高速铁路螺栓道钉竖向抗拔力试验研究

王仁杰 （中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162）

高速铁路有别于普通铁路，由于行驶速度较高，对轨道的负荷较大，从而对无砟轨道及扣件有着较高的要求[1-3]。高速铁路轨道系统中一个重要的组成部分就是扣件系统，扣件将钢轨与底部轨枕紧紧相连，为了保证列车在钢轨上的高速运行，就要求其提供充足的纵向、横向、竖向抗力。螺栓道钉施工较为便捷，与弹条扣件等组合作用，形成了对钢轨的约束作用。高速铁路上螺栓道钉多与相应的弹条扣件配套使用，当列车以较高的速度通过时，会对钢轨产生复杂的作用力，此时钢轨受力的变化会反映在弹条扣件的受力变化上，进而会对螺栓道钉产生一个较大的竖向上拔力。只有当螺栓道钉的上拔抗力具有足够的安全系数时，才能够确保高速列车的安全运行。

对于螺栓道钉受力性能的研究，多借助理论及数值模拟的方法；螺栓道钉抗拔承载力的试验多在轨枕厂内进行，而对于取自高速铁路现场的轨枕进行螺栓道钉抗拔承载力试验研究的较少。本文以取自现场的轨枕及扣件为研究对象，基于标准抗拔试验方法，对高速铁路SK-2型双块式轨枕与WJ-8A型扣件中螺栓道钉的竖向抗拔承载力进行试验研究。

1 高速铁路螺栓道钉

此处研究的双块式轨枕为SK-2型双块式轨枕（厂内预制），与WJ-8A型扣件配套使用。双块式轨枕混凝土强度等级为C60，轨枕内预埋套管周围设置螺旋钢筋，螺旋钢筋定位于套管上，采用低碳钢冷拔钢丝。WJ-8A型扣件为分开式扣件，由弹条、螺旋道钉、橡胶垫板、轨距挡板、铁垫板、铁垫板下弹性垫板、绝缘块、平垫圈等部分组成，如图1所示。

2 螺栓道钉抗拔试验

图1 WJ-8A扣件组装图

2.1 试验构件

为测得高速铁路螺栓道钉现场真实的抗拔力，从某未完工的高速铁路现场取轨枕几整套扣件作为试件。从现场已施工完毕的无砟轨道整体横向切割道床板而来，纵向留取单个轨枕宽度，将切割完成的轨枕运输至室内进行螺栓道钉的抗拔试验，如图2所示。

图2 试验构件

2.2 加载方式

为了研究温度、列车等荷载引起的螺栓道钉上拔对轨枕受力的影响，在天津大学结构实验室采用客专标准螺栓道钉抗拔仪对试件进行加载试验，加载方法依据《高速铁路扣件系统试验方法第7部分：预埋件抗拔力试验》（TB/T 3396.1-2015）进行。加载前对轨枕内预埋套管进行清理，将螺栓道钉通过穿心千斤顶后拧入套筒内，通过千斤顶按照每10kN为一荷载级对螺栓道钉进行竖向加载，加载装置及过程如图3所示。

图3 螺栓道钉抗拔试验

3 试验结果分析

基于上述原型轨枕、螺栓道钉试件，进行了4组抗拔试验。每级荷载加载完毕后，拆除加载工装，用混凝土综合检测仪查看套管周围混凝土完整情况。对4组抗拔试验全过程进行记录，分析后发现各组试件整个加载过程可分为如下4个阶段：如图4所示为上拔力为120kN～150kN时套管上移-裂纹扩展。

图4 上拔力为120kN-150kN时套管上移-裂纹扩展

①在上拔力为0～60kN阶段，上拔力持续稳定增长，未出现卸荷现象；同时预埋螺栓套筒表现稳定，未出现上移。

②在上拔力为60～100kN阶段，螺栓道钉上拔力继续稳定增长，预埋螺栓套筒表现依旧稳定，未出现套管上移及卸荷现象。

③当上拔力超过100kN后，上拔力开始出现卸荷，尤其在上拔力达到120kN后，出现较为严重的卸荷现象，同时预埋套管开始缓慢的上移。

④在上拔力为120kN～150kN阶段，套管持续上移至3～4mm，但直至加载至最终150kN，未发生套管整体拔出现象，拆除后发现套管内丝口略有损伤，同时沿套管周围开始出现了开裂裂纹。

4 结束语

综上所述，通过对4组取自高速铁路现场的双块式轨枕螺栓道钉抗拔承载力试验，研究了WJ-8A型扣件中螺栓道钉及配套预埋套管的竖向抗拔承载力，试验结果表明：

①此类型螺栓道钉满足道钉竖向承载力≥60kN的设计要求，且具有较高的安全储备，能够满足使用期的指标要求；

②竖向荷载超出100kN后，套管开始发生滑移动；

③竖向荷载超过120kN后开发发生卸荷，同时开始在套管周围混凝土上出现开裂裂纹。