+7 495 663-11-33

Железобетонные шпалы. История и современность

История железобетонной шпалы

11 декабря 2014 г.

Долгая история создания железобетонной шпалы в России и Советском Союзе завершилась созданием в 1990 г. ГОСТа, который вобрал в себя лучшие достижения советской инженерной и строительной школы. Многолетний опыт эксплуатации шпал из железобетона, опыт и эксперименты по выбора оптимальных компонентов - бетона, стали, скреплений легли в основу этой работы. Создание этого документа стало базой для дальнейшего усовершенствования железобетонных шпал и развития отрасли в целом.

(публикуется в изложении, с сокращениями)

Настоящий стандарт распространяется на железобетонные шпалы, предварительно напряженные  для железнодорожных путей с рельсовой колеей шириной 1520 мм и рельсами типов Р75, Р65 и Р50, по которым обращается типовой подвижной состав общей сети железных дорог СССР.

Технические требования

1.1. Шпалы следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке.

1.2. Основные параметры и размеры

1.2.1. Шпалы в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяют на:

  • Ш1 - для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа КБ) с болтовым креплением подкладки к шпале;
  • Ш2 - для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа БПУ) с болтовым прикреплением подкладки или рельса к шпале;

1.2.2. Форма и размеры шпал должны соответствовать указанным в таблице 1 и на чертеже 1-4. Показатели материалоемкости шпал приведены в приложении 1.

Таблица 1

Марка шпалы Расстояние между упорными кромками разных концов шпалы а, мм Расстояние между упорными кромками одного конца шпалы a1, мм Расстояние между осями отверстий для болтовa2, мм Расстояние между осью отверстия и упорной кромкойa3, мм Угол наклона упорных кромок Направление большей стороны отверстия для болта относительно продольной оси шпалы
Ш1-1 2012 404 310 47 55° Поперечное
Ш1-2 2000 392 310 41 72 "
Ш2-1 2012 404 236 84 55 Продольное

Примечания:

  1. На кромках, примыкающих к подошве и торцам шпалы, допускаются фаски шириной не более 15 мм.
  2. По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовлять шпалы, у которых размеры и расположение углублений на подошве отличаются от указанных на чертеже 1, а форма и размеры вертикальных каналов для закладных болтов отличаются от указанных на чертеже 2-4.
 

форма и размеры железобетонной шпалы

 
  1. - закладная шайба;
  2. - проволочная арматура Сечение 3-3 приведено на черт. 3

Чертеж № 1. Подрельсовая часть шпалы Ш1-1

 

подрельсовая часть шпалы ш1-1

 

Чертеж № 2. Подрельсовая часть шпалы Ш1-2

 

Чертеж № 1. Подрельсовая часть шпалы Ш1-2

 

Чертеж № 3. Подрельсовая часть шпалы Ш2-1

 

Чертеж № 3. Подрельсовая часть шпалы Ш2-1

 

Чертуж № 4. Размещение арматуры на торце шпалы

 

Чертуж № 4. Размещение арматуры на торце шпалы

 

1.2.3. Шпалы обозначают марками в соответствии с требованиями ГОСТ 23009. Марка шпалы состоит из двух буквенно-цифровых групп, разделенных тире.

  • Первая группа содержит обозначение типа шпалы (п. 1.2.1). Во второй группе указывают вариант исполнения подрельсовой площадки (табл. 1).
  • Пример условного обозначения (марки) шпалы типа Ш1, первого варианта исполнения подрельсовой площадки: Ш 1-1
  • Пример условного обозначения (марки) шпалы типа Ш1: шпала железобетонная тип Ш1-44х3

1.2.4. В зависимости от трещиностойкости, точности геометрических параметров, качества бетонных поверхностей шпалы подразделяют на два сорта: первый и второй.

  • Шпалы второго сорта предназначены для укладки на малодеятельных, станционных и подъездных путях. Поставку шпал второго сорта производят только с согласия потребителя.

1.3. Характеристики

1.3.1. Шпалы должны удовлетворять требованиям трещиностойкости, принятым при их проектировании, и выдерживать при испытании контрольные нагрузки, указанные в таблице 2.

Таблица 2

Испытываемое сечение шпалы Контрольная нагрузка, кН (тс), для шпал
  первого сорта второго сорта
Подрельсовое 130 (13,2) 120 (12,2)
Среднее 98 (10,0) 88 (9,0)

1.3.2. Шпалы следует изготовлять из тяжелого бетона по ГОСТ 26633 класса по прочности на сжатие В40.

1.3.3. Фактическая прочность бетона (в проектном возрасте, передаточная и отпускная) должна соответствовать требованиям ГОСТ 13015.0.

1.3.4. Нормируемую передаточную прочность бетона следует принимать равной 32 МПа (326 кгс/см 2).

1.3.5. Отпускную прочность бетона принимают равной передаточной прочности бетона.

1.3.6. Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F200.

1.3.7. Для бетона шпал следует применять щебень из природного камня или щебень из гравия фракции 5-20 мм по ГОСТ 10268. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять:

  • щебень фракции 20-40 мм в количестве не более 10% от массы щебня фракции 5-20 мм по ГОСТ 10268;
  • щебень из природного камня фракции 5-25 мм по ГОСТ 7392 при соответствии его всем другим требованиям ГОСТ 10268.

1.3.8. В качестве арматуры шпал следует применять стальную проволоку периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм по ГОСТ 7348 и ТУ 14-4-1471-87.

1.3.9. Номинальное число арматурных проволок в шпале 44. Расположение проволок, контролируемое на торцах шпалы, должно соответствовать указанному на черт. 5.

  • Расстояние по вертикали в свету между парами или отдельными проволоками, в случае их отклонения от проектного положения, не должно быть менее 8 мм. Допускается разворот пар проволок на 90° при сохранении указанного выше расстояния.
  • Для обеспечения проектного расположения проволок могут применяться разделительные проставки, остающиеся в теле бетона шпалы (см. приложение 2). Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять проставки, отличающиеся от указанных в приложении 2.

1.3.10. Общая сила начального натяжения всех арматурных проволок в пакете должна быть не менее 358 кН (36,4 тс). Среднее значение силы начального натяжения одной проволоки при их номинальном числе должно составлять 8,12 кН (827 кгс). Сила натяжения отдельных проволок не должна отличаться от среднего значения более чем на 10%.

Снижение силы натяжения отдельных проволок сверх 10%, вызванное проскальзыванием проволоки в захвате, не должно быть более чем у одной проволоки в шпалах первого сорта и у двух проволок в шпалах второго сорта.

1.3.11. Допускаются отклонения от номинального числа арматурных проволок при условии, что общая сила натяжения имеющихся проволок не менее указанной в п. 1.3.10. При этом предельные отклонения по числу проволок не должны превышать ±2 шт.

1.3.12. Концы напрягаемой арматуры не должны выступать за торцевые поверхности шпал первого сорта более чем на 15 мм и второго сорта - более чем на 20 мм.

1.3.13. Закладные шайбы должны соответствовать ГОСТ 23157.

1.3.14. Значения действительных отклонений геометрических параметров шпал не должны превышать предельных, указанных в табл. 3.

Таблица 3

Наименование отклонения Наименование Пред.откл. для шпал
геометрического параметра геометрического параметра первого сорта второго сорта
Отклонение от линейного Расстояние а ±2 +3; -2
размера Расстояние a1 +2; -1 +3; -1
  Расстояние a2 и a3 ±1 ±1
  Глубина заделки в бетон    
  закладной шайбы ±6; -2 +6; -2
  Длина шпалы ±10 ±20
  Ширина шпалы +10; -5 +20; -5
  Высота шпалы +8; -3 +15; -5
Отклонение от прямолинейно-      
сти профиля подрельсовых      
площадок на всей длине или      
ширине - 1 1

Примечание. Размеры, для которых не указаны предельные отклонения, являются справочными.

1.3.15. Уклон подрельсовых площадок к продольной оси шпалы в вертикальной плоскости, проходящей через ось (подуклонка), должен быть в пределах 1:18 - 1:22 для шпал первого сорта и 1:16 - 1:24 для шпал второго сорта.

1.3.16. Разница уклонов подрельсовых площадок разных концов шпалы в поперечном к оси шпалы направлении (пропеллерность) не должна превышать 1:80.

1.3.17. Значения действительных отклонений толщины защитного слоя бетона до верхнего ряда арматуры не должны превышать, мм:

  • +7 - для шпал первого сорта; 
  • +10- для шпал второго сорта.

1.3.18. Размеры раковин на бетонных поверхностях и околы бетона ребер у шпал не должны превышать значений, указанных в табл. 4.

Таблица 4

  Предельные размеры, мм
  раковин околов бетона ребер
Вид поверхности шпалы Глубина Диаметр (наибольший размер) Глубина Длина по ребру
  Шпалы Шпалы Шпалы Шпалы Шпалы Шпалы Шпалы Шпалы
  первого сорта второго сорта первого сорта второго сорта первого сорта второго сорта первого сорта второго сорта
Подрельсовые                
площадки 10 15 10* 15* 15 30 30 60
Упорные                
кромки под                
рельсовых                
площадок 10 15 10** 15** 10 10 20 40
Верхняя                
поверхность                
средней части                
шпалы 10 15 30 45 15 30 30 60
Прочие у частки              
верхней             Не регламенти-
поверхности 15 25 60 90 15 30 руются
Боковые и              
торцевые              
поверхности 15 25 60 90 30 60 То же

--------------------

* Не более трех раковин на одной площадке.

** Не более одной раковины.

Примечания:

1. Допускается наличие на продольных кромках подрельсовых площадок отпечатков от сварных швов между несъемными подрельсовыми плитами и формой.

2. Допускается наличие на торцах шпал отпечатков элементов жесткости диафрагм глубиной не более 5 мм.

1.3.19. Глубина зазоров между проволоками и бетоном на торцах шпал не должна превышать 15 мм для шпал первого сорта и 30 мм для шпал второго сорта.

1.3.20. В шпалах не допускают:

  • наплывы бетона в каналах для болтов, препятствующие свободной установке и повороту этих болтов в рабочее положение;
  • местные наплывы бетона на подрельсовых площадках;
  • провертывание болтов рельсового скрепления в каналах шпалы при завинчивании гаек;
  • трещины в бетоне.

Для формирования каналов для болтов допускается установка внутренних элементов, конструкцию и материал которых согласовывают с потребителем.

1.4. Маркировка

1.4.1. Маркировка шпал должна соответствовать требованиям ГОСТ 13015.2 и настоящего стандарта.

1.4.2. На верхней поверхности шпал штампованием при формовании наносят:

  • товарный знак или краткое наименование предприятия-изготовителя - на каждой шпале;
  • год изготовления (две последние цифры) - не менее чем у 20% шпал каждой партии:

В концевой части каждой шпалы краской наносят:

  • штамп ОТК;
  • номер партии.

1.4.3. Места нанесения маркировочных надписей указаны на черт. 6.

Допускается нанесение товарного знака или краткого наименования предприятия-изготовителя и года изготовления на одной половине шпалы.

1.4.4. Маркировочные надписи следует выполнять шрифтом высотой не менее 50 мм.

1.4.5. На обоих концах шпалы второго сорта наносят краской поперечную полосу шириной 15-20 мм (см. черт. 6).

МАРКИРОВКА ШПАЛЫ

маркировка железобетонной шпалы

Чертеж № 6

  1. номер партии;
  2. товарный знак или краткое наименование предприятия-изготовителя;
  3. год изготовления;
  4. знак шпалы второго сорта

 

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   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.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

3.1. Прочность бетона на сжатие определяют по ГОСТ 10180 на серии образцов, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава, хранившихся в условиях, установленных ГОСТ 18105.

3.2. Морозостойкость бетона определяют по ГОСТ 10060.

3.3. Общую силу натяжения арматуры контролируют по показаниям манометра в соответствии с ГОСТ 22362 с параллельным подключением самопишущего прибора для записи усилия натяжения.

Силу натяжения отдельных проволок арматуры измеряют методом поперечной оттяжки по ГОСТ 22362.

3.4. Для измерения линейных размеров шпал, а также раковин и околов бетона применяют металлические измерительные инструменты по ГОСТ 13015. Глубину раковин, а также зазоров между проволоками и бетоном на торцах шпал измеряют штангенциркулем с заостренной штангой.

СХЕМА КОНТРОЛЯ ТОЧНОСТИ РАЗМЕРА а ( dа) И ПОДУКЛОНКИ ПОДРЕЛЬСОВЫХ ПЛОЩАДОК (i1 И i2)

 

контроль подрельсовых площадок железобетонной шпалы

 

3.5. Расстояние между упорными кромками углублений подрельсовых площадок разных концов шпалы а измеряют шаблоном, накладываемым одновременно на обе подрельсовые площадки шпалы (черт. 7).

Расстояния между кромками углубления одного конца шпалы а1, между осями отверстий для болтов а2 и от оси отверстия до упорной кромки а3 обеспечивают проверкой этих размеров на форме у металлических плит, образующих при формовании шпал углубления в подрельсовых площадках.

3.6. Уклон подрельсовых площадок в продольном и поперечном к оси шпалы направлениях (подуклонка и пропеллерность) измеряют индикатором, накладываемым одновременно на обе подрельсовые площадки шпал (черт. 7 и 8).

 

контроль подрельсовых площадок железобетонной шпалы

 

3.7. Отклонение от прямолинейности подрельсовых площадок определяют по ГОСТ 13015 измерением наибольшего зазора между поверхностью площадки и ребром металлической поверочной линейки.

3.8. Глубину заделки в бетон закладных шайб контролируют приспособлением, вставляемым в канал шпалы и поворачиваемым на 90° (черт. 9).

Отсутствие в каналах шпалы наплывов бетона, препятствующих установке и повороту болта в рабочее положение, а также провертывания болта при завинчивании гайки проверяют закладным болтом по ГОСТ 16017 с предельными плюсовыми отклонениями размеров головки. Проверяют все четыре канала контролируемой шпалы.

СХЕМА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ  ГЛУБИНЫ ЗАДЕЛКИ ШАЙБ

 

схема измерения глубины заделки шайбы в железобетонную шпалу

 

3.9. Толщину защитного слоя бетона над верхним рядом арматуры контролируют посередине шпалы методом, указанным на черт. 10. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем контролировать толщину на торцах шпалы металлической линейкой.

3.10. Высоту шпалы проверяют штангенциркулем в поперечных сечениях посередине каждой подрельсовой площадки и посередине шпалы.

СХЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ БЕТОНА НАД ВЕРХНИМ РЯДОМ АРМАТУРЫ ПОСЕРЕДИНЕ ШПАЛЫ

 

СХЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ БЕТОНА

 

3.11. Каждую шпалу, отобранную для испытаний на трещиностойкость, испытывают статической нагрузкой последовательно в подрельсовых и среднем сечениях по схемам, приведенным на черт. 11.

Нагрузку равномерно увеличивают с интенсивностью не более 1 кН/с (100 кгс/с) и доводят до контрольной, указанной в табл. 2. Эту нагрузку поддерживают постоянной в течение 2 мин, после чего осматривают боковые поверхности с двух сторон шпалы у испытываемого сечения с целью обнаружения видимых трещин в растянутой зоне бетона. Поверхность бетона при этом не смачивают. Освещенность поверхности бетона - не менее 3000 лк. Для измерения длины трещин применяют металлическую линейку, а для ширины раскрытия трещин - измерительную лупу по ГОСТ 25706 с ценой деления 0,05 мм.

СХЕМЫ ИСПЫТАНИЯ ШПАЛЫ НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ в подрельсовом сечении

 

испытание железобетонной шпалы на трещинностойкость

 

3.12. Перечень приспособлений, индикаторов и шаблонов для контроля геометрических параметров шпал приведен в приложении 3.

3.13. Все нестандартизированные средства измерений и испытаний должны пройти метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326.

 

ПОКАЗАТЕЛИ МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ железобетонных 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 куб.м
расход стали на 1 м3 бетона:  
напрягаемой проволоки диаметром 3 мм 67,2 кг
закладных шайб 11,8 кг

 

К списку новостей