預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的裂縫及結(jié)構(gòu)耐久性

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2011年10月27日 星期四
    汪加蔚 白 玲(鐵道部科學(xué)研究院 北京l00081)
    摘 要：本文綜述了從七十年代至九十年代對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫的調(diào)查情況，從物理、力學(xué)、化學(xué)的角度分析了裂縫的成因。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，并結(jié)合對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的調(diào)查和試驗(yàn)研究結(jié)果，分析了裂縫對(duì)軌枕結(jié)構(gòu)和耐久性的影響，提出了混凝土軌枕裂縫的防止與控制措施

    關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 混凝土 軌枕 裂縫 堿集料反應(yīng) 耐久性
    引言
　　中國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕從研究、生產(chǎn)到推廣應(yīng)用，歷時(shí)四十年，產(chǎn)量逾億根，鋪設(shè)里程累計(jì)達(dá)七萬(wàn)公里，與世界各國(guó)采用混凝土軌枕相比，數(shù)量上占有很大比例。使用三十余年來(lái)，混凝土軌枕發(fā)生了不少損傷，涉及到行車安全，從而經(jīng)?？紤]傷損軌枕是否應(yīng)從運(yùn)營(yíng)線路上換下。但要換上新的軌枕，除要重新制造外，還要裝卸，運(yùn)輸并到線路上進(jìn)行換枕工作，·不僅需耗費(fèi)大量人力物力，有時(shí)還會(huì)影響行車，其耗費(fèi)往往是一根軌枕本身造價(jià)的四到五倍。
    在使用三十余年來(lái)，拆換下的傷損軌枕，除了少量是由于行車、裝卸事故等造成的機(jī)械性破損外，絕大部分則是由于產(chǎn)生各種各樣的裂縫，擔(dān)心其影響軌枕承載能力而被拆換的。
    軌枕作為一種預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫是難避免的，因此研究預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫的成因及其危害性，研究如何預(yù)防和控制裂縫，對(duì)提高混凝土軌枕的結(jié)構(gòu)耐久性，延長(zhǎng)軌枕的使用壽命，將是十分重要的。
    l 混凝土軌枕裂縫的類型及表現(xiàn)
    1．1 混凝土枕裂縫的類型
    1．1．1 軌下垂直橫向裂縫(軌下正彎矩裂縫)
    這種裂縫出現(xiàn)在軌枕兩側(cè)下部，一般情況下，裂縫較小，寬度在0．1mm以下，長(zhǎng)度未超過(guò)中和軸。1981年對(duì)筋69、弦69等軌枕調(diào)查結(jié)果表明，鋼軌接頭處的軌枕，其軌下垂直裂縫比例為60％；而鋼軌大腰處的軌下垂直裂縫比例，筋69和弦69分別為37％和20％。
    1．1．2 枕中垂直(橫向)裂縫(枕中正彎矩和負(fù)彎矩裂縫)
    1981年調(diào)查的69型軌枕(1971—1976年間生產(chǎn))，筋69軌枕枕中正彎矩裂縫分別為34％和11％(不同區(qū)段)，弦69枕中裂縫分別為36％和13％(不同區(qū)段)。裂縫的寬度及長(zhǎng)度均比軌下裂縫嚴(yán)重，有的枕中正負(fù)彎矩裂縫連在一起形成環(huán)向裂縫，個(gè)別軌枕有多道環(huán)向裂縫。 1991年調(diào)查的S—2(1986年生產(chǎn))軌枕，枕中垂直裂縫約占調(diào)查裂縫軌枕的23．7％，其中鋼軌接頭處的軌枕，枕中垂直裂縫比率更高，占63％以上。
    1．1．3 軌枕頂面螺栓孔縱向裂縫
    這種裂縫通常從螺栓孔處為起點(diǎn)逐漸向軌枕中部和端部延伸，有的一直裂到端部，造成劈裂，嚴(yán)重者裂縫寬達(dá)3~5mm。1975年及1981年調(diào)查的69型軌枕，沿螺栓孔縱裂的數(shù)量隨不同制造廠家和不同區(qū)段而有所不同。沿釘孔縱裂軌枕占調(diào)查軌枕總數(shù)的比例分別是0％、18％、20％、40％、48％等。1991年調(diào)查Ⅱ型軌枕共193889根，傷損軌枕有18682根，傷損率為9．6％，頂面沿螺栓孔縱裂占全部傷損軌枕的33．8％?？傊?，軌枕頂面沿螺栓孔縱裂是預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕最為普遍存在的裂縫，不僅運(yùn)營(yíng)數(shù)年的軌枕有，存在路邊備用的軌枕有，
    甚至未出廠的軌枕也有；不僅國(guó)內(nèi)軌枕有，就連國(guó)外的軌枕也有。例如1975~1976年生產(chǎn)并鋪設(shè)于坦贊鐵路的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，1977年筆者在坦贊鐵路考察時(shí)發(fā)現(xiàn)沿頂面螺栓孔縱裂的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕數(shù)量達(dá)20％。
    1．1． 4軌枕頂面螺栓孔處橫裂(平行于鋼軌方向)
    69型軌枕和Ⅱ型枕都有這種裂縫出現(xiàn)。從調(diào)查結(jié)果看，大多數(shù)橫裂方向與列車運(yùn)行方向一致，即出現(xiàn)于復(fù)線鐵路的單向運(yùn)行區(qū)段。
    1．1．5 軌枕端部縱向裂縫
    這種縱向裂縫有的出現(xiàn)在軌枕端部頂面和底面，也有的出現(xiàn)在端部?jī)蓚?cè)，大致與鋼筋(鋼絲)平行。
    1．1．6 軌枕中部縱向裂縫
    這種縱向裂縫發(fā)生在軌枕中部的頂面和側(cè)面，平行于鋼筋方向，裂縫長(zhǎng)度可達(dá)30~110mm，裂縫寬度約0．5~3mm，最大可達(dá)5mm。
    1．1．7 龜裂
    軌枕端部、中部的頂面或側(cè)面出現(xiàn)縱橫交錯(cuò)、不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。
    1．2 裂縫的表現(xiàn)
    (1)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕產(chǎn)生裂縫較難避免。從七十、八十年代調(diào)查的69型軌枕和九十年代調(diào)查的Ⅱ型枕看，軌下及枕中的正負(fù)彎矩裂縫，沿螺栓孔等處出現(xiàn)的各種類型縱向裂縫均有發(fā)生，甚至坦贊鐵路的混凝土軌枕也有沿螺栓孔裂縫。
    1975年筆者參加了對(duì)滬寧、京廣、東北各線的調(diào)查，被調(diào)查的軌枕共計(jì)51117根，縱裂軌枕總數(shù)為5450根，占10．6％。 1981年鐵道部曾組織對(duì)東北部分線路進(jìn)行了分段調(diào)查，其縱裂、橫裂軌枕數(shù)量分別占調(diào)查區(qū)段軌構(gòu)數(shù)量的11％、20％、37％、60％、83％不等。1991年鐵道部對(duì)20條干線的112km線路的193888根Ⅱ型軌枕進(jìn)行調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)裂縫軌枕18582根，損傷率為9．6％，其中軌枕頂面沿螺栓孔縱裂，頂面和側(cè)面縱裂、枕中頂面橫裂分別占裂縫軌枕總數(shù)的33．8％、15％、38．1％。
    (2)包括沿螺栓孔縱裂在內(nèi)的各類型縱向裂縫起初長(zhǎng)度和寬度都很小。隨著時(shí)間推移，不論是運(yùn)營(yíng)線路上的軌枕還是未鋪設(shè)的備用軌枕，裂縫均存在不斷發(fā)展的趨勢(shì)，裂縫寬度從0．5mm—5mm不等，長(zhǎng)度一直縱裂至兩端，直至貫通，造成劈裂。