預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的裂縫及結(jié)構(gòu)耐久性
摘要：本文綜述了從七十年代至九十年代對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫的調(diào)查情況，從物理、力學(xué)、化學(xué)的角度分析了裂縫的成因。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，并結(jié)合對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的調(diào)查和試驗(yàn)研究結(jié)果，分析了裂縫對(duì)軌枕結(jié)構(gòu)和耐久性的影響，提出了混凝土軌枕裂縫的防止與控制措施
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 混凝土 軌枕 裂縫 堿集料反應(yīng) 耐久性
0 引言
中國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕從研究、生產(chǎn)到推廣應(yīng)用，歷時(shí)四十年，產(chǎn)量逾億根，鋪設(shè)里程累計(jì)達(dá)七萬公里，與世界各國(guó)采用混凝土軌枕相比，數(shù)量上占有很大比例。使用三十余年來，混凝土軌枕發(fā)生了不少損傷，涉及到行車安全，從而經(jīng)常考慮傷損軌枕是否應(yīng)從運(yùn)營(yíng)線路上換下。但要換上新的軌枕，除要重新制造外，還要裝卸，運(yùn)輸并到線路上進(jìn)行換枕工作，·不僅需耗費(fèi)大量人力物力，有時(shí)還會(huì)影響行車，其耗費(fèi)往往是一根軌枕本身造價(jià)的四到五倍。
在使用三十余年來，拆換下的傷損軌枕，除了少量是由于行車、裝卸事故等造成的機(jī)械性破損外，絕大部分則是由于產(chǎn)生各種各樣的裂縫，擔(dān)心其影響軌枕承載能力而被拆換的。
軌枕作為一種預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫是難避免的，因此研究預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕裂縫的成因及其危害性，研究如何預(yù)防和控制裂縫，對(duì)提高混凝土軌枕的結(jié)構(gòu)耐久性，延長(zhǎng)軌枕的使用壽命，將是十分重要的。
l 混凝土軌枕裂縫的類型及表現(xiàn)
1．1 混凝土枕裂縫的類型
1．1．1 軌下垂直橫向裂縫(軌下正彎矩裂縫)
這種裂縫出現(xiàn)在軌枕兩側(cè)下部，一般情況下，裂縫較小，寬度在0．1mm以下，長(zhǎng)度未超過中和軸。1981年對(duì)筋69、弦69等軌枕調(diào)查結(jié)果表明，鋼軌接頭處的軌枕，其軌下垂直裂縫比例為60％；而鋼軌大腰處的軌下垂直裂縫比例，筋69和弦69分別為37％和20％。
1．1．2 枕中垂直(橫向)裂縫(枕中正彎矩和負(fù)彎矩裂縫)
1981年調(diào)查的69型軌枕(1971—1976年間生產(chǎn))，筋69軌枕枕中正彎矩裂縫分別為34％和11％(不同區(qū)段)，弦69枕中裂縫分別為36％和13％(不同區(qū)段)。裂縫的寬度及長(zhǎng)度均比軌下裂縫嚴(yán)重，有的枕中正負(fù)彎矩裂縫連在一起形成環(huán)向裂縫，個(gè)別軌枕有多道環(huán)向裂縫。 1991年調(diào)查的S—2(1986年生產(chǎn))軌枕，枕中垂直裂縫約占調(diào)查裂縫軌枕的23．7％，其中鋼軌接頭處的軌枕，枕中垂直裂縫比率更高，占63％以上。
1．1．3 軌枕頂面螺栓孔縱向裂縫
這種裂縫通常從螺栓孔處為起點(diǎn)逐漸向軌枕中部和端部延伸，有的一直裂到端部，造成劈裂，嚴(yán)重者裂縫寬達(dá)3~5mm。1975年及1981年調(diào)查的69型軌枕，沿螺栓孔縱裂的數(shù)量隨不同制造廠家和不同區(qū)段而有所不同。沿釘孔縱裂軌枕占調(diào)查軌枕總數(shù)的比例分別是0％、18％、20％、40％、48％等。1991年調(diào)查Ⅱ型軌枕共193889根，傷損軌枕有18682根，傷損率為9．6％，頂面沿螺栓孔縱裂占全部傷損軌枕的33．8％。總之，軌枕頂面沿螺栓孔縱裂是預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕*為普遍存在的裂縫，不僅運(yùn)營(yíng)數(shù)年的軌枕有，存在路邊備用的軌枕有，甚至未出廠的軌枕也有；不僅國(guó)內(nèi)軌枕有，就連國(guó)外的軌枕也有。例如1975~1976年生產(chǎn)并鋪設(shè)于坦贊鐵路的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，1977年筆者在坦贊鐵路考察時(shí)發(fā)現(xiàn)沿頂面螺栓孔縱裂的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕數(shù)量達(dá)20％。
1．1． 4軌枕頂面螺栓孔處橫裂(平行于鋼軌方向)
69型軌枕和Ⅱ型枕都有這種裂縫出現(xiàn)。從調(diào)查結(jié)果看，大多數(shù)橫裂方向與列車運(yùn)行方向一致，即出現(xiàn)于復(fù)線鐵路的單向運(yùn)行區(qū)段。
1．1．5 軌枕端部縱向裂縫
這種縱向裂縫有的出現(xiàn)在軌枕端部頂面和底面，也有的出現(xiàn)在端部?jī)蓚?cè)，大致與鋼筋(鋼絲)平行。
1．1．6 軌枕中部縱向裂縫
這種縱向裂縫發(fā)生在軌枕中部的頂面和側(cè)面，平行于鋼筋方向，裂縫長(zhǎng)度可達(dá)30~110mm，裂縫寬度約0．5~3mm，*大可達(dá)5mm。
1．1．7 龜裂
軌枕端部、中部的頂面或側(cè)面出現(xiàn)縱橫交錯(cuò)、不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。
1．2 裂縫的表現(xiàn)
(1)預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕產(chǎn)生裂縫較難避免。從七十、八十年代調(diào)查的69型軌枕和九十年代調(diào)查的Ⅱ型枕看，軌下及枕中的正負(fù)彎矩裂縫，沿螺栓孔等處出現(xiàn)的各種類型縱向裂縫均有發(fā)生，甚至坦贊鐵路的混凝土軌枕也有沿螺栓孔裂縫。
1975年筆者參加了對(duì)滬寧、京廣、東北各線的調(diào)查，被調(diào)查的軌枕共計(jì)51117根，縱裂軌枕總數(shù)為5450根，占10．6％。 1981年鐵道部曾組織對(duì)東北部分線路進(jìn)行了分段調(diào)查，其縱裂、橫裂軌枕數(shù)量分別占調(diào)查區(qū)段軌構(gòu)數(shù)量的11％、20％、37％、60％、83％不等。1991年鐵道部對(duì)20條干線的112km線路的193888根Ⅱ型軌枕進(jìn)行調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)裂縫軌枕18582根，損傷率為9．6％，其中軌枕頂面沿螺栓孔縱裂，頂面和側(cè)面縱裂、枕中頂面橫裂分別占裂縫軌枕總數(shù)的33．8％、15％、38．1％。
(2)包括沿螺栓孔縱裂在內(nèi)的各類型縱向裂縫起初長(zhǎng)度和寬度都很小。隨著時(shí)間推移，不論是運(yùn)營(yíng)線路上的軌枕還是未鋪設(shè)的備用軌枕，裂縫均存在不斷發(fā)展的趨勢(shì)，裂縫寬度從0．5mm—5mm不等，長(zhǎng)度一直縱裂至兩端，直至貫通，造成劈裂。
(3)雖不同型號(hào)軌枕產(chǎn)生裂縫情況沒有明顯區(qū)別，但不同廠家，不同時(shí)間生產(chǎn)的軌枕，包括在同一線路區(qū)段的不同廠家軌枕縱裂縫的表現(xiàn)卻有明顯區(qū)別。例如有一J—l和S—2型軌枕混鋪地段，在同樣的鋪設(shè)條件，即線路的平、縱斷面，通過總重相同，J—1型枕雖比S—2型枕低一級(jí)，但傷損的根數(shù)，尤其是縱向裂縫卻少得多。但從總體來看，1968~1976年間生產(chǎn)的69型枕各類裂縫，特別是縱裂和龜裂的比例和程度要嚴(yán)重得多。
2 混凝土軌枕裂縫的成因
混凝土軌枕裂縫的生成可以從結(jié)構(gòu)、工藝、材料等方面探討，也可從設(shè)計(jì)、制造、鋪設(shè)、使用等方面研究。在此，僅從物理、化學(xué)、力學(xué)的角度進(jìn)行分析。
2．1 力學(xué)因素
混凝土軌枕所受彎矩的大小不僅與枕上動(dòng)壓力有關(guān)，而且與枕下道碴支承狀態(tài)有關(guān)。原先設(shè)計(jì)規(guī)定鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)使軌枕中間部分掏空400rnm，掏空部分道碴頂面應(yīng)低于枕底30mm，避免負(fù)彎矩過大而產(chǎn)生枕中上部橫裂。近年來要求中間不掏空，即中間應(yīng)墊滿浮碴。設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)中間部分的支承反力應(yīng)為軌下部分的3／4(掏空時(shí)為0)。與一般的預(yù)應(yīng)力混凝土制品不同的是軌枕的支承狀態(tài)隨著列車的運(yùn)行及養(yǎng)護(hù)維修條件而不斷變化，一旦當(dāng)支承狀態(tài)與枕上垂直動(dòng)壓力力聯(lián)合作用引起的彎矩超過設(shè)計(jì)限值時(shí)，則軌枕的相應(yīng)部分就會(huì)產(chǎn)生如圖1、圖2所示的裂縫。此外當(dāng)預(yù)加應(yīng)力偏大而脫模時(shí)混凝土強(qiáng)度又不足時(shí)，軌枕端部就會(huì)產(chǎn)生如圖5、圖6所示的縱向裂縫；列車運(yùn)行時(shí)對(duì)鋼軌的水平和縱向作用力和螺旋道釘引起的上拔力又會(huì)使軌枕螺栓道釘孔周圍產(chǎn)生如圖3、圖4所示的縱向裂縫和橫向裂縫。
由于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕橫向裂縫(軌下正彎矩和枕中正、負(fù)彎矩)在計(jì)算和試驗(yàn)方面均已有諸多研究，而縱向裂縫的計(jì)算及試驗(yàn)卻很少涉及。在此，僅對(duì)端部縱向裂縫(或稱水平裂縫)作一分析：
根據(jù)清華大學(xué)研究，先張法高強(qiáng)鋼絲預(yù)應(yīng)力混凝土梁，當(dāng)預(yù)應(yīng)力值較高時(shí)，沿梁高離開預(yù)應(yīng)力筋一段距離，靠近中和軸附近，在梁端面上出現(xiàn)拉應(yīng)力6Y，常引起端頭裂縫，如圖8所示。
通過20余根梁的模擬試驗(yàn)，建立了端面*大拉應(yīng)力計(jì)算公式：6Ymax＝k6 o
式中：6 o一梁端橫截面上平均壓應(yīng)力：6 o＝N／A (A為梁端橫截面積，N為混凝土預(yù)壓力)；
k一應(yīng)力系數(shù)，其變化規(guī)律可近似表達(dá)為：
k＝1／{18(e／h)2十0．25}
式中：e一集中力距底邊的距離；h一為端部梁高；
裂縫發(fā)生的位置C(裂縫與梁底面的距離)：√eh
梁的抗裂性驗(yàn)算必須滿足下式要求：6Ymax≤rf t
式中：f t一混凝土的抗拉強(qiáng)度；
r一塑性系數(shù)(一般取1．7)
將以上研究結(jié)果用來驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的端部拉應(yīng)力，得出表l。
由表1可見，預(yù)應(yīng)力引起的軌枕端面*大水平拉應(yīng)力6Ymax約為混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度的75~90％，并為考慮塑性變形后的混凝土抗拉強(qiáng)度的50％，僅此單一因素，軌枕單面是不會(huì)產(chǎn)生縱向裂縫的。但當(dāng)混凝土放張強(qiáng)度不足、溫差、干縮、堿集料反應(yīng)等因素附加作用時(shí)，則易造成6Ymax≤ft (物理化學(xué)作用時(shí)塑性變形不起作用)，從而引起縱向裂縫。此外，螺旋道釘上拔力較大時(shí)，與預(yù)加應(yīng)力疊加，則容易造成釘孔縱裂。
2．2 物理因素
物理因素系指軌枕制造和鋪設(shè)、運(yùn)營(yíng)過程中受冷熱、干濕、凍融等的作用。當(dāng)蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中升溫很快，恒溫溫度很高時(shí)，由于混凝土中氣、水、水泥、砂石等不同材料熱膨脹系數(shù)不同，而混凝土初期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又很低時(shí)，高溫使氣、水大大膨脹，造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，容易引起軌枕表面特別是端頭表面的混凝土龜裂，疏松。
有一段時(shí)間，不少工廠軌枕生產(chǎn)中蒸汽養(yǎng)護(hù)沒有預(yù)養(yǎng)時(shí)間，升溫很快，恒溫溫度高于95℃，脫模時(shí)軌枕端部混凝土腫脹、疏松情況常有發(fā)生。而且放張時(shí)混凝土強(qiáng)度很多低于35N／mm2(70％fcu)，造成混凝土軌枕縱裂、龜裂現(xiàn)象較多。
當(dāng)出廠時(shí)僅有細(xì)微裂縫或僅有隱性微裂(肉眼看不見)的軌枕，在運(yùn)營(yíng)過程中，受到振動(dòng)、沖擊、疲勞荷載的作用，以及外界環(huán)境不斷變化著的干濕循環(huán)，凍融循環(huán)作用，也會(huì)使裂縫的寬度和長(zhǎng)度發(fā)展。
2．3 化學(xué)因素
化學(xué)因素指鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕、碳酸化、堿集料反應(yīng)等。對(duì)中國(guó)混凝土軌枕而言，其中堿集料反應(yīng)(AAR)引起的破壞不容忽視。堿集料反應(yīng)的三個(gè)條件是：活性集料、高堿水泥和水，其破壞機(jī)理是以上三種物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在混凝土內(nèi)集料與水泥石的界面上生成硅酸鹽凝膠，體積膨脹，引起混凝土開裂。其中*為普遍的堿-硅酸反應(yīng)，方程式為：
SiO 2十2ROH十nH 20→R 2Sio 3(n十1)H 20(R為Na或K)
由于中國(guó)生產(chǎn)的水泥長(zhǎng)期對(duì)堿含量不作限制。采用高堿水泥可提高水泥產(chǎn)量，降低成本。而中國(guó)有一些地區(qū)的混凝土粗集料(石子)具有明顯的堿活性，二者結(jié)合在一起，容易形成堿集料反應(yīng)(AAR)破壞。這個(gè)問題是從六十年代末期開始，某工廠生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕(以及橋梁)屢屢發(fā)生縱裂和龜裂，而又從結(jié)構(gòu)、工藝、鋪設(shè)養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行改進(jìn)還依然有縱裂、龜裂出現(xiàn)，直至八十年代末期，才開始認(rèn)識(shí)并通過試驗(yàn)予以證實(shí)的。檢驗(yàn)過程是：先從軌枕混凝土中取芯樣，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：①肉眼或用立體顯微鏡觀察，再用偏反光顯微鏡觀察光薄片，一般AAR造成的破壞常會(huì)損傷集料顆粒，裂縫多從集料延伸至漿體，有時(shí)還能明顯觀察到集料顆料裂開，或邊緣被撕裂。這一特征十分重要，因鹽腐蝕、化學(xué)腐蝕、鋼筋銹蝕、碳酸化、機(jī)械荷載等不會(huì)使集料顆粒受到損傷，因此這是AAR與其他破壞因素的主要特征；②依靠電子顯微鏡加上能譜分析可以測(cè)得堿硅酸鹽凝膠的化學(xué)成分，這是發(fā)生AAR的直接證明。另外，將混凝土的集料用機(jī)械方法和化學(xué)方法(一般是鹽酸溶液處理)分離出來，再用快速法和巖相法鑒定其堿活性，如對(duì)上海站所用寬軌枕以及濱綏線軌枕鑒定其堿活性，用壓蒸快速法測(cè)得部分活性集料的膨脹值如表2。
從表2中可看出，砂不具有堿活性，而粗集料中活性較大者膨脹率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0．1％，接近于0．4％，然后采用綜合判定，可證實(shí)AAR破壞的可信程度。
鐵科院曾對(duì)中國(guó)華東、華南、華中、華北、西南、西北、東北各地區(qū)的15家軌枕廠現(xiàn)行使用的粗集料進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)，先用巖相法評(píng)定出可疑集料，采用壓蒸快速法鑒定有10家廠的集料有潛在活性，以后再采用普通砂漿棒法和混凝土柱法，匯總后*終評(píng)定為5家粗集料有堿活性，分別分布在華北、華中、西南、西北地區(qū)。由此可見，AAR引起的軌枕龜裂，縱裂問題不容忽視。
綜上所述，縱向裂縫主要由內(nèi)因(材料、結(jié)構(gòu)、工藝因素)所致，外因(荷載及凍融、干濕循環(huán))僅是促其發(fā)展，橫向裂縫則是內(nèi)因(預(yù)應(yīng)力配筋，斷面及混凝土強(qiáng)度)與外因(荷載及軌枕支承條件)綜合作用所致。
3 裂縫對(duì)混凝土軌枕結(jié)構(gòu)耐久性的影響
(1)軌枕處在露天環(huán)境中，由于混凝土致密，水、氣不會(huì)滲入內(nèi)部，但當(dāng)裂縫開展到一定寬度，且裂縫深度到達(dá)保護(hù)層時(shí)，水、氣就會(huì)沿著裂縫逐步滲透到達(dá)鋼筋，引起鋼筋腐蝕、生銹，鐵銹是一種鐵的化合物(氧化鐵)，其體積膨脹4倍，在混凝土內(nèi)部引起內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土進(jìn)一步開裂，并使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土的握裹力降低，從而影響軌枕的承載能力。
需要指出的是，混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，其腐蝕速度(程度)與鋼筋所處環(huán)境的堿度(pH值)有關(guān)，pH值越高，越能保護(hù)鋼筋不被腐蝕。當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土有裂縫時(shí)，水進(jìn)入到鋼筋引起氧化，鋼筋銹蝕，氣進(jìn)入裂縫引起混凝土碳酸化，降低pH值，加深鋼筋腐蝕，而且這種腐蝕當(dāng)有C1-和SO42-離子存在時(shí)會(huì)加劇。
(2)研究表明，結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫只有達(dá)到一定寬度時(shí)，水、氣才能滲入，引起鋼筋腐蝕。國(guó)內(nèi)外規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫允許寬度為0．1~ 0．3mm(視不同介質(zhì)環(huán)境)，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)甚至不允許出現(xiàn)裂縫，其目的都是為了保證鋼筋不銹蝕。但從國(guó)內(nèi)外作的多次調(diào)查和試驗(yàn)，又證明裂縫寬度與鋼筋銹蝕沒有直接關(guān)系。
中國(guó)建工四局科研所等八單位曾調(diào)查華南、華東、西南、西北的48項(xiàng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程，裂縫寬度為0．13，1，2，4，9mm，有的達(dá)規(guī)范規(guī)定的30倍之多。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除在氯化物含量較高環(huán)境中，鋼筋有較大銹蝕外，其余均末發(fā)生銹蝕，日本為探索預(yù)應(yīng)力混凝土接觸網(wǎng)支柱產(chǎn)生裂縫后的耐久性問題，曾將已有裂縫的支柱自然置于冬(—10 ~ —18℃)夏(16~36℃)的環(huán)境中進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)二十余年的反復(fù)凍融試驗(yàn)，從長(zhǎng)期的觀測(cè)總結(jié)中，可看出裂縫寬度沒有擴(kuò)展，混凝土的碳酸化也是輕微的，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部鋼筋銹蝕。
軌枕雖然也處于露天環(huán)境，但底部有30cm厚的道渣墊層，不會(huì)浸泡在水中。根據(jù)調(diào)查分析，表面寬度不超過lmm的裂縫，深度一般也達(dá)不到鋼筋位置。這種裂縫對(duì)其結(jié)構(gòu)性能是不會(huì)有影響的。
(3)調(diào)查研究還表明，縱向裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響一般要比橫向裂縫嚴(yán)重。因鋼筋混凝土構(gòu)件的縱向裂縫引起的鋼筋銹蝕會(huì)使保護(hù)層剝落，龜裂擴(kuò)展會(huì)引起混凝土疏松、掉塊。筆者等曾從不同線路上抽取16根，其中帶有不同縱裂狀態(tài)的軌枕11根，常態(tài)軌枕5根，逐根進(jìn)行軌下截面靜載抗裂強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。從表3的試驗(yàn)結(jié)果可看出：①出現(xiàn)貫通裂縫的軌枕，大部分軌下截面的靜載抗裂強(qiáng)度有比較明顯的降低；②端部縱裂或龜裂的軌枕，靜載抗裂強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，與常態(tài)軌枕比較，一般無顯著差別。這說明軌端部的縱裂和龜裂多是從表面開始，還未發(fā)展到影響混凝土與鋼筋的握裹力。
另?yè)?jù)八十年代昆明鐵路局的調(diào)查，螺旋道釘孔頂面縱裂寬度不超過lmm的軌枕使用十年，通過總重2．6噸，大都仍能保持軌距。剖開縱裂軌枕，內(nèi)部鋼筋一般均末銹蝕，但沿釘孔縱裂寬度達(dá)3mm以上，裂縫長(zhǎng)度從釘孔延伸至兩端變截面時(shí)，將對(duì)軌距保持能力造成影響。
從多次調(diào)查及表3試驗(yàn)結(jié)果可看出，寬度和長(zhǎng)度都不大的裂縫對(duì)軌枕承載能力幾乎沒有影響。因此可以采用修補(bǔ)辦法將裂縫封閉，以提高結(jié)構(gòu)耐久性。中國(guó)鐵科院等單位研制的補(bǔ)縫膠、修補(bǔ)膠等用來修補(bǔ)裂縫軌枕，施工簡(jiǎn)單易行，造價(jià)低廉，對(duì)提高軌枕結(jié)構(gòu)耐久性，具有良好效果o
4 混凝土軌枕裂縫的預(yù)防和控制
軌枕作為一種預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，要想完全杜絕裂縫是很難做到的。但裂縫畢竟是有害的。為此，應(yīng)當(dāng)竭盡全力來防止裂縫的出現(xiàn)。
預(yù)防和控制裂縫，可以從三方面入手：
(1)從力學(xué)角度，為防止橫向裂縫，除了根據(jù)可能出現(xiàn)的*大荷載，合理配置預(yù)應(yīng)力鋼筋外，還應(yīng)加強(qiáng)端部箍筋和道釘孔處螺旋筋的配置。此外，加強(qiáng)線路維修養(yǎng)護(hù)，使軌枕處于良好支承狀態(tài)也是防止軌枕軌下和枕中出現(xiàn)橫向裂縫的重要條件。
箍筋和螺旋筋的設(shè)置有利于防止軌枕端部和中部縱裂以及釘孔裂縫，但目前箍筋本身不成整體，且與預(yù)應(yīng)力鋼筋只是松散搭接，在防止縱裂方面效果有限。有的工廠嚴(yán)格將端部箍筋布置在離端頭30mm范圍內(nèi)，并與預(yù)應(yīng)力鋼筋牢固綁扎在一起，從而發(fā)現(xiàn)對(duì)防止端部縱裂有很好效果。
(2)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，嚴(yán)格操作工藝
九十年代以后，中國(guó)混凝土軌枕工廠的上級(jí)管理部門對(duì)工藝操作提出按《技術(shù)條件》和《檢查細(xì)則》嚴(yán)格要求，如嚴(yán)格混凝土配合比，確保振動(dòng)密實(shí)和混凝土強(qiáng)度(包括放張強(qiáng)度)，特別是蒸汽養(yǎng)護(hù)，要求預(yù)養(yǎng)時(shí)間≥2h，升溫速度≤20℃／h，恒溫速度≤60℃，脫模時(shí)軌枕表面與環(huán)境溫度之差≤20~40℃，有的工廠還在軌枕脫模存放的三天內(nèi)進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。這些措施對(duì)于減少軌枕裂縫，特別是龜裂及縱裂，將是十分有利的。
(3)嚴(yán)格控制混凝土原材料
除了對(duì)水泥強(qiáng)度與安定性、集料的級(jí)配與含泥量等常規(guī)指標(biāo)嚴(yán)格控制外，還應(yīng)重點(diǎn)考慮堿集料反應(yīng)問題。
中國(guó)天然河砂至今未發(fā)現(xiàn)有堿活性，但不少地區(qū)的粗集料卻有潛在堿活性，因此應(yīng)大力推廣應(yīng)用低堿水泥(含堿量≤0．6％)和低堿減水劑。在目前使用低堿水泥和低堿減水劑尚有困難的情況下，應(yīng)注意控制*大水泥用量，以使軌枕混凝土的堿含量不超過安全限值(3kg／m3)o例如：當(dāng)水泥含堿量高達(dá)1％，軌枕混凝土的水泥用量為500kg／m3時(shí)，則混凝土的含堿量為500×1％＝5kg／m3。即使不摻減水劑，亦已大大超過3kg／m3的安全限值；當(dāng)水泥含堿量為0．6％時(shí)，減水劑含堿量為5％，摻量為1％時(shí)，則混凝土含堿量為500×0．6％十500×1％×5％＝3．25kg／m3＞3kg／m3(安全限值)，因此，這時(shí)混凝土的*大水泥用量就降為460kg／m3，因?yàn)?60×0．6％十460×1％×5％＝2．99kg／m3≈3kg／m3(安全限值)，而不是通常技術(shù)條件中規(guī)定的500kg／m3。
5 關(guān)于混凝土軌枕失效標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)
鐵路工務(wù)規(guī)程中關(guān)于軌枕失效標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定為：①明顯折裂；②環(huán)裂裂縫寬度超過0．5mm；③承軌槽面壓潰，擋肩嚴(yán)重破損；④縱向裂縫寬度超過0．5mm，長(zhǎng)度超過全長(zhǎng)二分之一；⑤承軌槽間兩釘孔間裂縫寬度超過0．5mm，并延伸至軌枕端部或軌枕中部；⑥承軌槽裂紋交錯(cuò)，嚴(yán)重掉塊露筋。筆者認(rèn)為以上規(guī)定是合適的。按規(guī)定，軌枕達(dá)到失效，就應(yīng)從線路上更換下來，以保證行車安全。但根據(jù)以上各種調(diào)查、試驗(yàn)的研究分析，在行車密度增大，從線路上更換軌枕更加困難，而在混凝土補(bǔ)縫材料和補(bǔ)縫技術(shù)不斷發(fā)展的今天，僅是因?yàn)榱芽p而被認(rèn)為失效的軌枕，由于承載能力及其他使用性能并未降低，可以采用即時(shí)修補(bǔ)的方法，以避免裂縫發(fā)展和鋼筋銹蝕，保持結(jié)構(gòu)耐久性，延長(zhǎng)軌枕使用壽命，從而提高線路的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。