混凝土整体道床应用于铁路平交道口的阶段性总结

1混凝土整体道床应用于铁路平交道口的阶段性总结唐山港集团股份有限公司铁路运输公司刘德坤摘要：本文主要介绍了京唐港铁路道口钢筋混凝土整体道床的特点，应用过程及效果，并分析其结构，阐明其意义，对比优缺点，介绍其改良措施。关键词：铁路道口结构形式优缺点整体道床应用效果改进1、背景：1.1吞吐量快速增长给道口带来压力近年来，唐山港集团京唐港区吞吐量快速增长，2009年、2010年双双突破亿吨大关。2010年年铁路运量达到2707万吨，2011-2013年均达到2700万吨。形势喜人的同时，铁路设备设施承受了较大压力，尤其是各铁路平交道口，损坏严重，维修频繁，困难重重，改造道口道床势在必行。1.2现有道口结构及其优缺点我港铁路始建于1995年，道口有多种形式：1.2.1轨底采用木枕，铺面采用木枕排满覆盖钢板，长道钉透过钢板上的钉孔钉紧。此种形式优点为承载力较强，钢板层耐磨。维修简便，更换损坏枕木和钢板即可。缺点是钢板易活动，道钉更换后不够牢固，钢板和道钉更易活动翘起，给火车和汽车带来的行车隐患很大。以货14道口和库1、2道口为代表。1.2.2轨底采用木枕或水泥枕，铺面采用橡胶板，优点是整洁美观，载重汽车通过道口时可以缓冲震动，减少对铁路下部结构的冲击，适合小型车辆。缺点是重车通过时起反作用，车轮碾压使铺面板与轨枕顶面相互摩擦，使轨枕厚度变薄，铺面下沉，下部结构变得脆弱。橡胶板单块达100~200公斤，用直径25mm光圆钢筋穿孔连接成为一体，拆除维修麻烦。道口与公路衔接处一般浇注1~2米的混凝土过渡段，道口范围宽度一般为2.8-3.5米，无法抽换2.5米的木枕，轨枕一旦损坏，只有将道口及混凝土过渡段全部拆除，重新安装。维修成本在各种道口形式中维修成本最高。以港3道口（见图1）、进港路道口、和原6、7号磅房道口为代表。图1港3道口改造前横断面结构图1.2.3轨枕采用木枕或水泥枕，铺面采用水泥板A、B、C板，以43轨充当护轮轨，该道口形式多见于非正式和汽车流量小，载重小、宽度小道口，以满足通车需求。优点是设置灵活，不必特意改造，盖上板即可实现道口通车，掀开板则断交，缺点是承载力低，水泥板山皮石2易压碎，易活动，Ｃ板容易压沉，水泥板上的角铁时常被翘起给行车带来较大隐患。建设之初各道口未采取特别加强之措施，现倒运汽车载重多为100~150吨，通过道口的速度快，车流大。车轮碾压为道口损坏主因，且损坏频繁，维修需要封闭部分道口，有时还需要要点抢修，影响火车和汽车通行，给生产带来了较大影响。道口道床宽度有限，换枕和换砟操作都很困难，道口维修成为我公司工务维修的一大难点。1.3、主要出现问题及常规维修：1.3.1钢轨下沉量大，钢轨活动，轨距方向高低超限；维修方式为掀开铺面，紧固扣件，起拨改道，恢复铺面1.3.2水泥枕折损，扣件折断；维修方式为掀开铺面，破除两侧公路，更换枕木和扣件，起拨改道，恢复铺面。1.3.3木枕与铺面磨耗量大，铺面下沉，活动，变形；维修方式为掀除铺面，破除两侧公路，更换枕木，起拨改道，恢复铺面。1.3.4排水不畅，道床软弱，加剧各部件磨损，道床底部预埋排水钢管，但由于港区煤、尘较多，钢管预埋不久即堵塞，排水问题难以解决。为应对道口问题，我工务积极寻找对策，不断摸索，发现道口混凝土整体道床是解决以上问题的有效方法。2、混凝土整体道床简介：混凝土整体道床是一种无砟道床，钢筋混凝土结构，具有整体强度高，维护工作量小，防脏、防冻、不长草等特点，适合地铁、高速铁路、站内线、隧道线及大载重货车线路。它可使道床的下沉量比普通道床减小约90%，而且可使线路的纵向、横向阻力增加约0.7～4倍，排水性能也大大得到改善。我们先后对7号路道口，大泊位道口，港3道口，货16、17道口，货12、13道口，9号路道口进行了改造，收到了预期效果。3、混凝土整体道床的应用分析最具代表性的案例为港3道口改造工程。港3公路是港区主要的疏港通道，运输任务繁重，每天取送火车30余列，集疏港载重汽车千余辆。港3道口以前水泥枕，50型轨加橡胶板铺面的形式。该处道口每年维修次数为3到4次。雨季每月1到2次。主要问题是：轨距高低水平方向超限，水泥枕磨损严重，枕中部断裂，露筋。轨枕螺栓拔锚失效，扣件折断，排水不畅。2013年7月4日对该处道口进行了整体道床改造施工，动工前进行了精密的测量定位，然后拆除原有道床结构至设计底标高，为缩短工期，减少对生产的影响。我们采用科学设计，提前预制，吊车组装的方案。该道口长27米，宽3.5米，分三段预制，每段9米，过长则对起重机械要求较高，增加成本，过短则接缝较多稳定性较差。接缝处在侧面预埋上下两块钢板，组装时加以焊接，增强横向连接，阻止两块间的不均匀沉降，接缝以沥青木板填塞作为伸缩缝，两侧与公路连接处浇注混凝土带过渡，以沥青木板填塞，阻止水的下渗。整体道床断面为矩形，顶面依线路水平，高低要求设置横坡，纵坡，顶面有两道承轨槽，槽内按纵向间距500mm钻孔，硫磺砂浆锚固扣件螺栓，钢轨安装完毕后铺筑沥青砂浆并捣实。道床结构层自下而上依次是：100mm厚碎石垫层；300mm厚C30快硬混凝土基础垫层；20mm厚1:2干硬砂浆找平层；600mm3厚、3500mm宽C35钢筋混凝土预制道床（图2）图2港3道口整体道床横断面图整体道床两端分别设15米的过渡段，过渡段结构自下而上依次是：100mm厚C30快硬混凝土垫层；20mm厚1；2干硬砂浆找平层；300mm厚C35钢筋混凝土预制平板；枕下250mm厚碎石道碴；轨枕及钢轨等（图3）图3港3道口整体道床过渡段横断面结构图该道口未改造前由于公路洒水及雨雪等降水经由橡胶铺面板缝隙流入石砟道床后汇集在道床底部，下渗缓慢，道床两侧无排水设施，不易排出，道床及底部基础常年湿润，基础下部虽铺有山皮石层，但多年煤、尘存积，再加上汽车车轮频繁碾压，造成基础翻浆，道床夹泥，承载力下降，几何尺寸不能保持，线路磨损加剧，混凝土垫层隔离了水与土的接触，不存在翻浆问题，且整体道床只有接缝处少量渗水，因而基础采用整体道床后，水稳定性大大增强。橡胶铺面板承载力有限，小型汽车适合，但在重车的碾压下，变形较大，与下面起支撑作用的水泥枕不断摩擦，水泥枕及枕盒间的道砟磨损严重，水泥枕一般磨耗量在10mm左右，骨料外露，严重的轨枕中间露出预应力筋。道砟经过磨耗，形状变得光圆，几乎变成“卵石”。该道口改造为整体道床后，钢轨两侧承压面不是弹性的橡胶板，而是坚硬的混凝土面，汽车车轮下沉量微小，车轮是从轨顶平过而不是“爬过”，减少了车轮碾压时的侧向力，钢轨主要承受垂直压力，对道口结构的持久性有决定性意义。4过渡段道床底部铺设混凝土板增强地基承载力，改善水稳定性，解决整体道床与线路间无有效过渡，造成整体道床两端钢轨下沉的问题，承轨槽内轨扣件螺栓间距定为500mm，比线路水泥枕间距减少了70mm。过渡段15m水泥枕也是从道口两端开始到线路由加密的300mm至正常570mm。港3道口于改造后，几何尺寸保持良好。轨距最大变化量为-2mm。高低未见变化，方向最大变化量为2mm，钢轨未见活动，平稳度过雨季，冬季结冰期，春融期，至2014年4月初仍保持良好的使用性能，各项指标仍在监测中。4、混凝土整体道床的维修整体道床应用后，取得了预期效果，使道口维修量大幅减少，但也有部分整体道床道口出现了问题：4.1由于整体道床几乎无弹性，轨底所用的大胶垫硬性磨损严重，造成钢轨悬空活动，后考虑车速通过道口时只有15公里/小时左右，震动带来的影响非常小，结合要进行的电气微机联锁控制，要求道口结构绝缘的要求，选用调高尼龙垫板代替大胶垫，增大了轨底垫板的更换周期，降低了维修成本。4.27号路承轨槽宽度较宽，扣件后部支撑在槽底台阶上，容易退缩，造成失效。后在扣件后与承轨槽壁之间加焊楔铁，问题得以解决。图4承轨槽楔铁结构图5、改进分析：5.1承轨槽内一般铺筑沥青砂浆，容易随钢轨震动而出现裂缝，逐渐失去强度，粉碎成块。修复时因材料所需量小，我工务组又无沥青砂浆制作能力，在沥青砂浆粉碎后，难以修复。部分承轨槽以石粉填充夯实，石粉支撑强度小，不能阻止水的渗入，内部扣件及钢轨容易锈蚀。如果能找到一种简易的替代材料为最佳。5.2过渡段使用水泥板后，过渡段整体道床端5米范围内仍有下沉现象，需起道2-3次后才达到稳定。在以后的应用中，准备在过渡段整体道床端开始，水泥板由厚到薄设置。例如，5米范围内使其厚度为400mm，再5米范围内使其厚度为300mm，再5米范围内为200mm厚，下沉现象很大程度得到改善。6、成本分析：我港3整体道床道口承建单位为中铁十八局，每延米造价达1.5万元。设计之初就以高强度，高持久性要求，使其造价昂贵。但从长久考虑，减少了维修保养成本和对生产的影响，初步测算，六年即可收回维修成本。