摘要：既有线铁路混凝土梁地段道床厚度不足且纵断面调整受限，无法通过维修作业满足现有规范要求，造成线路刚度不均匀等病害，通过对现场道床刚度进行测试，提出了对梁顶面铺设鞋钉式道砟垫的整治措施，进而提高轨道弹性，使桥上轨道刚度和路基上轨道刚度趋于一致。
关键词：道砟垫；道床厚度；刚度
1 前言
近年来，随着列车提速及行车密度的增加，有砟轨道混凝土梁地段碎石道床受上部混凝土轨排和下部混凝土刚性基础的双重夹击，碎石道砟容易破碎、脏污，道床使用寿命短，线路道床病害多，为线路工务维修作业重点地段，既有线很大一部分桥梁还存在道床厚度严重不足，而且受空间限制，无法通过维修作业满足现有规范要求，造成道床弹性不足，轮轨冲击加大，线路病害将更加严重，轨道部件使用寿命更短，需要投入更多、更频繁的养护维修工作，给铁路运输带来不良影响。本文兖石线k4+224桥通过铺设道砟垫整治混凝土梁道床厚度不足的病害。
2 工程概况
兖石线k4+224桥（2-32m栓焊半穿式桁梁+1-8m低高度板梁）为混凝土梁与钢梁混合桥，混凝土桥宽为3.3m铺设有砟道床，既有道床厚度18cm，受钢梁桥限制，无法通过纵断面调整来优化道床厚度，设计将混凝土梁地段既有Ⅱ型混凝土桥枕更换为AⅢ型混凝土桥枕，同时在梁顶面铺设道砟垫来提高轨道弹性。
3 道砟垫结构型式
道砟垫一般由覆盖层和减振层组成，主要型式有鞋钉式、开孔式、挤塑板，从力学性能和国内重载铁路铺设经验来看，鞋钉式道砟垫结构具有较好的应用效果，因此k4+224桥采用鞋钉式道砟垫结构，见图1。
图1 鞋钉式道砟垫结构示意图
兖石线k4+224桥混凝土梁地段采用AⅢ型混凝土桥枕，线路作业时只捣固轨下部分，中间不捣固，其只要支撑状态为轨下支撑。在进行道砟垫设计时，主要考虑轨下支撑部分。道床顶面压力在道床中按扩散角
向下传递，有砟道床压应力扩散角一般情况下取35°，满支撑长度e取950mm，道床厚度按现场实测值22～25cm设计，据此计算得出单根枕下道砟垫横向受力分布范围为3～3.2m，最终根据计算结果和技术经济性确定道砟垫宽度为3m。
4 道床刚度测试
道砟垫可提高轨道弹性，使桥上和路基上的轨道刚度趋于一致，因此现场轨道刚度的实测对道砟垫刚度的设计具有重要的指导意义。道床刚度测试时，在k4+224桥混凝土梁上及相邻路基区段各选取6个测点使用道床刚度仪及配套设备进行测试，共计12个测点。
图2 支承刚度测试油缸及位移计安装立面图
4.1 测试前准备
4.1.1 测点的选择
沿线路纵向每隔6根轨枕选两根枕为测试枕。选定测试枕时注意避开空吊枕、扣件缺损轨枕等地段，以免测试数据有误。
4.1.2 卸扣件
（1）解除两根测试枕所有扣件；（2）压机起钢轨，抽出轨下垫板；（3）缓慢卸载放下钢轨。
4.1.3 安装
在测试枕的钢轨上安装反力架，将两个加载油缸分别立在反力架与轨枕之间，两个油缸及传感器以钢轨纵向中和轴对称布设。油缸活塞顶在反力架底面，利用钢轨作为反力支点，向轨枕施加垂向荷载，如图2所示。
在相邻轨枕上，利用扣件预埋铁座（或螺栓）牢靠安装位移计安装板，带有延伸杆的位移计磁性底座固定在安装板，两只位移传感器固定于延伸杆，其顶针垂直朝下顶在钢轨两侧轨枕。
4.2 测试
4.2.1 调零
安装调试位移传感器之后，位移初读数置零。
4.2.2 加载
（1）借助钢轨反力缓缓施加垂向荷载，注意观测压力和位移读数；（2）单片机采集系统按照2.5kN间隔自动记录压力和位移；（3）当垂向荷载加至40kN后，缓慢卸载并恢复线路；（4）采集分别记录与压力7.5kN和35kN相对应的1#、2#位移计的位移读数
和
、
和
。
测试系统自动按照以下公式分别计算位移D7.5和D35：
（1）
4.3 数据整理
根据测试数据按照以下公式计算测试枕的道床支撑刚度：
（2）
4.4 测试结果
桥上道床刚度测试结果见表4.1，相邻路基段道床支承刚度测试结果见表4.2。
表4.1 桥上道床刚度测试结果
表4.2 相邻路基段道床刚度测试结果
5 道砟垫刚度设计
道砟垫的设计原则之一是采用道砟垫后，桥上的道床支承刚度应与路基上的道床支承刚度一致。现场测试结果得出桥上和路基上的道床支承刚度分别为256kN/mm、173kN/mm。根据《铁路轨道设计规范》（TB10082-2017）相关规定，对于Ⅲ型轨枕，道床支承刚度为100kN/mm，一般情况下，路基区段在运营趋于稳定后，Ⅲ型轨枕道床支承刚度一般为100～140kN/mm，在设计时，路基区段刚度可取120kN/mm，桥上取实测值。
道砟垫的支承刚度为：
=256×120/（256-120）=226 kN/mm
AⅢ型枕半根轨枕砟下胶垫的受力面积为：1.5×0.95=1.425m2
故道砟垫的面刚度为：
=0.159N/mm3
根据现场实测结果和理论计算分析，道砟垫刚度取值为0.150N/mm3。道砟垫铺设图如下图3。
图3 道砟垫铺设示意图
6 结语
铺设道砟垫整治混凝土梁道床厚度不足的病害整治技术，解决了混凝土梁地段道床厚度、桥上及路基轨道刚度不一的病害，可为大修或改造工程后续整治桥梁道床厚度不足地段提供理论数据支持，对线路设备大修或改造工程有着积极的意义；同时全面提高了列车运行的安全性、平顺性和旅客乘坐列车的舒适度，将大大提高我们铁路列车运行品质及声誉。
参考文献：
[1]《普速铁路线路修理规则》（铁总工电〔2019〕34号）
[2]《铁路轨道设计规范》（TB10082-2017）
[3]《山西中南部铁路通道30吨轴重重载铁路试验段-道砟垫技术条件（暂行）》（TJ/QW104-2013）
论文作者:孙逢坤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/29
标签：刚度论文; 混凝土论文; 轨枕论文; 路基论文; 测试论文; 位移论文; 厚度论文; 《基层建设》2019年第22期论文;