бетонные шпалы с какого года
Бетонные шпалы с какого года
Санкт-Петербург
+7 (812) 628-0360
+7 (812) 928-0360
s-mkd@mail.ru
Из истории русской шпалы.
В переводе с голландского «шпала» – «подпорка». Словарь Владимира Даля уточняет: «Поперечный лежень, подкладка, подушка». А в «Словаре русского языка» Сергея Ожегова говорится, что шпалы – это «массивные поперечные деревянные или железобетонные брусья, на которых укладываются рельсы». Современный «Словарь русского языка» дополняет: «Деревянный, металлический или железобетонный брус, укладываемый поперек железнодорожного полотна как опора для рельсов».
В России шпала появилась в 1834 году, когда отец и сын Черепановы испытали изобретенный ими паровоз на построенной для этой цели железнодорожной ветке. Затем были попытки укладывать шпалы на специальные каменные лежаки. А ровно сто лет назад, в 1903 году, на русских железных дорогах впервые были применены опытные железобетонные шпалы, которые имели сквозное цилиндрическое отверстие для облегчения их веса, а также для прикрепления к ним рельсов при помощи закладных болтов и клемм. Но широкого распространения эта конструкция не получила.
И все же такие «пустотелые» шпалы в небольшом количестве были уложены на Владикавказской, Екатерининской, Николаевской и других железных дорогах. Затем на смену им пришли шпалы с переменным сечением по длине, у которых были развитые подрельсовые блоки и относительно слабая средняя часть. В 1922 году на Южной железной дороге в эксплуатации их было около 6 тысяч штук. Но практически все они после непродолжительной эксплуатации были изъяты из пути.
Дальнейшие попытки применения железобетонных шпал с обычной, не напряженной арматурой оканчивались неудачей.
Главным недостатком всех железобетонных шпал была низкая трещиностойкость. Чтобы избавиться от него, была разработана конструкция из предварительно напряженного железобетона.
В то же время небезуспешными были попытки использования металлических шпал.
Впервые они были уложены на Мариупольском участке Донецкой железной дороги. А в 1912 году 135-километровый путь между станциями Гербы и Кельцы тоже «оделся» в металл.
Зато преуспела в использовании металлических шпал Германия. До 1939 года треть ее железных дорог была «подкована» ими. Немцы тщательно изучили все их преимущества. В частности, к металлическим шпалам надежно крепились рельсы, благодаря чему обеспечивалась высокая устойчивость пути. Это гарантировало безопасность движения поездов. Важно было и то, что вышедшие из строя шпалы сдавались в металлолом, и за них можно было получить фактически 40 процентов стоимости. Но и у них были недостатки. Укладка была сложнее и дороже, чем традиционных деревянных, затруднена их подбивка. К тому же в промышленных районах, где в воздухе немало химических примесей, они быстро ржавели. А при повышенных скоростях движения поездов создавали сильный и неприятный шум.
Но не только поэтому на отечественных железных дорогах отказались от них. Сказались экономические соображения. Вся металлургическая промышленность, учитывая протяженность наших дорог, работала бы только на выпуск рельсов и стальных шпал. Даже такой гигант черной металлургии, как Нижнетагильский металлургический комбинат, который ежегодно выдает на-гора 5,5 миллиона тонн продукции, не смог бы обеспечить потребности железнодорожной отрасли в шпалах.
Поэтому на наших дорогах до недавних пор преобладали деревянные шпалы, у которых много ценных качеств: упругость, большой коэффициент трения о балласт. Деревянную шпалу можно использовать для рельсов с различной шириной подошвы, а также при уширении колеи на кривых участках. А с началом электрификации железных дорог было по достоинству оценено еще одно ее важнейшее качество – сопротивление электрическому току. Это избавляло железнодорожников от лишней траты сил и средств на установку на шпалах специальной изоляции рельсовых цепей. К тому же сосновая шпала весит около 80 килограммов, что облегчает ремонт пути.
Но, увы, был и остается у нее главный недостаток – недолговечность. Срок службы первых шпал – еловых – был всего 4 года. Вскоре их заменили сосновыми, а с 1886 года стали пропитывать хлористым цинком. И дело не только в том, что на их производство тратились немалые средства. Известно, что для изготовления шпал на один километр пути требуется вырубить практически два гектара леса, причем 80 – 100-летних сосен, которых становится все меньше.
Железнодорожникам приходится выслушивать справедливые замечания и от экологов. Шпалы, пропитанные креозотом, отравляют почву, а те, что отслужили свой век, зачастую не принимают на склады промышленных отходов. Совершенных технологий по их утилизации нет. По самым приблизительным подсчетам, на сети дорог их накопилось до 3 миллионов тонн.
Что же делать? Совсем отказаться от деревянных шпал? Это, как считают многие, пока нереально. Их эпоха еще не закончилась. И состояние пути долгие годы будет зависеть от их качества. Достаточно сказать, что на сегодняшний день 60 процентов колеи базируется на деревянных шпалах. В дальнейшем их процент должен быть снижен до 40. Поэтому выход один – продлевать их жизнь. Во многих странах это делается успешно. Срок эксплуатации шпал, сделанных в Германии, например, фактически в два раза больше, чем сделанных в России. Почему же это не получается у нас?
Обратимся к технологии изготовления. В первую очередь важно добиться определенной влажности используемой древесины. Она должна быть не более 22 – 25 процентов. Но этого невозможно достичь, если от вырубки леса до пропитки шпал идет череда сплошных нарушений. Если за границей лес, предназначенный для изготовления шпал, рубят только в зимний период, так как древесина в это время имеет наименьшую влажность, то в России – круглый год. При этом доставляют ее на берега рек, чтобы сплавить плотами в порты, где перегружают на наземный транспорт для доставки на шпалопропиточные заводы. Процесс сушки должен длиться от шести месяцев до года, но зачастую не выдерживается. По сокращенной программе выполняется и пропитка. Допускаются и другие отклонения от технологии. В результате срок службы шпал вместо 15 – 17 лет сокращается до 11 – 13. Можно ли выйти из этого тупика?
В отделе конструкций железнодорожного пути комплексного отделения «Путь и путевое хозяйство» ВНИИЖТа считают, что будущее за железобетонными шпалами. Их преимущество перед деревянными неоспоримо. По цене они уже не дороже деревянных. Но стратегия, конечно же, определяется не только рублем. На первое место ставится безопасность движения поездов.
Выдержки из материала Виталия ТЕТЕРЯТНИКА (газета ГУДОК)
Бетонные шпалы с какого года
Железобетонная альтернатива. Первые железобетонные шпалы
05 сентября 2014 г.
Бетон давно известен человечеству как достаточно прочный материал. Его применяли еще древние римляне. Существовал, к примеру, такой способ постройки, когда бетон заливался между деревянных стен, которые впоследствии удалялись. Считается, что так был создан купол Пантеона – храма, который был воздвигнут в Риме во II веке нашей эры и почти в первозданном виде существует до сих пор.
Технология железобетона предполагает лишь укрепление материала стальной арматурой. Начало ее применения часто связывают с именем парижского садовника Жозефа Монье. В 1867 году он запатентовал цветочную кадку из проволочной сетки, покрытой цементным раствором. Но фактически конструкции из бетона с железной арматурой возводились и до этого во многих странах, в том числе в России. К примеру, в начале XIX века при строительстве Царскосельского дворца зодчие использовали металлические стержни для армирования перекрытия, выполненного выполненного из известкового бетона.
Развитие железнодорожного сообщения в послевоенные годы вновь остро поставило вопрос о продлении срока службы шпал. Предлагались различные подходы к решению проблемы.
Например, активно применялся быстрый и достаточно качественный диффузионный метод пропитки древесины. Одновременно шел поиск нового прочного материала для шпал, который мог бы заменить собой недолговечное дерево.
Подобные попытки предпринимались в России еще в XIX веке.
Например, в 1886 году на Закаспийской дороге в Средней Азии в целях экономии применили так называемые кировые опоры – квадратные отливки из асфальтобетона, укладывающиеся под рельсами по диагонали. А на Екатерининской дороге, построенной в 1882–1904 годах, испытывали путь с монолитной бетонной плитой и продольными металлическими лежнями. В 1903 году были изготовлены и испытаны в лаборатории Санкт-Петербургского института путей сообщения первые в России железобетонные шпалы. Часть их была уложена на одной из станций Финляндской железной дороги.
Однако первоначально широкого применения железобетонные шпалы не нашли. Одной из ключевых проблем была их низкая стойкость. Напряжения от поездной нагрузки превышали предел прочности бетона на растяжение, в итоге появлялись трещины. В них попадала влага и вызывала коррозию арматуры, бетон отслаивался от ржавеющего металла. В конечном итоге шпала переламывалась под рельсом и переставала воспринимать нагрузку.
Новая эра отечественного шпалопроизводства началась в конце 1940-х с внедрением технологии предварительно напряженного железобетона. Суть в том, что в процессе изготовления изделия происходит специальное натяжение арматуры. Когда ее освобождают от захватов, она сокращается и передает сжимающие усилия на бетон.
Первые попытки применения предварительно напряженных шпал были предприняты трестом «Промтранспроект». Его специалисты разработали струнобетонные шпалы для путей промышленных предприятий. А в 1947 году Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта Министерства путей сообщения (ЦНИИ МПС) начал исследования в области железобетонных шпал для главных путей. Особенно широко началось их применение после принятия в 1954 году руководством страны постановления «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства». Уже через год первые километры пути на железобетонном основании были уложены на Юго-Восточной дороге.
В 1956 году завершились лабораторные и эксплуатационные испытания двухшарнирных, цельнобрусковых со стержневой арматурой и струнобетонных шпал. Обобщив отечественный и зарубежный опыт, ученые рекомендовали к применению струнобетонные. Они и были утверждены в качестве государственного стандарта для железных дорог СССР. А в конце 1950-х в Челябинске был создан первый в стране завод, специализирующийся на массовом производстве железобетонных шпал.
Серийное производство железобетонных шпал в СССР началось в 1959 году на Челябинском заводе. Решение о его строительстве было принято в 1955-м. На создание производства, до того момента не имевшего аналогов, было не так много времени. Многие вопросы приходилось решать буквально опытным путем. Зато потом наработки Челябинского завода пригодились при строительстве других предприятий в различных уголках страны. В том числе специалисты из Челябинска в 1960-х помогали в наладке оборудования вводящегося в строй Кавказского завода.
Интересно, что южноуральское предприятие еще не раз становилось пионером в освоении новой продукции. Например, завод первым стал выпускать железобетонные брусья для стрелочных переводов. При этом главной задачей Челябинского предприятия всегда было обеспечение высокого качества продукции. «В 1987-м нашей шпале был присвоен Знак качества, – вспоминает Василий Агафонов, ветеран предприятия. – Знаменитый пятиугольник стоял на каждом изделии. Требования ГОСТа были очень жесткими.
Раковина в 5 мм на подрельсовой площадке уже была браком.
Как-то к нам на завод приехал Вадим Николаевич Морозов, бывший тогда заместителем министра путей сообщения. Увидел сложенные в стороне шпалы, а они были в дефиците, и удивился: «А это что?» «По ГОСТу не прошли», – отвечаем мы.
Опыт Челябинского завода был признан удачным, а поэтому в 1960–1970 годах была создана целая серия подобных предприятий. Цель была понятна – обеспечить растущие потребности путевого комплекса необходимым количеством железобетонных шпал, отличающихся высокой надежностью. При этом, учитывая географию и масштабы страны, задача носила нетривиальный характер.
В середине 1960-х в известном еще по древним летописям городе Чудове, что в Новгородской области, был создан один из самых крупных на тот момент заводов. На Северо-Западе тогда шло активное возведение новых и реконструкция старых железнодорожных путей, и это при том, что Октябрьская магистраль всегда была одной из наиболее крупных и грузонапряженных в стране. А поэтому появления «ближнего» поставщика шпал здесь очень ждали.
Похожая история была и с Вяземским заводом, который «заточен» под нужды Московской железной дороги с ее разветвленной сетью. Решение о его строительстве было принято в марте 1962 года, а первую очередь ввели в строй в 1968 году. Причем были возведены не только цеха предприятия и необходимая инженерная инфраструктура, но и жилые дома для работников. Вязьма – город не очень большой, появление столь крупного производства сыграло заметную роль в жизни города.
Как и для поселка Красносельский Гулькевичского района Краснодарского края, где в 1967 году был открыт Кавказский завод железобетонных шпал.
Хотя предприятие и не является градообразующим, его значение сложно переоценить. Во время строительства завода в райцентре Гулькевичи впервые появились очистные сооружения, что позволило возводить в городе многоэтажные дома. Работы по созданию производства велись, как это часто было в СССР, в авральном режиме. «Строительство рассчитывалось на три года, но, учитывая, что приближалось 50-летие советской власти, Минтрансстрой пообещал ЦК КПСС, что завод будет введен в строй на год раньше срока, то есть как раз к юбилею», – вспоминает первый директор предприятия Михаил Доцко. Отказаться выполнять обещание, данное ЦК, в те годы было немыслимо.
Но результаты ненужной спешки не заставили себя ждать: уже в первый год предприятие работало без котельной, отапливать цеха было нечем. Пришлось обогрев завода «поручить» обыкновенному паровозу.
Попытки применения на отечественных дорогах железобетонных шпал относятся к 1903 г., однако в большинстве случаев конструкции шпал были неудачны и исключены из применения. Конструкторские и экспериментальные работы над железобетонными шпалами были возобновлены в 1947 г. с применением предварительно напряженного железобетона. Опытные партии таких шпал были уложены в путь в 1948—1953 гг.; с 1957 г. началось их массовое изготовление.
К началу 2002 г. на железных дорогах Российской Федерации более 40 % развернутой длины главных путей было уложено на железобетонных шпалах. До сентября 1971 г. в путь укладывали струнобетонные цельно-брусковые шпалы (ГОСТ 10629-63) трех типов: С-56-1, С-56-2, С-56-3. Шпалы этих типов допускали укладку рельсов Р50, Р65, Р75 с массой 250 кг. Шпалы типа С-56-1 с 1967 г. не выпускают, так как деревянные втулки, в которые устанавливались шурупы, не обеспечивали стабильности ширины колеи, выходили из строя значительно раньше окончания срока службы самих шпал, а замена их была весьма трудоемка.
С 1 июля 1972 г. был введен ГОСТ 10629-71 на железобетонные шпалы, который действовал до 1978 г. В соответствии с этим стандартом изготовляли четыре типа брусковых струнобетон-ных шпал: С-56-2, С-56-2М, С-56-3, С-56-ЗМ, рассчитанные на применение рельсов Р-50, Р-65, Р-75 с промежуточными рельсовыми скреплениями КБ и ЖБ на прямых и кривых (радиусом не менее 350 м) участках пути. Железобетонным шпалам С-56-2 и С-56-2М соответствовали промежуточные скрепления КБ-50 и КБ-65 (раздельные клеммно-болтовые с плоской подкладкой); шпалам С-56-3 и С-56-ЗМ — скрепления ЖБ-50 и ЖБ-65 (нераздельные клеммно-болтовые с пружинными клеммами без подкладки).
Конструкция железобетонных шпал всех типов в основном одинакова: различны лишь форма подрельсовых площадок, деталей, соответствующих различным конструкциям промежуточных рельсовых скреплений, и формы нижней постели средней части шпал.
Шпалы, в обозначения типов которых была добавлена буква Ш, имели среднюю часть не с плоской нижней постелью, а клиновидной формы. Считалось, что при такой форме уменьшаются возможные силы реакции балласта в случае опирания шпалы на него средней частью, но увеличивается напряжение в шпале при появлении скручивающих усилий.
В шпалах всех четырех типов в отличие от струнобетонных шпал (ГОСТ 10629-63) было увеличено углубление подрельсовой площадки до 25 мм, ширина нижней постели в подрельсовых частях уширена от 250 мм в средней части до 300 мм к концам шпал, что соответствует характеру изгиба шпал под нагрузкой: к концам шпал прогиб их, а следовательно, и давление на балласт увеличиваются.
В 1988 г. утвержден и с 1 января 1990 г. был введен в действие ГОСТ 10629-88 «Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колеи 1520 мм. Технические условия».
В зависимости от типа рельсового скрепления были установлены следующие типы железобетонных шпал:
Ш1 — для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа КБ) с болтовым прикреплением подкладки к шпале;
Ш2 — для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления (типа БПУ) с болтовым прикреплением подкладки или рельса к шпале.
Основные размеры железобетонной шпалы показаны на рис. 5.6 и приведены в табл.
Шпалы обозначаются марками, из двух буквенноцифровых групп, разделенных тире (см. табл. 5.14). Первая группа содержит обозначение типа шпалы (Ш1, Ш2), вторая группа указывает на вариант использования подрельсовой площадки (табл. 5.14, второй столбец).
В зависимости от трещиностойкости, точности геометрических параметров, качества бетонных поверхностей железобетонные шпалы могут быть отнесены к первому или второму сорту.
С января 2001 г. введен новый стандарт отрасли «Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колеи 1520 мм Российской Федерации» — ОСТ 32.152-2000. Шпалы железобетонные предназначены для применения на всех железнодорожных линиях в главных, станционных и прочих путях, а также в подъездных путях промышленных предприятий, по которым обращается типовой подвижной состав с нагрузками и скоростями, установленными для общей сети дорог России.
Железобетонные шпалы установленных типов Ш1, Ш2, ШЗ (рис. 5.7 и рис. 5.8) предназначены для укладки рельсов Р75, Р65 и Р50.
Приняты следующие определения и обозначения:
Ш — шпала железобетонная предварительно напряженная для железнодорожных путей;
— подрельсовая площадка — участок на каждом из концов шпалы, в пределах которого размещается рельс и рельсовое скрепление;
— подрельсовое сечение — поперечное сечение шпалы по середине подрельсовой площадки;
— среднее сечение — поперечное сечение шпалы по середине участка между подрельсовыми площадками;
— закладные шайбы — металлические детали, забетонированные в шпале ниже подрельсовых площадок для крепления болтов рельсового скрепления;
— подуклонка — уклон подрельсовых площадок к линии, лежащей в вертикальной плоскости и проходящей через продольную ось шпалы, соединяющей центры подрельсовых площадок на разных концах шпалы;
— пропеллерность шпалы — алгебраическая разность уклонов подрельсовых площадок на разных концах шпалы в поперечном к оси шпалы направлении.
Железобетонные шпалы классифицируются по следующим признакам, определяющим их типы:
— виду рельсового скрепления;
— виду напрягаемой арматуры;
— наличию электроизолирующих свойств;
По виду рельсового скрепления предусмотрены следующие типы шпал:
Ш1 — для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления КБ с болтовым прикреплением подкладки к шпале;
Ш2 — для нераздельного клеммно-болтового скрепления БПУ с болтовым прикреплением подкладки и рельса к шпале;
ШЗ — для нераздельного клеммно-болтового скрепления ЖБР-65 с болтовым прикреплением рельса к шпале.
Контролируемые размеры шпал Ш1, Ш2 и ШЗ представлены в табл.:
По виду напрягаемой арматуры шпалы могут изготовляться: с высокопрочной проволочной или стержневой арматурой периодического профиля.
По наличию электроизолирующих свойств, обеспечивающих в железнодорожном пути необходимое электрическое сопротивление изоляции рельсовых цепей, шпалы подразделяются на изолированные, с установленными в них специальными изолирующими вкладышами — пустотообразователями и неизолированные, без изолирующих вкладышей.
По качеству изготовления шпалы подразделяют на первый и второй сорт. К шпалам второго сорта относят шпалы с пониженной трещиностойскостью, с меньшей точностью геометрических параметров и пониженным качеством выполнения бетонных поверхностей. Шпалы второго сорта допускаются к применению только на малодеятельных путях 5-го класса и внутризаводских путях промышленных предприятий.
Подуклонка подрельсовых площадок должна быть в пределах от 1:18 до 1:22.
Пропеллерность шпалы не должна быть более 1:80. Угол (3 упорных кромок должен составлять для шпал типов Ш1 и Ш2 — 55°; для ШЗ — 60°
Отклонения от прямолинейности верха подрельсовых площадок по всей их длине и ширине не должны превышать 1 мм для шпал 1-го сорта и 2 мм для 2-го сорта.
В шпалах не допускаются трещины в бетоне (кроме местных усадочных); местные наплывы бетона на подрельсовых площадках.
Размеры раковин на бетонных поверхностях и околов бетона на ребрах шпал не должны превышать значений, указанных в табл.:
Для шпал 2-го сорта предельные размеры раковин и околов бетона допускаются в 2 раза большими указанных в табл. 5.15.
Нижняя поверхность шпал должна иметь шероховатость, образованную выступающими из бетона частицами крупного заполнителя и обеспечиваемую технологией изготовления шпал или специальным рифлением подошвы.
Электрическое сопротивление шпалы типа ШЗ с электроизолирующими вкладышами-пустотообразователями, измеренное между парами закладных болтов на разных концах шпалы в сухом состоянии, в зависимости от температуры воздуха должно быть не менее указанного в табл.:
На скосе верхней поверхности концевой части каждой шпалы при формовании штампованием в бетоне наносят цифру (1,2 или 3), обозначающую тип шпалы. На скосе верхней поверхности в средней части при формовании шпалы штампованием в бетоне наносят товарный знак предприятия-изготовителя — на каждой шпале; год изготовления (две последние цифры) — не менее чем у 20 % шпал в партии. В концевой части каждой шпалы на верхней или боковой поверхностях несмываемой краской наносят штамп ОТК и номер партии. Маркировочные надписи наносят шрифтом высотой не менее 50 мм. На верхней поверхности в средней части шпал, подлежащих ремонту на предприятии-изготовителе, ОТК временно наносит знак, который после выполнения ремонта должен сниматься. На обоих концах шпал второго сорта наносят несмываемой краской поперечную полосу шириной 15—20 мм.
На обоих концах шпал, признанных не соответствующими требованиям настоящего стандарта, наносят несмываемой краской две поперечные полосы шириной 15—20 мм. Схема маркировки железобетонных шпал согласно ОСТ 32.152-2000 приведена на рис. 5.9.
Железобетонные шпалы следует транспортировать и хранить в рабочем положении (подошвой вниз). Шпалы собирают в штабели на деревянных подкладках сечением 150×200 мм или на некондиционных шпалах. По высоте в штабеле должно быть не более 16 рядов шпал. Расстояние между штабелями должно быть не менее 1 метра. Между рядами шпал должны быть уложены деревянные подкладки толщиной 40—50 мм, располагаемые в углублениях крайних подрельсовых площадок на расстоянии 550—600 мм от концов шпал.
Шпалы 1-го и 2-го сортов транспортируют и складируют отдельно.
В последние годы стали применять промежуточное скрепление АРС, при котором используется анкерная железобетонная шпала — струнобетонная шпала с двумя необъемными анкерами, заключенными в подрельсовых зонах шпалы (рис. 5.10). Каждый из двух анкеров шпалы заменяет 11 деталей типового скрепления КБ-65 (металлическую подрельсовую подкладку, и по два закладных болта с гайками, двухвитковыми пружинными шайбами, круглыми черными и закладными шайбами). Головки анкера, выступающие под поверхностью шпалы с каждой стороны подошвы рельса, образуют стабильную подрельсовую площадку для установки амортизирующей резиновой прокладки и подошвы рельса. При этом каждая головка анкера предназначена для фиксации одного клеммного узла (с каждой стороны подошвы рельса), состоящего из пружинной прутковой клеммы, изолирующего уголка и шестигранного регулятора с осью, вставленной в эксцентрично расположенное в шестиграннике цилиндрическое отверстие или изготовленной совместно с регулятором (рис. 5.11).
Основные дефекты железобетонных шпал, а также меры по их предупреждению и устранению приведены в табл. 5.17.