解 决 钢 筋 绝 缘 问题 的优 越 性 。 关 键 词 ： 先 张 法 ；轨 道 板 ；绝 缘 ；轨 道 电路 中图分 类号 ： U 2 1 3 2 4 2 文 献标 识码 ： A 文 章 编 号 ： 1 0 0 42 9 5 4( 2 O l 0) 0 60 0 2 30 2 1 概 述 板式 无 砟轨 道是 我 国应用 十分 普遍 的一 种轨 道结 构 形式 ， 轨道 板具 有质 量 易保 障 、 耐 久性 高 、 抗 裂性 好 ， 施 工速度 快 ， 轨 道 可 修 复 性 较 好 等 优 点 ， 但 由 于 轨 道 板 、 底座 、 凸形 挡 台 内的钢筋 回路 与 钢轨 通过 电流 之 间 的 互感作 用 ， 影 响 了谐 振 式 无 绝 缘 轨 道 电路 的传 输 长 度 。若不 做绝 缘处 理 ， 板式 轨 道 、 双块 式 、 长枕 埋 人 式 等 无砟 轨道 ， 轨道 电路 传输 距 离 与 标 准要 求 的 1 0 0 0 1 4 0 0 m ( 2 Q) 差距 很 大 。因此 ， 降低 无砟 轨 道 区段 对 Z P W 一2 0 0 0轨 道 电 路 的 传 输 影 响 ， 解 决 无 砟 轨 道 与 Z P W 一2 0 0 0轨道 电路 相 适 应 的 问题 ， 是 我 国无 砟 轨 道 大规 模推 广使用 中必须 解决 的重 要 问题 。 根据 国 内最新 的 研究 测 试 结 果 ， 板 式 轨 道 凸形 挡 台及 底座 内 的钢筋 可 不做 绝 缘 处 理 ， 但 轨 道 板 内 的钢 筋绝 缘处 理仍 然存 在数 量 多 、 难 度大 的 问题 。 轨道 结构 目前 采 取 的 绝缘 措 施 有 2种 ， 一 是 钢 筋 的交 叉点 加 设 绝 缘 卡 或 绝 缘 套 管 。 二 是 采 用 涂 层 钢 筋。这里要探讨另一种思路 ， 通过预应力的张拉， 使纵 横 向的钢筋 交 叉点 不接 触 ， 钢 筋 问保持 一定 的问距 ， 来 达到绝 缘 目的。 2 无砟 轨道 结构 钢筋 对轨 道 电路 的影 响分析 在有砟 轨 道状 态下 ， 轨枕 只 与碎石 道 砟接 触 ， 轨道 电路 传输距 离 的传输 特 性 主要 由钢轨 的 阻抗 和道 砟 的 性 能决 定 。碎 石道床 的 电气 特 性 变 化 范 围 较 大 ， 道 砟 收 稿 日期 ： 2 0 1 00 3 0 8 作者简 介： 魏周春 ( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 高级 工程师 ， 1 9 9 4年 毕业 于西 南交通 大学 。 铁道 标准没计R AI L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 0 ( 6 ) 的泄 漏 电阻 值 大 于2 Q k m， 可 以满 足 轨 道 电路 的传 输 要 求 。由 于无砟 轨道 结构 中纵 横 向钢筋 形成 钢筋 回 路 ， 与钢轨 产 生 电磁 耦 合 ， 使 得钢 轨等 效 阻抗 的电阻分 量增 大 、 电感分 量 减少 ， 从而 导致 轨道 电路 传输 长度缩 短 。秦 沈线 板 式和 长枕 埋入 式无 砟轨道 传输 距离 分别 为 7 0 0 m ( 2 Q) 、 9 0 0 m ( 2 n) 。从 测 试 数据 来 看 ， 由 于轨道 板 内钢 筋 间距 较 密 ， 板式 轨 道 对 轨 道 电 路 的影 响也更 大 3解 决 轨 道 电路 传 输 距 离 短 的 主 要 措 施 和 存 在 的 问题 3 1 主要 措施 目前 针 对 无 砟 轨 道 传 输 距 离 衰 减 采 取 的 主 要 措 施 有 ： ( 1 ) 合理 降低 信号 频率 ； ( 2 ) 对 轨 道结 构钢 筋交 叉点 进行 绝缘 处理 ； ( 3 ) 增 大 钢轨 至轨 道板 内钢 筋 网的距 离 。 最合 理 的解决 方 案是 电务 和工务 系统 共 同采取 措 施 ， 达到 经济 、 适用 的 效果 。 电务 方 面通 过优 化 Z P W 一 2 0 0 0轨 道 电路 ， 添加 信号 设 备 ， 以增 加 传 输长 度 ， 但 信 号设 备不 能无 限度 地 增 加 ， 因此 在 轨 道结 构 上 必 须 采 取相 应 的处理 措施 。 轨道结构可以采用的解决方案是钢筋交叉点绝缘 和增 加钢 轨至 轨道 板 内钢筋 的距 离 两 种 ， 而 增 加 钢 轨 至轨 道板 内钢 筋 的距 离只能 通过 加大 轨道 板承 轨 台高 度或增 加 混凝 土保 护层 厚度 ， 能优 化 的空 间很少 ， 所 以 通常工程 中采取的措施是钢筋问的绝缘。钢筋问的绝 缘方 式有 两种 ， 一 种 是 钢筋 交 叉 点 加设 绝 缘 套 管 或 绝 缘夹 ， 另一 种 是采用 环 氧树脂 涂 层钢筋 。 3 2绝 缘措 施存 在 的 问题 3 2 1 绝 缘 卡或套 管 ( 1 ) 对 结构 耐久 性 的影 响 目前 我 国采用 的 C R T S I型 轨 道板 为双 向后 张法 预应 力体 系 ， 板 内钢 筋 交 叉 点 约 9 1 0个 ， C R T S板 约 1 0 0 0 个 。绝缘 卡 一 般 采 用 普 通 聚 乙烯 塑 料 或 尼 龙 制 作 ， 每个 绝 缘 卡 外 形 体 积 约 1 2 c m ( 2 e m x 1 8 e m X 3 4 c m) ， 如 采 用 扣 带 式 绝 缘 夹 ， 其 影 响 体 积 和 范 围 更大 。 混 凝 土 的热膨 胀 系数大 致可 以表 示 为水泥 石和集 料膨胀系数的加权平均值。水泥石的膨胀系数大约为 2 3 线路 路 基 魏周春一用先张法解决预应力混凝土轨道板钢筋绝缘的难题 ( 1 0 2 0 ) x l 0 K， 集料 的膨胀 系数 ( 61 2 ) 1 0 K， 所 以混凝土 的膨胀 系数 约为 ( 71 4 ) X l 0 K， P V C在 常 温下 的线 膨 胀 系数 6 8 1 0 K 。 可 以看 出 ， 聚 乙 烯 、 尼龙材 料与混凝 土收缩 系数差 别较 大 ， 其结 合处易 形成 的孔洞 ， 相 当 于 l 0 0 0 个 左 右 的裂 缝 发 生 源 ， 必 然 对轨道板的耐久性产生不 良的影响， 其影 响程度尚不 明确 ， 需 要通过 实践来 检验 。 ( 2 ) 增 大轨道 板 的生产成本 每个 绝 缘 夹 约 0 2 5元 ， 每 块 板 内绝 缘 费 用 约 2 5 0元 ( 不 含人 工 费 ) ， 每 单 线 千米 增 加 投 资 2 53 万 元 。 3 2 2 涂层 钢筋 采用涂层 钢筋 避免 了裂缝 源 的产生 ， 但环 氧树 脂 涂层导致混凝土的握裹力降低大约 2 0 ， 对结构的承 载力 和耐久性产 生 较大的影 响 。从 近期轨 道板 的制造 情况来看 ， 由于钢筋 间的摩擦 易使 涂层剥 落 ， 绝缘 效果 不很理 想 ， 多数 生产 厂采 用 涂层 钢 筋 的 同 时在 关键 部 位加设绝缘夹或绝缘纸。 涂层 钢筋每 吨增加 费用2 0 0 0 元 左右 ， 每 块轨 道 板 增加 约 3 6 0元 ， 每 千米增加 投资 约 7 2万元 。 4 先张 法解决 轨道板 钢筋绝 缘的思 路 这 里要介绍 的是 一 种 新 的思 路 ： 采 用先 张 法 生产 轨道板 ， 板 内纵 横 向钢 筋互 不 搭 接 ， 保 持 一 定 的距 离 ， 利用混 凝土本 身 的绝缘 性能 达到绝 缘效果 。 4 1 轨 道板 内钢筋 的绝缘 方式 4 1 1 CR T S l 型轨道 板的绝 缘方式 国内 目前采用 的是 双 向后 张法 生 产 I型轨 道 板 ， 预应 力钢筋 与构造 钢筋 布 置 如 图 1所 示 ， 板 中心 为 预 应力钢 筋 ， 上 下层 为构造 钢筋 。 构 造 钢筋 图 1 I型轨 道 板 钢 筋 布 置 示 意 新 的设计 思路 是 采 用先 张 法预 应 力 制造 轨 道 板 ， 将螺 旋肋钢丝 对称 布置 于轨 道板 两 侧 ， 外侧 为 纵 向钢 丝 ， 内侧为横向钢丝 ， 也就是将预应力钢筋布置在普通 构造钢 筋的位 置上 ， 同时 发挥 构造 钢筋 的 作用 。为满 足轨道电路的绝缘要求 ， 纵横向预应力钢筋分离布置， 钢 筋之 间间距 5 m m 以上 ， 不 需 采取 其 他 的钢 筋 绝 缘 措施 。如 图 2所示 。 4 1 2 CR T SI I 型 轨道板 的绝缘 方式 C R T S 型轨道 板为单 向预应 力 结构 ， 横 向施 加 预 应力 、 纵 向为非 预应 力 的体 系 ， 如 图 3所 示 ， 上 下层 非 预应力 钢筋交叉 点1 0 0 0 个左 右 。 2 4 预应力钢筋 图 2 新方 案 l 型轨道板钢筋布置示意 构造钢筋 图 3 l I 型 轨 道 板 钢 筋布 置示 意 利 用 C R T S型轨 道板 生 产 工艺 中的先 张 法预 应 力的张拉体系， 对普通构造钢筋施加一定的张拉力 ， 使 钢筋之间保持 5 mm以上的距 离， 避免采用涂层钢筋 和绝缘夹 。张拉应力 的大小可按两种思路控制 ： 一是 钢筋张拉后处于水平状态 ， 不产生向下的挠曲； 二是钢 筋张拉的伸长量等于混凝土最终的收缩量， 也就是保 证轨道板达到设计强度后， 构造钢筋的内部应力为零 。 4 2绝缘 效果 混凝 土本身具 有 较强 的绝缘 性 能 ， 可 利用 这一 特 性来 达 到绝 缘 的 目的。混 凝 土 的 电 阻 率 一 般 在 1 0 0 0 01 5 0 0 0 f c m， 高的超 过2 0 0 0 0 l c m。若 钢 筋间距 5 m m以上， 电阻率大于5 0 0 0 Q， 对轨道 电路没 有影 响 。轨道 板 生产 过程 中需 要 水 养 3 d以上 ， 先 张 法 预应力 轨道板 在水 池 中浸 泡 1 4 d后 ， 湿 润条件 下 测 试 的导 电率没有 变化 。 4 3新 思路 的优点 ( 1 ) 不增 加 绝 缘措 施 的情 况 下 ， 解 决 了轨道 板 内 纵横 向钢筋 对轨道 电路 的影 响问题 。 定性测试表明： 采用这种轨道板的无砟轨道 ， 其轨 道 电路 电气性 能接 近于有砟 轨道 。 ( 2 ) 避 免 了为满足轨 道 电路 采 取 的绝缘 措施 对 轨 道板 耐久 性 产 生 影 响 。C R T S I型 、 C R T S I I 型 轨 道 板 内纵横向钢筋交叉点1 0 0 0 个左右 ， 采用套管、 绝缘卡 或涂层钢筋 ， 均会对混凝土内在质量 、 钢筋与混凝土之 间握裹 力 以及结构 的耐久 性 产 生不 利 影 响 ， 而先 张法 预应力轨道板 的配筋方式可彻底解决了这一难题。 ( 3 ) 经济 性 好 。先 张 法 生产 C R T S I型 预应 力 轨 道板成 本较低 的原 因在 于 ： 节 省 了后 张 法轨 道 板 的锚 具 ； 节 省了采用 涂层钢 筋或绝 缘套 管所需 要的费用 ； 轨 道板 内的钢筋用量较少。初步估算 ， 每块板的生产成 本较 双 向后 张预 应力轨 道板 降低约2 0 0 0 元 。 对 C R T S 型轨道板 内构造钢筋施加一定 的张拉 力 ， 节 省 了涂 层钢筋 或绝缘 套管 的费用 ， 生产成 本有一 定 程度 的降低 。 4 4 长面 台座 法 生产工 艺 长面台座法与长线 台座法相似 ， 为了施加双向预 应力 和提 高生产 效率 ， 轨道板 模 型沿纵 、 横 双 向布置 成 铁道标准设计R A I L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 0( 6 ) 桥 梁 大型沉井施工期局部冲刷模型试验及工程验证 陈 策 ( 江苏省长江公路大 桥建 设指挥部 ，江苏泰州 2 2 5 3 2 1 ) 摘 要 ： 秦 州大桥 中塔采 用了 目前我国最 大规 模的水 中沉 井基 础 ， 浮 运 沉 井施 工过 程 中 ， 由 于 沉 井 、 水 流 、 泥 沙 三 者 的 相 互 作 用 ， 将 会 产 生 浮 运 沉 井施 工 期 冲刷 ， 进 而 影 响 沉 井施 工 ， 准 确 地 了解沉井下沉过程 中的局 部冲 刷深度 具 有重要 的 工程意 义和 实 用价 值 。通 过 河 工 模 型 试 验 分 析 大 型 水 中深 井 下 沉 过 程 中 的局部 冲刷情 况， 并提 出相应 的计 算公式。施 工期 间对河床的 局部 冲刷进行监测 ， 监 测数据 表 明模 型试验 的 结果基 本可 靠， 并根据 实际局部 冲刷数 据 ， 提 出了有 关的沉井施 工建议。 关 键 词 ： 水 中沉 井 ；局 部 冲 刷 ；施 工 期 冲 刷 公 式 ； 模 型 试 验 ； 工 程 验 证 中 图分 类 号 ： U 4 4 3 1 3 1 文 献 标 识 码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 2 5 0 3 1 概 述 沉井 是桥 梁广 泛采 用 的基础 形式 之一 。沉 井基 础 埋置 深度 大 、 整 体性 强 、 稳 定 性 好 ， 能承 受 较 大 的垂 直 荷载 和水 平荷 载 。在水 中施 工时 ， 沉井 既是 基 础 ， 又是 施工 时 的挡土 和挡 水 围堰 结 构物 。江河 的水 中沉井 与 海洋 上 的不 同 ， 它必 须考 虑施 工 中的局 部 冲刷 问题 ， 正 确地 预测 桥墩局 部 冲刷 深度 是桥 梁设 计 和施 工 的重 要 依据 之 一 ， 1 8 7 3年 D u r a n d C l a y e发 表 “ 关 于 桥 墩 局 部 冲刷 ” 论 文 ， 至今 已有 1 3 0多 年 的时 间 ， 国 内外 不 同 学 者研究 了针 对桥 墩 局部 冲刷 深度 的计 算公 式 。 目前 国 内沉井 基础 的最 大 局部 冲刷 深 度 一般 按 公 路 工 程 水 文勘 测 设 计 规 范 ( J T G C 3 0 -2 0 0 2 ) 所 推 荐 的 6 5 一 收 稿 日 期 ： 2 0l 00 11 5 基金项 目： 国家科技支撑计划资助项 目( 2 0 0 9 B A G1 5 B 0 2 ) 作者简 介： 陈策 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 工程 师， 1 9 9 8年毕 业于 东南 大学 交通 土建 专 业 ， 工 学 学 士 。 矩 形 ， 纵 向布置 1 0排模 型 ( 或 更 多 ) ， 总 长 度 约 5 0 I T I ， 横 向布 置 46列 模 型 ， 总 宽 度 约 为 1 8 12 0 。可 同 时生 产 4 0 6 0块轨 道板 以上 。钢筋 采用 单端 张拉 ， 模 型 不 承受 预应 力 ， 预应 力 由沿 4条边 布置 的张拉 台座 承受 ， 张拉 台座应 具有 足够 的强 度 、 刚度 和稳 定性 。 长 面 台座法 生产 工艺 具有 占地 少 、 投资 少 、 生产 工 艺 简便 高效 、 产 品质量 容 易保证 等 优点 。 5 结 语 通过分析检算和室 内试验表明， 双向先张预应力 混凝 土 轨道板 的 强度 、 抗 裂 和疲 劳 承 载 力 等 各 项 力学 铁 道 标准 设 计RAI LWAY S T ANDARD DES I G N 2 0 1 0( 6) 2公式和 6 5 1修正式进行计算 ， 该式具有一定的理论 基 础 ， 收集 的资 料范 围也 较广 ， 在解 决我 国很 多河 流桥 墩 冲刷 问题 时具 有一 定 的可 靠 性 ， 经 观 测 验证 该 公 式 的精度 比较 好 ， 但 公式 的推导 、 建立 和验算 的基础基 本 立 足于 中 、 小 型桥 墩 ， 缺 乏 对 大 型 、 特 大 型 桥墩 最 大 局 部 冲刷 深度 预测 的验证 。 泰 州大桥 为 三塔 悬 索 桥 ， 其 中塔 采 用 了平 面 尺 寸 为 5 8 2 mx 4 4 1 I n的矩 形 沉 井 ， 由于沉 井下 沉 深 度 较 深 ， 周 边 井孔 设 置 成 圆端 形 ， 形 成 连 拱 以抵 抗 水 土 压 力 ， 沉 井 高 7 6 m， 该 沉 井 为 世 界上 人 土 较 深 的水 中 沉 井 ， 体 量 也是 在 国内 的水 中沉井 中首 屈一指 ， 沉 井 的局 部 冲刷情 况 ， 对 沉 井 的合 理 高 度 设计 以及 施 工 预 案影 响极 大 ， 因此 ， 江苏 省长 江公 路大 桥指 挥部 和南 京水 利 科 学 研究 院联 合开 展 了“ 大 型 沉井 施 工 期局 部 冲刷 研 究 ” ， 结 合 当地 的水 文 地质 资 料 ， 开 展 了 河工 模 型试 验 研 究 。在 沉井 的施 工过 程 中 ， 进行 了数 据观 测 ， 对 试验 结 论 进行 了验 证 。实测 数 据 表 明 ， 模 型 试 验 的 数据 基 本符 合实 际 的冲刷 情况 。 2试验 方法 和 内容 本试 验用 系列模 型 延伸 法确 定 冲刷深 度 。动床模 型试验 受 到选 沙 困难 的约 束 ， 一 般 通 过 系 列模 型研 究 ( 通 过 一 系列不 同 比尺 的正 态模 型 ) ， 将 试 验 结 果延 伸 来 消 除模 型 和 原 型 泥 沙 运 动 不 完 全 相 似 而 带 来 的偏 差 。试 验水 槽 总 长 3 4 m， 净 宽 4 8 m， 水 槽 动 床 段 长 1 0 m， 宽 4 8 m， 铺 沙厚 度为 0 6 1 T I ， 桥墩 基 础布 置在 试 验 段 的 中央 。在模 型设 计 时 ， 系列 模 型 比尺 的确 定 考 虑 了 流速 、 雷诺 数 、 水 深 、 休止 角 、 桥 墩压 缩 比等 。 性 能指 标较 高 ， 满 足板 式 无 砟 轨 道结 构 的要 求 。经 现 场 测试 ， 轨道 板 绝缘 性 能 良好 ， 满 足 轨 道 电路 的要 求 。 滨 绥线 成 高 子 车 站 严 寒 地 区无 砟 轨 道 试 验 段 铺 设 了 2 0 0 m先 张 法预 应 力 轨 道 板 ， 2 0 0 8年 1 1月 初 通 车 运 营 ， 每 13通过 货 车 5 8对 ， 客 车 1 9对 ， 1年 多 来 ， 轨道 板 性 能稳 定 ， 状 态 良好 。 参 考 文献 ： 1 高仕斌 ， 卢涛 ， 侯震 宇， 等 无绝 缘轨道 电路对无砟 轨道 的适应 性分 析 J 电气化铁道 ， 2 0 0 6 ( S 1 ) 2 钱振地 ， 赵 国堂， 杨奎芳 板式无砟轨道对无绝缘轨道 电路适应性 研究 J 铁道建筑 + 2 0 0 4 ( 1 1 )