专利名称：客运专线有砟岔枕及其制造工法的制作方法
技术领域：
本发明涉及预应力岔枕混凝土体及其制造，尤其涉及客运专线有砟岔枕及其制造 方法。
背景技术：
客运专线有砟岔枕技术复杂、标准高、要求严。不同尺寸规格的有砟岔枕的适用范 围有很大区别。而现有有砟岔枕的结构设计较为简单，混凝土的后期强度、承载力和疲劳强 度不足。岔枕的外形尺寸、预应力钢丝和预埋件的设计均需进一步改进，以适应客运专线列 车运行时速不断提高对岔枕承载力的要求。为减小客运专线列车运行时的冲击力及摩擦 力，提高列车运行的平稳性，适应列车高速运行的需要，客运专线有砟岔枕外形尺寸要求精 度高，承载力及抗疲劳能力强。垫板下承轨面平面度允许偏差值1mm、保持轨距的两承轨面 之间的相对扭曲允许偏差值1mm。传统生产工艺机组流水生产线中，关键工序没有采用计算 机自动控制，岔枕的预应力均勻性和预应力损失、养护温度不能得到有效的控制，不能保证 混凝土的后期强度、承载力和疲劳强度。张拉钢丝采用油顶与油泵配合使用，张拉数据靠人 工控制，油表的系统误差、人为读表误差较大，使张拉力精度误差较难控制在图纸要求的范 围；传统的降温技术很难达到技术要求10分钟降低2. 5°C的要求；钢丝放张是将预应力钢 丝突然放松，这样会使预应力钢丝的应力不能有效地导入混凝土内，特别是岔枕端部钢丝 的应力损失会更大，岔枕端部预应力钢丝的失效长度增加。因此，需要一种能够计算机控制 的机组流水线法生产客运专线有砟岔枕的工法。使生产的关键工序不受人为因素的影响， 精确控制，同时还可以进行实时数据记录、历史数据查询，使生产出的产品可以进行历史追 溯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种客运专线有砟岔枕及其制造工法，要解决现有客运专 线有砟岔枕承载能力不足、稳定性低，使用寿命短的技术问题，采用现代计算机控制的机组 流水生产工艺，提高岔枕的混凝土质量，提高岔枕的承载能力，减少由于养护温度与外界温 度之差引起的混凝土开裂现象，保证岔枕能够满足客运专线铁路的要求，降低材料和能源 消耗。本发明的技术方案
一种客运专线有砟岔枕，包括岔枕混凝土体，以及预埋在岔枕混凝土体内部的预应力 钢丝、套管和电务螺母，所述岔枕混凝土体为通长整体式，横截面形状为上小下大的梯形， 所述预应力钢丝沿岔枕混凝土体通长埋设，且在岔枕混凝土体的横截面上呈矩形间隔分 布，在预应力钢丝外围整体环绕有箍筋I和箍筋II，箍筋I沿岔枕混凝土体纵向间隔分布， 箍筋II设置于岔枕混凝土体的两端部；
所述套管为下端封口的圆柱形结构，套管外周环绕有螺旋筋，套管沿岔枕混凝土体顶 面中线间隔分布；所述电务螺母分布于岔枕混凝土体顶面的两端部。所述预应力钢丝在岔枕混凝土体的横截面上分布有四排四列共14根。所述电务螺母在岔枕混凝土体顶面的两端部各分布有三个。所述凝土岔枕的长度为2. 45m 4. 8m。所述凝土岔枕的高度为220mm，顶边宽度为^Omm,底边宽度为300mm。一种客运专线有砟岔枕的制造工法，包括以下步骤 步骤1，提供用于制造客运专线有砟岔枕的模型；
步骤2，对模型进行钢丝下料，穿入端板和挂板，然后对钢丝进行镦头处理；
步骤3，在模型内安装套管，将钢丝放入模型内，对钢丝进行张拉；
步骤4，在模型内安装橡胶隔板、配件、箍筋和螺旋筋；
步骤5，对模型进行混凝土灌注并振动混凝土 ；
步骤6，对客运专线有砟岔枕进行养护；
步骤7，养护达到工艺要求后降温、脱模后，出池；
步骤8，对钢丝释放应力，然后对模型进行翻模并切割钢丝；
步骤9，对客运专线有砟岔枕进行脱模、养生处理。所述步骤6中，蒸汽养护制度为静停、升温、恒温、降温，出池前的岔枕表面与坑 外环境温度之差不大于15°C，养护时岔枕枕心温度小于60°C，采用了混凝土枕养护温度数 控装置，以温度传感器为一次仪表，温度巡检仪为二次仪表，进行温度数据的采集和传输， 由计算机与养护坑一一对应的多套控制和执行单元分别控制多个养护池的温度变化，按规 定的静停、升温、恒温、降温工艺要求进行自动控制，温控误差氺士 1°C;降温过程中，降温速 度的控制通过控制雾状水对养护坑的喷淋来实现；使岔枕蒸汽养护时的升温速度和降温速 度控制在2. 50C /IOmin,整个养护过程进行实时测量温度一时间曲线和数据存储，每根岔 枕的养护记录由计算机备案和保存。所述步骤7中，按养护制度养护结束后，取出混凝土试件送试验室检验，检验合格 后，开始喷淋降温，降温速度控制在2. 5°C /lOmin,当岔枕表面与坑外环境温度之差不大于 15°C时，岔枕出池。所述步骤7中，岔枕脱模后，湿润养生8天，水温与岔枕表面温差氺15°C，冬天环境 温度低于5°C时，喷涂混凝土养护剂并覆盖保暖保湿层。在本发明的客运专线有砟岔枕的制造方法中，优选岔枕短模型进行生产，模型截 面两侧采用工字钢作为受力结构，钢板加劲，模型壳体采用钢板冲压形成，结构安全可靠， 经济合理。采用短模生产，提高预应力钢丝的丝位准确性，从而增加钢丝的预计应力准确 性，保证产品的承载能力。在本发明的客运专线有砟岔枕的制造方法中，优选新型套管定位技术，使套管的 位置精度高、定位方便、安装拆除方便。施工套管固定装置包括套管、套管底座、铆钉。套管 底座为一端封口的圆柱形套筒，其外径与略小于套管内径，先在模型底部按照图纸要求的 位置打Φ4πιπι的圆孔，将套管底座用铆钉固定于模型上，再将套管沿底座外径插入，用橡胶 锤打紧。当岔枕的钉孔距有改变时，可以用玻璃胶将孔封住，另开其它的孔，使用时再用铁 丝捅开，如此更改模型，省时省力，对模型没有负面的影响。在本发明的客运专线有砟岔枕的制造方法中，优选磁栅尺为检测量具，精密数显表为二次仪表，测量模型壳体的底模钉孔距，测量精度高。在根据本发明的客运专线有砟岔枕的制造方法中，优选计算机控制的自动配料系 统，由计算机分别控制电磁阀气阀和压缩空气来控制汽缸运动，控制各个料斗和搅拌机出 料口的开关，严格按施工配合比对多个称料斗进行同时称重，称重精度士 1%，对混凝土精确 控制配合比，使拌合的混凝土满足铁道部标准的要求，采用二次下料技术精确控制混凝土 的下料量、布料均勻。在本发明的客运专线有砟岔枕的制造方法中，优选计算机控制的自动张拉系统， 对预应力钢丝整体张拉，实现了张拉力的自动控制，减小了人为因素对张拉力的影响。张拉 时千斤顶运行速度缓慢、均勻，荷载精度误差小于设计张拉力的士 1%。，系统以荷载力值、荷 载一时间曲线和油压(参考)等参数显示张拉全过程并具有数据自动记录、存储、打印及工 艺参数修改的功能。通过使用自动张拉设备解决了岔枕预应力精度控制困难的问题，使产 品的抗弯能力、抗开裂能力得到保证。在本发明的客运专线有砟岔枕的制造方法中，优选计算机控制的自动放张系统， 对预应力钢丝整体放张，实现了预加应力损失控制，精确控制岔枕混凝土体中残余应力满 足设计要求。通过使用自动放张设备使预应力钢丝在放张过程中的失效长度得到有效控 制，保证了岔枕的抗弯及抗开裂能力。在本发明的客运专线有砟岔枕的制造方法中，采用计算机控制的自动养护系统， 对客运专线有砟岔枕自动蒸汽养护，实现了枕芯温度的精确测量和养护过程的自动控制， 采用计算机控制的自动喷淋、降温技术，使岔枕蒸汽养护时的升温速度和降温速度控制在 2.5°C /lOmin，满足了客运专线岔枕的要求，保证了混凝土的质量。每根岔枕的养护记录 由计算机备案、保存，随时可以查验。采用工业计算机控制的自动化养护设备，提高产品养 护时混凝土的内在质量，减少由于养护温度与外界温度之差引起的混凝土开裂现象。通过 使用自动养护设备保证了混凝土的强度均勻增长，使混凝土的早期强度及后期强度得到保 障，降低了岔枕混凝土的开裂比例。通过使用计算机控制系统解决了混凝土强度不稳定的 难题。本发明在岔枕混凝土体内部预埋有四排四列共14根钢丝，并在钢丝外围设置有箍 筋，提高了岔枕混凝土体本身强度。其中箍筋II设置于岔枕混凝土体两端，可防止端部掉 角。套管周围设置的螺旋筋可保证套管的安装强度。岔枕混凝土体两端预埋的电务螺母可 在预留孔道安装时使用。本发明的岔枕混凝土体外形尺寸设计合理、结构承载力增强、使用 寿命长，能够满足客运专线列车高时速的要求。可适应列车高速运行的需要。本发明方法 制出的岔枕混凝土体的外形尺寸要求精度高，承载力及抗疲劳能力强，可被用于制造客运 专线有砟岔枕。
图1为本发明客运专线有砟岔枕的结构示意图。图2是本发明的平面结构示意图。图3是本发明A-A剖面的结构示意图。图4是本发明端面的结构示意图。图5是本发明制造客运专线有砟岔枕的工艺流程图。图6是自动养护控制系统功能体系原理图。
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图7是试块养护加热驱动箱控制面板示意图。图8是自动养护控制系统的阀门组合及其连接示意图。附图标记1 一混凝土岔枕、2 —预应力钢丝、3 —套管、4 一电务螺母、5 —箍筋I、 6—箍筋11、7—螺旋筋。
具体实施例方式如图1-4所示，一种客运专线有砟岔枕，包括岔枕混凝土体1，以及预埋在岔枕混 凝土体1内部的预应力钢丝2、套管3和电务螺母4，所述岔枕混凝土体1为通长整体式，横 截面形状为上小下大的梯形，所述预应力钢丝2沿岔枕混凝土体1通长埋设，且在岔枕混凝 土体1的横截面上呈矩形间隔分布，在预应力钢丝2外围整体环绕有箍筋15和箍筋116，箍 筋15沿岔枕混凝土体纵向间隔分布，箍筋116设置于岔枕混凝土体1的两端部；
所述套管3为下端封口的圆柱形结构，套管外周环绕有螺旋筋7，套管3沿岔枕混凝土 体1顶面中线间隔分布；
所述电务螺母4分布于岔枕混凝土体1顶面的两端部。所述预应力钢丝2在岔枕混凝土体1的横截面上分布有四排四列共14根。所述电务螺母4在岔枕混凝土体1顶面的两端部各分布有三个。所述岔枕混凝土体1的长度为2. 45m 4. 8m。所述岔枕混凝土体1的高度为220mm，顶边宽度为沈0讓，底边宽度为300mm。如图5所示，一种客运专线有砟岔枕的制造工法，包括以下步骤
步骤1，提供用于制造客运专线有砟岔枕的模型为了保证模型具有足够的刚度并由 此保证预应力钢丝的丝位准确及钢丝与混凝土之间有良好的握裹力，采用短模，并要求模 型的丝位误差小于士 1mm。模型使用前必须检查模板是否光滑平整，有无凹凸变形，有无皱 折，模型内部是否有粘灰，如果有要及时清理、修整合格才能投入使用；模型上口的残渣要 及时清理以避免翻模困难造成岔枕表面不必要的磕损；模板应仔细均勻地涂刷隔离剂，不 得漏刷；张拉端及固定端，张拉盒底部要清理干净，以避免混凝土残渣将张拉盒垫起影响预 应力钢丝的丝位；张拉盒内部及槽口处要清理干净，以避免张拉挂板或钢丝被垫起影响丝 位。步骤2，对模型进行钢丝下料，穿入端板和挂板，然后对钢丝进行镦头处理，根据模 型长度对钢丝进行定长切割，每组钢丝下料长度的相对误差不大于2mm。在每组钢丝中穿入 用于形成岔枕端头的端板和挂在两端张拉槽的挂板。然后，对钢丝进行镦头处理，形成的镦 头头形圆正，肉眼看不见歪偏，并且镦头颈部母材截面不受削弱，镦头直径不小于10mm。对 钢丝进行镦头的好处是使钢丝能够挂在挂板上，便于张拉。然后再将镦头好的钢丝放入模 型内，将端板置于模型内挡条处，挂板挂在两端张拉槽处。步骤3，安装套管3，将套管3的底座用铆钉固定于模型上，再将套管3沿底座外径 插入，用橡胶锤打紧。将钢丝放入模型内，对钢丝进行张拉根据本发明采用计算机自动控 制张拉系统，将岔枕的张拉力值采集到电脑中，将张拉程序在电脑中直接设定，按照图纸要 求将张拉力控制在士5KN，当张拉误差超过5KN时计算机自动启动设备，调整张拉力，使张 拉后的钢丝初始应力在控制误差范围内。单根调整钢丝长度后开始整体张拉，0 — 20% ok 调整钢丝位置一100% σ k静停lmin，拧紧螺母一回油一100% σ k再一次拧紧螺母一0。张拉速度均勻、缓慢，张拉钢筋应力以张拉力读数为准。钢筋张拉时，确保张拉挂板砸到位，以 保证钢丝位置准确，切实保证保护层尺寸符合设计标准。步骤4，在模型内安装橡胶隔板、配件、箍筋和螺旋筋7 橡胶隔板用于固定相邻枕 的端头，保证不泥浆。安装箍筋，从而固定预先设置在模型内并沿纵向贯穿整个模型的主 筋，该箍筋是基本呈框架形的非预应力钢筋，并且该主筋为张拉的高强预应力钢丝。安装箍 筋时，使主筋都穿过箍筋，从而箍筋能够框住主筋而将其固定。此外，用铁丝将箍筋绑在主 筋上，每根箍筋最少通过铁丝正反两道进行绑扎，从而保证箍筋绑轧牢固，安装位置准确， 防止移位。将铁丝头按入箍筋内，以防止铁丝头露出混凝土表面。步骤5，对模型进行混凝土灌注并振动混凝土 采用计算机自动配料，精确控制配 合比。拌制混凝土时严格控制混凝土原材料的数量，保证其在允许的误差范围内，且每斗灰 均需做塌落度实验并进行记录。材料计量误差水泥、水、减水剂< 1%，碎石、砂< m。为确保混凝土在密实度好、下料误差小，混凝土搅拌系统采用定量搅拌，定量下料 的程序，使每套模型中混凝土需要量固定，精确控制下料量，布料均勻，布料速度快。分二层 浇注以增加混凝土下料的精确度，浇注时保护层偏差控制在0 +5mm。在灌注了混凝土后， 岔枕采用模具外加多组高频振动器振动，振动力大，还可大幅度降低噪音污染，改善劳动条 件。步骤6，对客运专线有砟岔枕进行养护对振动处理后的模型卸除配件，对模型进 行清边，去除模型外部溢出的混凝土浆料，然后将模型送入养护池中，对在模型内的岔枕坯 进行养护。同时，在养护池中放入多块混凝土试块。根据本发明的客运专线有砟岔枕制 备方法采用计算机自动控制蒸气养护，养护制度为在环境温度下静停不少于3小时，且 升温速度不大于2. 50C /10分钟，恒温温度(混凝土芯部温度)58士2°C，且降温速度不大于 2. 5°C /10分钟，出坑前岔枕表面与坑外环境温度之差不大于15°C。出池前的岔枕表面与坑 外环境温度之差不大于15°C，养护时岔枕枕心温度小于60°C。温控误差不氺士 1°C ；降温 过程中，降温速度的控制通过控制雾状水对养护坑的喷淋来实现；整个养护过程进行实时 测量温度一时间曲线和数据存储，每根岔枕的养护记录由计算机备案和保存。如图6-8所示，客运专线有砟岔枕的混凝土养护温度数控装置，以温度传感器为 一次仪表，温度巡检仪为二次仪表，进行温度数据的采集，并传输至工控计算机，由工控计 算机与养护坑一一对应的多套控制和执行单元分别控制多个养护池的温度变化，按规定的 静停、升温、恒温、降温工艺要求进行自动控制。温度传感器选用线性较好的PT100工业级A级钼作为测温的一次仪表，选用温度 智能巡回检测仪作为测温的二次仪表进行数据采集和转发，一次仪表采用三线接地方式， 二次仪表采用数据通讯传送到工控机。工控机具有数据记录、保存、输出的功能，它经PCI I/O卡向阀门驱动箱输出控制信号，并使控制阀门动作。试块养护加热驱动箱由PID智能数字控制仪及固态接触器等部件组成，试块养护 加热驱动箱控制面板如图8所示；岔枕的加热驱动由阀门驱动箱通过IO卡接受工控机的指 令，然后驱动电磁阀来实现。Ml 测量岔枕枕芯部温度、水温M2:控制加热器M3:测试块、 环境温度、模型养护温度。试块养护的执行机构由两个电加热器组成；岔枕养护的执行由电磁阀和手动阀门 组合构成，阀门组合的连接如图7所示。
步骤7，养护达到工艺要求后降温、脱模后，出池，养生。按养护制度养护结束后，取 出混凝土试件送试验室检验，检验合格后，开始喷淋降温，降温速度控制在2. 50C /IOmin, 当岔枕表面与坑外环境温度之差不大于15°C时，岔枕出池。当试块强度达到45. OMI^a后， 通过计算机自动控制的喷淋降温程序进行降温，进行出池操作。岔枕模型出池后，对岔枕进 行脱模操作。岔枕脱模后，湿润养生8天，水温与岔枕表面温差氺15°C，冬天环境温度低于 5°C时，喷涂混凝土养护剂并覆盖保暖保湿层。步骤8，对钢丝释放应力，然后对模型进行翻模并切割钢丝。当混凝土表面与环境 温度之差小于15°C时可以将岔枕吊出养护坑，进行预应力钢丝2的缓慢放张。先用计算机 控制的放张系统对钢丝缓慢释放应力，先将钢丝张拉到设计张拉力要求值，将张拉丝杠的 螺母旋松，在计算机的控制下，缓慢均勻放松钢丝的预应力，放张速度< 80kN/s，直到不能 再放松为止，严禁带应力切割钢丝，以免引起岔枕端部产生裂纹。步骤9，对客运专线有砟岔枕进行脱模处理。将预应力钢丝2缓慢放张后，沿横移 辊道将模型移至翻模机轨道处，用翻模机将模型翻转，进行端部预应力钢丝切割，为实现断 丝过程的高效、节能、无噪音，采用等离子切割器将模型两端钢丝切割。作业时带上防护镜， 以避免产生人身伤害。断丝后，用翻模机卡住岔枕模型将岔枕将模型吊起，同时岔枕从模型 中脱出，在辊道上检查岔枕外观，将合格品、不合格品、需修理品分别标记，同时喷涂岔枕编 号、生产日期，沿辊道移至无齿锯处，用无齿锯整体切割钢丝，为避免噪音污染，切割钢丝在 隔音棚中进行。断丝后由行车吊起岔枕，放至横移小车上，将岔枕运至成品库。
权利要求
1.一种客运专线有砟岔枕，包括岔枕混凝土体(1)，以及预埋在岔枕混凝土体(1)内部 的预应力钢丝(2)、套管(3)和电务螺母(4)，其特征在于所述岔枕混凝土体(1)为通长整 体式，横截面形状为上小下大的梯形，所述预应力钢丝(2)沿岔枕混凝土体(1)通长埋设， 且在岔枕混凝土体(1)的横截面上呈矩形间隔分布，在预应力钢丝(2)外围整体环绕有箍 筋I (5)和箍筋II (6)，箍筋I (5)沿岔枕混凝土体纵向间隔分布，箍筋II (6)设置于岔 枕混凝土体(1)的两端部；所述套管(3)为下端封口的圆柱形结构，套管外周环绕有螺旋筋(7)，套管(3)沿岔枕 混凝土体(1)顶面中线间隔分布；所述电务螺母(4)分布于岔枕混凝土体(1)顶面的两端部。
2.根据权利要求1所述的客运专线有砟岔枕，其特征在于所述预应力钢丝(2)在岔枕 混凝土体(1)的横截面上分布有四排四列共14根。
3.根据权利要求1所述的客运专线有砟岔枕，其特征在于所述电务螺母(4)在岔枕混 凝土体(1)顶面的两端部各分布有三个。
4.根据权利要求1所述的客运专线有砟岔枕，其特征在于所述岔枕混凝土体(1)的长 度为 2. 45m 4. 8mο
5.根据权利要求4所述的客运专线有砟岔枕，其特征在于所述岔枕混凝土体(1)的高 度为220mm，顶边宽度为300mm，底边宽度为260mm。
6.一种客运专线有砟岔枕的制造工法，包括以下步骤 步骤1，提供用于制造客运专线有砟岔枕的模型；步骤2，对模型进行钢丝下料，穿入端板和挂板，然后对钢丝进行镦头处理；步骤3，安装套管(3)，将钢丝放入模型内，对钢丝进行张拉；步骤4，在模型内安装橡胶隔板、配件、箍筋和螺旋筋(7)；步骤5，对模型进行混凝土灌注并振动混凝土 ；步骤6，对客运专线有砟岔枕进行养护；步骤7，养护达到工艺要求后降温、脱模后，出池；步骤8，对钢丝释放应力，然后对模型进行翻模并切割钢丝；步骤9，对客运专线有砟岔枕进行脱模和养生处理。
7.根据权利要求6所述的客运专线有砟岔枕的制造工法，其特征在于所述步骤6 中，蒸汽养护制度为静停、升温、恒温、降温，出池前的岔枕表面与坑外环境温度之差不大 于15°C，养护时岔枕枕心温度小于60°C，采用了混凝土枕养护温度数控装置，以温度传感 器为一次仪表，温度巡检仪为二次仪表，进行温度数据的采集和传输，由计算机与养护坑 一一对应的多套控制和执行单元分别控制多个养护池的温度变化，按规定的静停、升温、 恒温、降温工艺要求进行自动控制，温控误差氺士 1°C ；降温过程中，降温速度的控制通 过控制雾状水对养护坑的喷淋来实现；使岔枕蒸汽养护时的升温速度和降温速度控制在 2. 5°C /lOmin，整个养护过程进行实时测量温度一时间曲线和数据存储，每根岔枕的养护记 录由计算机备案和保存。
8.根据权利要求6所述的客运专线有砟岔枕的制造工法，其特征在于所述步骤7中， 按养护制度养护结束后，取出混凝土试件送试验室检验，检验合格后，开始喷淋降温，降温 速度控制在2. 5°C /lOmin,当岔枕表面与坑外环境温度之差不大于15°C时，岔枕出池。
9.根据权利要求6所述的客运专线有砟岔枕的制造工法，其特征在于所述步骤7中， 岔枕脱模后，湿润养生8天，水温与岔枕表面温差氺15°C，冬天环境温度低于5°C时，喷涂混 凝土养护剂并覆盖保暖保湿层。
全文摘要
一种客运专线有砟岔枕及其制造工法，包括以下步骤提供用于制造客运专线有砟岔枕的模型；对模型进行钢丝下料，穿入端板和挂板，然后对钢丝进行镦头处理；在模型内安装套管，将钢丝放入模型内；对钢丝进行张拉；在模型内安装橡胶隔板、配件、箍筋和螺旋筋；对模型进行混凝土灌注并振动混凝土；采用工业计算机控制的自动化养护设备，对客运专线有砟岔枕进行养护；养护达到工艺要求后降温出池；对钢丝释放应力，然后对模型进行翻模并切割钢丝；对客运专线有砟岔枕进行脱模、养生处理。提高了产品养护时混凝土的内在质量，减少了由于养护温度与外界温度之差引起的混凝土开裂现象。保证岔枕能够满足客运专线铁路的要求，降低材料和能源消耗。
文档编号E01B7/22GK102102314SQ201010618349
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者姜忠仁, 孟国珍, 曹凤洁, 林春妮, 鄂宝生 申请人:北京中铁房山桥梁有限公司