轨枕

2.Ⅱ型轨枕

Ⅱ型轨枕的设计是根据重载线路承受荷载大，重复次数多的特点，采用疲劳可靠性进行设计的。设计标准是按年运量60Mt，轴重机车25t、货车23t，最高行车速度120km/h，铺设6Okg/m 钢轨。与I型轨枕相比，轨下截面正弯矩的计算承载能力提高13%～25%，中间截面正弯矩提高约8.8%，中间截面负弯矩提高14%～41%。J-2型轨枕是采用4根直径1Omm的高强度钢筋，C58级混凝土。

Ⅱ型轨枕是目前我国轨枕中强度较高的类型，也是主型轨枕，基本上能适用于次重型、重型轨道。Ⅱ型轨枕的不足是安全储备还不够大，对提高轨道的整体稳定性能力还不足。现场使用情况调查表明，在重型、次重型轨道上使用的轨枕，在某些区段出现轨中顶面横向裂缝、沿螺栓孔纵向裂缝、枕端龟裂、侧面纵向水平裂缝、挡肩斜裂等，轨枕年失效下道率平均约1.2%。由此可知，Ⅱ型轨枕难以适应重型和特重型轨道的承载条件。为适应强轨道结构的要求，又研制了Ⅲ型轨枕。

图3-3 J-2型混凝土枕

3.Ⅲ型轨枕

Ⅲ型轨枕是从1988年开始，由铁道部专业设计院、铁道部科学研究院等单位研制，分有挡肩和无挡肩两种形式。为适应不同线路的需要，长度有2.6m 和2.5m两种，其结构强度相同。设计参数采用机车（三轴）最大轴重23t、最高速度160km/h、轨枕配置1760根/km设计。有挡肩2.6m长Ⅲ型轨枕如图3-4所示。

图3-4 有挡肩2.6m长Ⅲ型混凝土轨枕

Ⅲ型枕的主要特点：

（1）结构合理，强化了轨道结构。由于轨枕长度增加到2.6m，并适当加宽了枕底，使枕下支承面积约增加了17%，端侧面积约增加20%，轨枕质量约增加31%。因此，可有效提高道床的纵、横向阻力，减缓重载运输所产生的道床累积变形，提高线路的稳定性；

（2）轨下和中间截面的设计承载力，较Ⅱ型轨枕分别提高了约43%和65%。提高了轨枕的强度；

（3）采用无螺栓扣件的扣压力能保持线路稳定。无纵、横向移动，有利于保持轨道的几何形位，减少养护维修工作量。

此外，为适应山区铁路运营条件，由西南交通大学和成都铁路局共同设计开发了新Ⅲ型混凝土轨枕及与其相适应的扣件系统。在Ⅲ型混凝土轨枕设计荷载条件下，主要对轨枕挡肩结构及相应的挡板座进行了重新设计，可提高挡肩极限承载能力一倍以上，有效地解决混凝土枕挡肩易破损的问题。

3.2.2 有碴桥上使用混凝土桥枕。

3.2.2 砼轨枕的主要病害及整治措施

1．混凝土枕伤损分类

（1）.轨下截面出现过大的横向裂缝

混凝土枕是一个接受不稳定重复荷载的构件，荷载的变化带有随机的性质。混凝土枕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距，在这种情况下就产生了横向裂缝。一般来说，这种裂缝较小，不致引起轨枕的失效。但在轨下截面的荷载弯距远远大于轨枕的抗裂强度的情况下，就会出现过

大的横向裂缝，导致轨枕失效。如下图3-6。

图3-6轨枕轨下横向裂纹

（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。

图3-7 轨下截面压溃

（3）.轨枕中间部分出现过大的横向裂缝

轨枕中问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。

图3-8轨枕中部裂缝

（4）.轨枕中间部分压溃

轨枕中间部分由于受了过大的正弯矩，不仅使轨枕中间部分的下部产生过大的裂缝，而且还引起截面受压区的过大压应力，致使混凝土压渍。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。

图3-9 轨枕中间部分压溃

（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。

图3-10 a)端头裂缝；(b)端部上部裂缝；(c)侧面纵向水平裂缝

(d)钉孔纵裂；(c)贯通纵裂

（6）.轨枕的龟裂

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。

图3-11 轨枕的龟裂

（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，因在轨枕两侧进行对角捣固，过车时容易使轨枕中问部分产生斜裂或扭伤。据调查统计，因线路维修养护不当使轨枕中部扭断、折断的轨枕在伤损轨枕总数中占有一定的比例。

图3-12轨枕中间部分斜裂及扭伤（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400mm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。

图3-13 轨枕挡肩破损

（9）.轨枕的腐蚀

在长期放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100c㎡，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。

我国曾对混凝土枕伤损情况进行过几次全国性的大规模调查，掌握了大量第一手资料。在调查中还发现一个普遍的规律．即钢轨接头轨枕伤损率比非钢轨接头部位高10倍以上。

2．混凝土轨枕伤损原因

通过现场调查表明，混凝土轨枕在使用过程中出现伤损，首先是制造工艺、质量、养护维修作业和结构等方面的原因。制造工艺、质量不良很容易引起轨枕的早期裂损，特别是蒸汽养护温度过高，升温太快，水灰比偏大，骨料不合格，振动不密实，钢筋和钢丝的预应力张拉工艺不良等影响很大，导致轨枕产生纵向贯通裂缝和龟裂，出现横向裂缝等，从而降低了轨枕承载能力。

其次是养护维修作业方面的原因。轨枕支承在不均匀的弹性基础上，它是由松散颗粒组成的。在列车重复冲击荷载作用下，道碴颗粒之间相互挤压磨损，产生微量的相对位移，并逐步积累形成残余变形，这就需要经常去调整，而捣固作业是恢复原有几何状态的主要方法，在作业中直接影响轨枕的支承条件和轨枕受力状态，也就可能出现轨枕某截面的弯曲应力大于轨枕抗拉强度的现象，以致产生轨枕伤损。

由于轨枕支承条件的不同，轨枕各个截面所受的弯矩有很大的变化。特别是中间的截面上，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。因此对于混凝土轨枕线路，枕下道床必须捣固均匀、密实，使轨枕受力均匀。

3．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

《铁路线路设计规范》规定:混凝土枕端部埋入道床深度为15cm、其中部60cm范围内，道床顶面应低于枕底3cm。

这个规定目的是力求轨枕反力的合力中心与荷载中心接近，防止发生中部因道碴承垫而形成过大的负弯矩。所以要求只在轨枕80cm范围内进行捣固，而中间截面不支承。但在实际操作时，中间不支承长度不易保持，并且普遍超过深度。据调查，在规定捣空长度60cm时，由于道碴是松散颗粒，道心部分捣固