Объем шпалы железобетонной

- admin

Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 23 июля 2017; проверки требуют

40 правок

.

Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 23 июля 2017; проверки требуют

40 правок

.

Один из вариантов крепления рельсов к деревянным шпалам (КД) с помощью

глухаря

(путевого шурупа)

Шпа́ла (нидерл. spalk — подпорка) — опора для рельсов в виде брусьев или железобетонных изделий. В железнодорожном пути шпалы обычно укладываются на балластный слой верхнего строения пути и обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление непосредственно от рельсов или от промежуточных скреплений и передают его на подшпальное основание (обычно — балластный слой, в метрополитене — бетонное основание).

При прокладке железной дороги Ливерпуль — Манчестер (англ. Liverpool and Manchester Railway) использовались каменные плиты, служившие основанием для укладки рельсов. Позже появились деревянные шпалы, а затем и другие типы шпал; причём именно дерево длительное время являлось наиболее распространённым материалом для шпал.

Деревянные шпалы

Бывшие в использовании деревянные шпалы

Порода древесины для шпал может быть разная (например, красный клён или эвкалипт), в некоторых странах предпочитают дуб, а в некоторых, в силу экономических причин, древесину хвойных пород, преимущественно сосну, хотя такие шпалы более подвержены износу. Для предотвращения гниения шпалы пропитывают антисептиками, чаще всего креозотом.

Деревянные шпалы обладают многими достоинствами: упругостью, лёгкостью обработки, высокими диэлектрическими свойствами, хорошим сцеплением с щебёночным балластом, малой чувствительностью к колебаниям температуры. Важнейшим свойством является возможность уширения рельсовой колеи в кривых радиусом менее 350 м.

Срок службы деревянных шпал (в зависимости от типа древесины, внешних условий и интенсивности эксплуатации) составляет от семи до сорока лет. Деревянные шпалы в России изготавливают преимущественно из сосны, а также из ели, пихты, сибирского кедра, хотя ранее проводились эксперименты по изготовлению шпал из дуба, лиственницы. Основная проблема деревянных шпал — тенденция их загнивания в местах крепления к ним рельсов, и проблема с дальнейшей их утилизацией.

Деревянные шпалы изготавливаются по ГОСТ 78-2004.

  • Шпала 1 типа, пропитанная — используется для главных путей
  • Шпала 2 типа, пропитанная — используется для подъездных и станционных путей

Шпалы из дерева подразделяются на три вида:

  1. обрезные (отёсанные со всех четырёх сторон);
  2. полуобрезные (отёсанные только с трёх сторон);
  3. необрезные (отёсанные только сверху и снизу).

Ранее для тёски шпал применялся топор-дексель (тесло).

Пропитка деревянных шпал

Пропитка шпал осуществляется каменноугольными маслами, креозотом, либо антисептиками ЖТК для пропитки железнодорожных шпал. В настоящее время в России пропитка осуществляется методом «вакуум-давление-вакуум», этот метод нормирован ГОСТ.

  • Шпалы до пропитки

  • Крышка автоклава

  • Пропитанные шпалы

  • Вагон, загруженный пропитанными шпалами

Для пропитки шпал производители используют комплекс оборудования: автоклавы, сушильные камеры, котлы-парообразователи и пр.

Пропитка древесины методом «вакуум-давление-вакуум» обеспечивает наиболее глубокое проникновение защитного средства и применяется для пропитки древесины, эксплуатируемых в тяжёлых условиях: шпал, опор ЛЭП связи, свай, мостов и др. Древесина должна быть сухой или подсушенной непосредственно перед пропиткой в том же автоклаве.

Железобетонные шпалы

Железобетонные шпалы после выемки из формы.

В некоторых случаях вместо шпал применяются сплошные блочные основания в виде плит или рам, выполненные из железобетона или металла

С 1970-х годов в СССР приобрели популярность шпалы из напряжённого железобетона, особенно удачным их использование оказалось на бесстыковом пути.

Железобетонные шпалы представляют собой железобетонные балки переменного сечения. На таких балках имеются площадки для установки рельсов, а также отверстия под болты рельсошпального скрепления (при забивании в отверстия деревянных пробок используются также костыльные и шурупные соединения). Железобетонные шпалы изготавливаются с предварительным натяжением арматуры. Технология изготовления железобетонных шпал следующая: в специальную форму помещаются струны арматуры, которым придаётся натяжение (в зависимости от назначения шпалы, обычно 180 атмосфер), форма заполняется бетоном и уплотняется вибрацией. Затем форма разбирается, отправляется в пропарочную камеру, где бетон затвердевает, после чего напряжение со струн передают на бетон и форма переворачивается (кантуется). Такой способ изготовления шпал придаёт им упругость и предохраняет шпалу от раскола под подвижным составом.

Достоинства железобетонных шпал: практически неограниченный срок службы вследствие высокой механической прочности и неподверженности гниению, что обуславливает возможность повторного использования шпал, а также использования на грузонапряжённых участках пути. Недостатки: недостаточная жёсткость, большая стоимость и вес, возможность усталостного разрушения бетона..

Для скрепления рельсы и железобетонной шпалы в последнее время все чаще используют анкерное соединение.

Стальные шпалы

Стальные шпалы из гнутого стального профиля, являются относительно лёгкими по весу. Такие шпалы иногда используются для временных подъездных путей, ветках промышленных предприятий. Их преимущество в том, что они не подвержены гниению и атакам насекомых, хорошо сохраняют ширину колеи, но при этом большим недостатком является то, что они подвержены коррозии.

Стальные шпалы используются на железных дорогах Марокко, Алжира. Как известно, в этих странах очень сухой климат (даже на побережьях). В Саудовской Аравии, где стальные шпалы также имеют широкое применение, основной причиной их использования стало постоянное воровство деревянных шпал бедуинами для костров.

Металлические шпалы применяются также в доменном и сталеплавильном производстве на тех участках, где из-за высоких температур деревянные шпалы горят, а в железобетонных шпалах происходит расслоение бетона. Кроме того, металлические шпалы позволяют устраивать верхнее строение пути при повышенных нагрузках на ось подвижного состава — до 60 тонн (нагрузки на ось подвижного состава РЖД до 25 т)..

В России стальные шпалы на железнодорожной сети общего пользования применены только на некоторых участках Калининградской железной дороги.

Шпалы из пластика

Пластиковые гибридные шпалы KLP

С 1990-х годов на некоторых скоростных железных дорогах Японии начали укладывать пластиковые шпалы.

Характеристика шпал, укладка шпал

Путь на деревянных шпалах

Длина шпал зависит от ширины колеи. В России применяют железобетонные шпалы длиной 270 сантиметров и деревянные длиной 275, 280 или 300 сантиметров. Под стрелочными переводами укладывают длинные разновидности шпал — стрелочные брусья, длина которых доходит до длины двух шпал.

Для европейской колеи 1435 мм длина шпал обычно составляет 260 сантиметров. Для индийской колеи 1676 мм длина шпал, что интересно, составляет 275 сантиметров, так же как и в России, несмотря на разницу в ширине колеи в 156 мм.

В некоторых случаях взамен шпал применяются сплошные блочные основания в виде плит или рам, выполненные из железобетона или металла.

Количество шпал на один километр железнодорожного пути называется эпюрой укладки шпал. Это значение в разных странах колеблется от 1000 до 2200 шпал на км. Стандартные значения для России 2000, 1840, 1600 либо 1440 шпал на километр. В основном применяется эпюра 1840 шт/км (46 шпал на 25 метров) на прямых участках и 2000 шт/км в кривых. На деревянные шпалы расходуется очень много леса, но они, в отличие от железобетонных, лучше смягчают тряску; чаще всего применяются для трамвайных путей.

Шпалы в метрополитене

В Московском метрополитене на закрытых участках пути применяются брусковые шпалы из соснового дерева I и II типов, пропитанные креозотом. На открытых участках линий применяются железобетонные шпалы. Длина шпал 270 см, поперечное сечение — 16×25 сантиметров. На стрелочных переводах метро, применяются брусья длиной от 270 до 675 см. На станциях применяются так называемые «шпальные коротыши» длиной 90—100 см, для создания жёлоба безопасности.

В первой очереди метро на прямом участке пути укладывалось 1600 шпал, на кривом 1760, со второй по пятую очередь было увеличено количество шпал, составившее соответственно 1680 и 1840. При строительстве наземной части Филёвской линии число шпал было ещё увеличено и составило соответственно 1840 и 2000.

Примечания

См. также

  • Глухарь

Ссылки

  • ГОСТ 78-2004 Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи. Технические условия (недоступная ссылка) — ссылка не работает
  • ГОСТ 78-2004 Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи. Технические условия
  • Живая история. Первые российские железнодорожные шпалы

Назначение шпал и требования к ним

Шпалы (рельсовые опоры) служат для:

  • восприятия давления от рельсов и передачи его балластному слою;
  • упругой переработки динамических воздействий на путь;
  • обеспечения постоянства ширины колеи и совместно с балластом устойчивости рельсошпальной решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В соответствии с этим шпалы должны обладать достаточной прочностью, упругостью, хорошо сопротивляться механическому износу и перемещениям, быть простыми по форме, иметь наибольший срок службы и наименьшую стоимость при изготовлении и содержании.

Число шпал на 1 км (эпюра) зависит от величины нагрузок на рельсы, грузонапряженности, скоростей движения поездов, типа рельсов, типа балластного слоя, плана и профиля пути. В РФ приняты 3 эпюры: 1600 шт/км (на второстепенных путях), 1840 и 2000 (в зависимости от плана линии и скорости движения).

Схема расположения шпал на рельсовом звене называется эпюрой укладки шпал.

Шпалы (в зависимости от материала) бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Зачем нужны шпалы

Шпалы, также называемые рельсовыми опорами, являются функциональной частью системы ж/д дорог. Если вас заинтересовала данная тема, то подробнее узнать о железобетонных шпалах Их присутствие в числе конструктивных элементов обусловлено следующими факторами:

  • Опоры воспринимают давление от рельсов, и передают его в область нахождения балластного слоя.
  • Благодаря особенностям конструкции железнодорожного пути, шпалы перерабатывают множество динамичных воздействий, перераспределяя области приложения нагрузок.
  • С помощью опор обеспечивается постоянная величина ширины прокладываемой колеи.
  • Подпорки, совокупно с балластным слоем, обеспечивают устойчивость дорожной решетки, как по горизонтали, так и по вертикали.

Все материалы, с задействованием которых производятся элементы, использующиеся для формирования железных дорог, должны обладать большим количеством достоинств. Высокие эксплуатационные характеристики касаются износостойкости и долговечности. Основным моментом при промышленном создании таких конструктивных элементов является стоимость производства. Опоры должны быть недорогими и экономичными, при этом, оставаясь прочным материалом с большим сроком службы.

Деревянные шпалы

Деревянные шпалы преобладают на железных дорогах мира, так как они с технической точки зрения в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к подрельсовому основанию.

Главные достоинства деревянных шпал – хорошая упругость, простота изготовления и эксплуатации (транспортировки, подбивки, смены), большое электрическое сопротивление.

Недостатки деревянных шпал – малый срок службы при высокой грузонапряженности, большая потребность в деловой древесине, необходимой для разнообразнейших нужд народного хозяйства.

С 1 января 1966 г. на дорогах России укладывают деревянные шпалы (рис. 1) двух видов:

  • обрезные (А), у которых пропилены все четыре стороны;
  • необрезные (Б), у которых пропилены две противоположные стороны – постели.

Деревянные шпалы делятся на три типа:

  • I – для главных путей;
  • II – для станционных и подъездных (железнодорожных путей необщего пользования);
  • III – для малодеятельных путей необщего пользования промышленных предприятий.

Рис. 1 – Типы деревянных шпал (поперечные сечения)

Шпалы изготовляют из сосны, ели, пихты, кедра, бука и березы. Длина шпал 2,75 м. Для особо грузонапряженных участков поставляют шпалы длиной 2,8 м, а для участков с совмещенными путями различной ширины колеи – 3,0 м.

Деревянные шпалы заменяют из-за гниения и механического износа. Эти процессы протекают одновременно и влияют друг на друга. В РФ принята система выборочной смены шпал, кроме капитального ремонта, при котором шпалы заменяют сплошь. Профессор М. А. Чернышев предложил определять средний фактический срок службы деревянных шпал из выражения

где А – общее количество шпал, лежащих в пути;

m1, m2 – количество негодных шпал в пути по данным натурного осмотра соответственно к началу и к концу периода (года, пятилетки);

n – количество шпал, уложенных в путь за период tн;

tн – длительность наблюдения.

Величины A, m1, m2 и n берут из технического паспорта пути и технических отчетов.

Рис. 2 – Изменение срока службы деревянных шпал в зависимости от прошедшего тоннажа: 1 – костыльное скрепление; 2 – раздельное жесткое; 3 – раздельное с пружинной клеммой

По данным МИИТа и ВНИИЖТа, срок службы деревянных шпал при различных скреплениях зависит от прошедшего тоннажа (рис. 2). Продление срока службы шпал имеет большое народнохозяйственное значение. Чтобы увеличить их долговечность, необходим целый комплекс мероприятий и следует выполнять множество требований:

  • заготовлять здоровую древесину, как правило, зимой;
  • до пропитки хранить и просушивать шпалы без доступа прямых лучей солнца; костыльные и шурупные отверстия сверлить перед пропиткой;
  • стягивать шпалы винтами для предупреждения их растрескивания;
  • перед пропиткой накалывать постели и боковые грани шпал для увеличения глубины пропитки и предупреждения растрескивания;
  • высококачественно пропитывать шпалы на заводах маслянистыми антисептиками (каменноугольным креозотовым или антраценовым маслом);
  • правильно (по инструкции) хранить шпалы после пропитки на заводах и на дорогах до укладки в путь;
  • бережно грузить, перевозить и выгружать шпалы, правильно укладывать их в путь и подбивать;
  • широко применять специальные нашпальные прокладки, чтобы предохранить поверхность от механического износа;
  • использовать высококачественный балласт;
  • предупреждать угон пути;
  • укладывать на 1 км пути столько шпал, сколько требуется при данных грузонапряженности, нагрузке от подвижного состава и скорости движения поездов;
  • высококачественно осуществлять текущее содержание пути в целом и шпал в частности.

Среди всех мероприятий по продлению срока службы деревянных шпал особое место занимает пропитка их антисептиками, которые убивают разрушающие древесину грибки и не допускают их развития. Лучший антисептик – каменноугольное креозотовое масло. Это – чистый отгон каменноугольной смолы без посторонних примесей. Его получают на коксохимических заводах перегонкой смолы при температуре 200–400 °С. Этот антисептик не выщелачивается, не влияет вредно на металл и не повышает электропроводность шпал. Обычно его применяют в смеси с мазутом (40–50% каменноугольного креозотового масла и 60– 50% мазута).

Стальные шпалы

Стальные шпалы
Стальные шпалы из гнутого стального профиля, являются относительно лёгкими по весу. Такие шпалы иногда используются для временных подъездных путей, ветках промышленных предприятий. Их преимущество в том, что они не подвержены гниению и атакам насекомых, хорошо сохраняют ширину колеи, но при этом большим недостатком является то, что они подвержены коррозии.

Стальные шпалы используются на железных дорогах Марокко, Алжира. Как известно, в этих странах очень сухой климат (даже на побережьях). В Саудовской Аравии, где стальные шпалы также имеют широкое применение, основной причиной их использования стало постоянное воровство деревянных шпал бедуинами для костров.

Металлические шпалы применяются также в доменном и сталеплавильном производстве на тех участках, где из-за высоких температур деревянные шпалы горят, а в железобетонных шпалах происходит расслоение бетона. Кроме того, металлические шпалы позволяют устраивать верхнее строение пути при повышенных нагрузках на ось подвижного состава — до 60 тонн (нагрузки на ось подвижного состава РЖД до 25 т)..

В России стальные шпалы на железнодорожной сети общего пользования применены только на некоторых участках Калининградской железной дороги.

Железобетонные шпалы

После второй мировой войны во многих странах стали усиленно внедрять железобетонные шпалы, особенно в СССР, ГДР, ФРГ, Франции, Англии, Венгрии, ЧССР и Бельгии.

Железобетонные шпалы имеют следующие преимущества: они сберегают древесину; не гниют; выдерживают большие сжимающие напряжения, чем деревянные; обладают большей сопротивляемостью перемещениям; имеют больший срок службы. Вместе с тем к недостаткам следует отнести большую жесткость по сравнению с деревянными, что требует применения упругих прокладок. Железобетонные шпалы обладают большей электропроводностью и нуждаются в использовании изолирующих элементов; повышенная хрупкость требует соблюдать осторожность при перевозках и подбивке, а большая масса создает неудобства в работе с ними.

В РФ отдается предпочтение предварительно напряженным струнобетонным брусковым (фигурным) шпалам. Массовая укладка типовых железобетонных шпал у нас началась в 1959 г. По укладке железобетонных шпал Россия занимает первое место в мире.

Конструкция современной железобетонной шпалы изображена на (рис. 3). Шпалы армированы проволокой периодического профиля диаметром 3 мм (44 шт.); сила натяжения одной проволоки 8,1 кН. Для изготовления шпал применяют бетон марки не ниже 500. Масса шпалы около 265 кг.

Рис. 3 – Железобетонные шпалы: а – типа ШС-1; б – типа ШС-ly; в, г – расположение арматуры

Железобетонные шпалы типов ШС-1 и ШС-lу (сотрите рис. 3) используют при скреплении КБ, а шпалы ШС-2 и ШС-2у – при бесподкладочных скреплениях БП и ЖБР. У шпал ШС-2 и ШС-2у форма и все размеры, кроме расстояний между отверстиями для закладных болтов, такие же, как и у ШС-1 и ШС-ly. Конструкция шпалы позволяет использовать ее при рельсах Р50, Р65 и Р75. Глубина подрельсовых выемок у этих шпал 25 мм.

Кроме струнобетонных, в некоторых странах применяют брусковые железобетонные шпалы со стержневой арматурой диаметром до 22 мм. Чаще всего арматура состоит из двух стержней, их напряженное состояние поддерживается гайками, навинченными на концы стержней. Недостатки такой конструкции – больший, чем на струнобетонные шпалы, расход металла; сосредоточенное расположение арматуры и связанное с этим более сильное раскрытие трещин, чем при рассредоточенной арматуре.

Железобетонные шпалы делают путь более стабильным, что сокращает расходы на его текущее содержание. По данным В. Я. Шульги, оно более чем на 25 % дешевле по сравнению с содержанием пути с деревянными шпалами при средней длине плетей 600 м.

Долговечность железобетонных шпал для сети дорог пока еще не определена. Опыт эксплуатации на Октябрьской дороге (с 1954 г.) и анализ их выхода, проведенный ЛИИЖТом, показали, что при здоровом земляном полотне и балластном слое, соответствующих техническим условиям, срок службы зависит от конструкции шпалы, типа рельсов и скреплений, грузонапряженности, скорости движения и нагрузок от колесных пар на рельсы. На основании этого установлен критический тоннаж (смотрите таблицу ниже), после пропуска которого струнобетонные шпалы оказываются пораженными дефектами, а объем ежегодной одиночной смены достигает 30–40 шт/км.

Тип скрепления и рельса Средняя нагрузка колесной пары, кН (тс) Критический тоннаж, млн. т брутто
КБ; Р65 151,9 (15,4) 1400
КБ; Р65 113,5 (12,6) 1650
ЖБ; Р65 151,9 (15,4) 750
ЖБ; Р65 113,5 (12,6) 840
К2; Р65 151,9 (15,4) 1200
К2; Р65 113,5 (12,6) 1250
К2; Р50 149,9 (15,3) 850

В процессе эксплуатации пути с железобетонными шпалами сильно изнашиваются рельсовые скрепления. Это побуждает заменять рельсошпальную решетку, укладывая старогодную на менее деятельные линии, а затем – на станционные и пути необщего пользования. Такая система многократной перекладки путевой решетки с железобетонными шпалами позволит обеспечить срок их службы значительно больше 50 лет.

Техническая политика предполагает дальнейшее увеличение полигона путей с железобетонными шпалами. В ближайшей перспективе намечено увеличить его до 64– 65 тыс. км.

Стандартный размер шпалы деревянной железнодорожной

Стандартные геометрические размеры пропитанной деревянной железнодорожной шпалы регламентируются ГОСТ 78-2004. Конкретные значения размеров можно взять из этой таблицы ниже.

Антисептируются изделия, как правило, каменноугольным маслом (креозотом), предназначенным для пропитки древесины, согласно ГОСТ 2770-74.

Автоклавная пропитка осуществляется по нормативам ГОСТ 20022.5-93 маслянистыми средствами защиты.

Требования по стандарту

Железобетонные шпалы изготавливаются согласно нормативным документам с строгими соблюденными формами и размерами.
Прочностные и другие показатели железобетонных шпал отражены в ГОСТ 33320–2015. Это изделия, к эксплуатационным показателям которых выдвигаются требования:

  • Прочностные параметры. Сила, передающая предварительное натяжение, возникает сразу после изготовления изделия.
  • Параметры бетона. Смесь должна иметь наивысшую меру однородности консистенции.
  • Точные формы и размеры. Соответствие этим параметрам характерны для этих конструкций. Существуют строгие допуски по элементам шпал, сверяется соответствие заданным стандартам мест соединения с рельсами.

Посмотреть «ГОСТ 33320–2015» или

ПРИЕМКА

2.1. Приемку шпал осуществляют партиями в соответствии с требованиями ГОСТ 13015.1 и настоящего стандарта.

2.2. Шпалы принимают:

по результатам периодических испытаний — по показателям морозостойкости бетона и точности геометрических параметров шпал, за исключением размера а шпал типа Ш1 — 2;

по результатам приемо-сдаточных испытаний — по показателям трещиностойкости шпал, прочности бетона (классу бетона по прочности на сжатие, передаточной и отпускной прочности), состояния каналов для болтов, точности размера а шпал типа Ш1 — 2, качества бетонных поверхностей шпал.

2.3. Периодические испытания шпал по показателям морозостойкости бетона проводят раз в год, по точности геометрических параметров — раз в месяц.

2.4. По точности геометрических параметров шпалы принимают по результатам выборочного контроля. При объеме партии шпал св. 3200 шт. план выборочного контроля следует принимать по ГОСТ 23616.

2.5. Для испытания на трещиностойкость от каждой партии отбирают контрольные шпалы в количестве 0,3 %, но не менее 3 шт. Партию принимают по трещиностойкости, если отобранные для испытаний шпалы выдержали контрольные нагрузки. Шпалу считают выдержавшей испытание на трещиностойкость, если при контрольных нагрузках не обнаружены видимые трещины в подрельсовых и среднем сечениях. За видимую принимают поперечную трещину в бетоне длиной более 30 мм от кромки шпалы и раскрытием у основания более 0,05 мм.

При неудовлетворительном результате испытания на трещиностойкость допускается разделять партию на более мелкие и предъявлять их к повторным испытаниям на трещиностойкость. При неудовлетворительном результате повторного испытания допускается проводить сплошное испытание всех шпал партии.

2.6. Приемку шпал по состоянию каналов для болтов и качеству бетонных поверхностей проводят по результатам сплошного контроля.

ПОКАЗАТЕЛИ МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ ШПАЛ

Показатели материалоемкости шпал, изготовленных по типовой поточно-агрегатной технологии в десятигнездных формах (без учета технологических и производственных потерь за пределами формы):

объем бетона на одну шпалу………………………………… 0,108 м3

расход стали на 1 м3 бетона:

напрягаемой проволоки диаметром 3 мм……………… 67,2 кг

закладных шайб…………………………………………………… 11,8 кг

В этой статье мы расскажем о том, что собой представляют собой данные изделия, а также о том, каковы особенности их производства и эксплуатации. Рассмотрим, где используются железобетонные шпалы б у,и какие требования предъявляются к производителям данного вида материалов.

Первоначально под железнодорожные рельсы подкладывались каменные бруски. Чуть позже камень заменили деревом, которое не только обладало лучшими амортизационными качествами, но и было проще в плане механической обработки. Впрочем, ситуация кардинально изменилась только лишь тогда, когда началось производство железобетонных шпал.

Готовые к установке шпалы

Немного истории

На фото — деревянные шпалы после долговременной эксплуатации

Как уже было сказано, история железных дорог насчитывает несколько разновидностей подпорок, которые укладываются под рельсы. Все решения имели ряд эксплуатационных недостатков. Например, камень был чрезвычайно сложен в обработке и имел низкие амортизационные свойства.

Кроме того, несмотря на кажущуюся прочность, эти плиты были не самым долговечным решением, так как вследствие продолжительного механического воздействия трескались и приходили в частичную или полную негодность.

Чуть лучше дело обстояло с изделиями из древесины. Такие шпалы просмаливались для защиты от негативного воздействия факторов внешней среды. Но древесина, рано или поздно, несмотря на специальную обработку, гниёт. И, как результат, железнодорожные пути требуют ремонта.

Несмотря на неплохие амортизационные качества, древесина имеет один существенный недостаток — это высокая цена пиломатериалов, даже с учётом простоты их механической обработки. Ситуация изменилась к лучшему во второй половине двадцатого века, когда были разработаны первые шпалы из железобетона.

Несмотря на то что деревянные изделия и по сей день применяются на второстепенных ветках, именно железобетонные конструкции небезосновательно считаются наиболее современным и перспективным решением.

Основные характеристики

Схема и размеры железобетонных шпал Ш1

Инструкция применения железобетонных шпал на территории постсоветского пространства апробирована в течении более чем 40 лет.

В соответствии с ГОСТом 23009, современные бетонные шпалы представляют собой рельсовые опоры, изготавливаемые в виде брусьев с переменным размером и формой сечения. Изделие армируется арматурной проволокой с диаметром сечения 3-6 мм в зависимости от модификации.

В процессе эксплуатации изделие укладывается поверх балластного слоя. Применительно к обычным путям в качестве балластной насыпи применяется крупноразмерный щебень, а при обустройстве метрополитена применяется бетонное основание плитного типа.

Схематичное изображение ЖБИ типа Ш1

Изделия из напряжённого железобетона, используемые в качестве подрельсовых опор, это оптимальное решение, как для бесстыковых, так и для остальных категорий путей.

Актуальность данных конструкций объясняется рядом технических и эксплуатационных преимуществ, среди которых:

  • продолжительный эксплуатационный ресурс;
  • оптимальные показатели устойчивости к негативным воздействиям факторов внешней среды;
  • устойчивость к механическим нагрузкам;
  • неподверженность гниению в течение всего ресурса эксплуатации;
  • возможность монтажа на путях с любым уровнем загруженности;
  • относительно невысокая цена;
  • минимальные затраты, необходимые для эксплуатационного обслуживания;
  • простота укладки и монтажа, в сравнении с деревянными аналогами;
  • абсолютная идентичность типоразмеров форм и веса, что гарантирует удобство транспортировки и отгрузки.

На фото — щипцы для переноски шпал

Есть ли недостатки,способные негативно сказаться на использовании этих ЖБИ?

Таких недостатков немного:

  • Во-первых, это вероятность усталостного разрушения бетонной конструкции и, как следствие, необходимость периодического осмотра путей.
  • Во-вторых, вес железобетонной шпалы(270 кг) делает невозможным ее монтаж своими руками без применения спецтехники. Поэтому, в отличие от деревянных аналогов, бетонные конструкции устанавливаются посредством специализированных шпалоукладчиков.

Сфера и условия применения

Схематичное изображение железобетонных шпал типа Ш3 и Ш3Д

Шпалы, изготовленные с применением предварительно напряженного железобетона,повсеместно применяются при строительстве железнодорожных путей транспортного сообщения по всему миру.

Учитывая разнообразие климатических условий, в которых осуществляется эксплуатация этих изделий,а также разную степень механических нагрузок, к производству шпал, равно как и к качеству готового изделия,предъявляются повышенные требования.В итоге, в зависимости от благоприятности условий применения, эти ЖБИ могут использоваться в течение30-60 лет.

Железобетонная полушпала для укладки путей передвижения рельсовых кранов

Повсеместное вытеснение привычных деревянных подпорок железобетонными аналогами объясняется не только прочностью и долговечностью, но и сжатыми сроками изготовления.

К примеру, для производства готовых к монтажу ЖБИ необходимо всего лишь несколько часов, что очень удобно когда речь идет о строительстве крупной ветки и необходим постоянный подвоз больших объемов стройматериалов. Опять же ЖБИ можно ремонтировать и адаптировать для эксплуатационных нужд применяя алмазное бурение отверстий в бетоне.

Важно: Шпалы,изготавливаемые отечественными производителями с применением предварительно напряженного железобетона в соответствии с требованиями ГОСТ, по несущей способности и материалоемкости превосходят зарубежные аналоги.

Требования, предъявляемые к железнодорожным ж/б шпалам

Монтаж рельс и железобетонных шпал перед укладкой на насыпь

Как уже было сказано, эксплуатационные условия, в которых используются шпалы предъявляют высокие требования к технологии производства этих ЖБИ и в частности к технологии изготовления предварительно напряженного железобетона.

К материалу и готовому изделию предъявляются следующие требования:

  • Прочность, достаточная для передачи силы предварительного напряжения уже через несколько часов (время задаётся в соответствии с модификацией ЖБИ) по окончанию производственного процесса.
  • Максимально возможная степень однородности консистенции свежеприготовленного бетона.
  • Точность размеров и форм — на порядок выше,чем аналогичные требования, предъявляемые к другим категориям общеупотребимых железобетонных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.
    Под этими требованиями подразумеваются допуски по углу наклона,длине и ширине отдельных конструкционных элементов. Особенно строго контролируются размеры на участках примыкания к рельсам.

Важно: На территории Западной Европы технические требования, определяющие качество исходного материала,используемого при изготовлении железобетонных шпал, регламентируется стандартом EN 13230.
Класс прочности исходного материала на отечественном производстве определяется более высокими требованиями приведенными в ГОСТ 26633.

Производственные технологии

Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения

Независимо от того, планируется фундамент из железобетонных шпал или же ЖБИ будут использованы по своему прямому назначению, прочность этих конструкционных элементов будет гарантирована. Эксплуатационные качества готовых изделий обеспечиваются производственными технологиями.

Несмотря на то, что в течение пятидесяти с лишним лет было апробировано немало методов изготовления шпал, сегодня повсеместно применяется четыре наиболее распространённые производственные технологии, отвечающие требованиям международных стандартов.

  • Технология карусельного типа с задержкой снятия формы.
    Особенность этого технологического процесса в том, что готовая смесь заливается в формы и уплотняется. Извлечение изделия из формы осуществляется только после достижения оптимальных прочностных показателей, достаточных для приложения силы предварительного напряжения.
    В процессе изготовления применяются специализированные разборные кассетные формы, которые способны вместить до шести единиц изделия. За счет применения специальных механизмов натяжения, обеспечивается предварительное напряжение арматурных прутьев, которое впоследствии передается и на бетон и обеспечивает оптимальное с ним сцепление.
    После того как железобетонная шпала готова, форма может быть демонтирована и сразу же применена для очередного производственного цикла.
    Название метода объясняется типом производственного процесса и конструкционными особенностями используемых форм, которые располагаются на транспортной системе карусельного типа. Такой метод получил широкое распространение в странах Западной Европы и считается наиболее перспективным и технологичным.
  • Линейная технология.
    Независимо от того, что изготавливается железобетонная полушпала для рельсовых кранов или полноразмерное изделие,производственный процесс может быть реализован на основе линейной технологии.
    В ходе производственного процесса применяется конвейер с рядом последовательно расположенных форм. Общая длина цепочки, как правило,составляет не меньше 100 метров.
    В торцах форм применяются специальные устройства,которые не только закрывают форму,но и передают предварительное напряжение на арматурные прутья. По мере высыхания смеси усилие передаётся на бетон.
  • Технология снятия формы с последующим напряжением.

На фото — современная линия по производству шпал западноевропейского стандарта

В данном случае в формы вставляются шаблоны, которые будут определять расположение металлической арматуры. Затем бетон заливается в формы и уплотняется.

По мере застывания, в толщу смеси вводятся металлические штыри,на которые оказывается механическое усилие. Через небольшой промежуток времени форма демонтируется и извлекаются шаблоны. Преимущество данного способа в том, что процесс по сути беспрерывный, а потому для получения требуемого результата необходимо ограниченное количество форм.

  • Технология снятия формы с предварительным напряжением.
    В этом случае форма снимается так же быстро, как и в предыдущем способе. Единственным существенным отличием этого технологического процесса является то, что напрягающее усилие изделию передается не через штыри, а посредством рам.

Особенности монтажа, ремонта и утилизации железобетонных шпал

На фото — эксплуатация передвижного шпалоукладчика

Укладка железнодорожных путей с применением ж/б шпал имеет ряд характерных особенностей.

Рельсы и бетонные шпалы, при сооружении железных дорог,монтируются на изначально подготовленное полотно на основе земельного грунта, песка и щебневой засыпки.Для того чтобы предотвратить повреждение шпал при прохождении поездов и обеспечить сохранность земляного полотна, требуется специальная подготовка, которая заключается в устройстве песчаных полос.

Укладка производится посредством механизированных комплексов,которые позволяют минимизировать степень использования физического труда. В итоге снижается себестоимость монтажного процесса, а кроме того, сокращаются сроки реализации укладки пути в целом.

Как ранее было сказано,эксплуатационный ресурс ж/б шпал ограничивается 30-60 годами. Но такие параметры долговечности возможны только в том случае, если состояние путей регулярно осматривается на предмет поломок и частичных деформаций.

К примеру на эксплуатационное состояние ЖБИ влияет состояние шурупов, крепящих подкладку к шпале. Если шуруп сломан и неполадка своевременно не обнаружена велика вероятность того, что подкладка при прохождении состава будет бить по бетону, вызывая в нем усталостные напряжения. (См. также статью Застывание бетона: особенности.)

Если проблема не устраняется после срыва головки шурупа, в сравнительно небольшой промежуток времени в толще бетона появляются микротрещины, которые приводят к частичному или полному разрушению шпалы.

На фото — работа механизированного комплекса по утилизации твердых строительных отходов

По истечении эксплуатационного ресурса или вследствие естественных разрушений, шпалы подлежат замене. В то же время непригодные к использованию ЖБДИ подлежат утилизации.

Так как резка железобетона алмазными кругами с целью измельчения представляется неоправданно дорогостоящим процессом, переработка осуществляется с применением специальных механизированных комплексов. Основным рабочим элементом комплекса является щековая дробилка, которая измельчает ЖБИ до консистенции средне или мелкоразмерного щебня. (См. также статью Упрочнение бетона: как сделать.)

Переработанные шпалы впоследствии могут быть применены в качестве материалов для засыпки котлованов или для формирования насыпей.

Вывод

Теперь вы знаете,сколько весит железобетонная шпала, как она изготавливается и каковы ее эксплуатационные особенности. Надо полагать, что применение этих ЖБИ будет актуальным и востребованным в течение долгого времени.

Ведь даже несмотря на разработку полностью пластиковых шпал в Японии, именно соответствие ГОСТ на железобетонные шпалы гарантирует оптимальное сочетание прочности, долговечности и приемлемой стоимости. Больше полезной и интересной информации вы сможете обнаружить, посмотрев видео в этой статье.