КОНСТРУКЦИЯ ВЕРХНЕГО ОСНОВАНИЯ БЕЗБАЛЛАСТНОГО ПУТИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, предназначенному для железных дорог с типовым подвижным составом, а также для высокоскоростных магистральных линий с повышенными осевыми нагрузками и высокой грузонапряженностью.
Надежность железнодорожного пути определяется, прежде всего, стабильностью подшпального основания. Опыт эксплуатации магистральных железнодорожных путей за рубежом показал, что одним из возможных вариантов конструкции верхнего основания является железнодорожный путь на безбалластном, т.е. плитном основании. Преимуществом такой конструкции является максимальная устойчивость и стабильность в течение длительного времени по сравнению с балластной конструкцией пути. А.Ф. Колос, И.С. Козлов «Современные конструкции верхнего строения пути для строительства скоростных и высокоскоростных железнодорожных линий» Петербургский государственный университет путей сообщения, 2013 г.
Известная конструкция основания содержит двухблочные железобетонные шпалы, которые замоноличены в железобетонную несущую плиту из бетона.
Однако такое строение верхнего основание пути характеризуется наличием трещин, склонностью к коррозии в связи с применением металлической арматуры и соответственно недостаточной долговечностью.
Для устройства оснований высокоскоростных (300-350 км/ч) железных дорог известен способ устройства монолитных оснований железных дорог (патент РФ №2150547 от 10.06.2000), при котором горизонтальная скользящая опалубка образует из бетонной смеси плиту протяженного профиля коробчатого сечения, на которой после набора бетоном прочности устанавливают с заданным шагом сборные железобетонные шпалы с последующим их нивелированием и заполнением пространства между профилем и шпалами бетоном.
Такое строение верхнего основания пути также характеризуется наличием трещин, склонностью к коррозии.
Технической проблемой является создание конструкции верхнего основания безбалластного пути высокоскоростных железных дорог, которая может применяться на участках постоянного и переменного тока в различных климатических условиях, а также в условиях с повышенным содержанием агрессивных к железобетону веществ, преимущественно, без применения вторичных методов защиты от коррозии.
Техническим результатом является повышение долговечности конструкции верхнего основания безбалластного пути высокоскоростных железных дорог в широком диапазоне условий эксплуатации.
Проблема решается и технический результат достигается за счет того, что конструкция верхнего основания безбалластного пути состоит из несущей плиты из монолитного композитобетона, армированного базальтопластиковыми стержнями и базальтопластиковыми сетками, и замоноличенных в несущую плиту композитобетонных элементов - полушпал, которые объединены попарно в единую шпальную конструкцию с помощью продольного арматурного каркаса из базальтопластика, при этом в качестве композитобетона используют фибробетон с минеральными добавками и модифицированный фуллеренами.
На чертеже фиг. 1 представлено схематическое изображение разработанной полезной модели в разрезе, где 1 - несущая плата из монолитного композитобетона; 2 - композитобетонная полушпала; 3 - арматурный каркас полушпал; 4 - арматура несущей плиты; 5 - подрельсовая площадка.
Разработанная конструкция непосредственно воспринимает нагрузку от промежуточных рельсовых скреплений или подрельсовых опор, перераспределяет, упруго перерабатывает и передает ее на несущий слой или непосредственно на нижнее строение пути, обеспечивая заданную точность положения рельсовой колеи в плане и профиле.
Монолитная композитобетонная основа несущей плиты и композитобетонные полушпалы выполнены из фибробетона с повышенными характеристиками долговечности. Применяют оптимальный состав фибробетона, который отличается содержанием комплекса эффективных активных минеральных добавок, блокирующих агрессивные компоненты цементного камня и в совокупности с наличием арматурного каркаса из базальтопластика, обеспечивается повышенная коррозионная стойкость и соответственно долговечность конструкции в целом.
Добавки могут быть органическими или неорганическими веществами, вводимыми в бетонные смеси в процессе их приготовления с целью направленного регулирования их технологических свойств и/или строительно-технических свойств бетонов и растворов, и/или придания им новых свойств.
Очевидными преимуществами бетонов, модифицированных углеродным наноматериалом, являются значительное увеличение прочности на сжатие и изгиб, увеличение морозостойкости и водонепроницаемости за счет уплотнения структуры бетонов. При введении в смесь, наноразмерные частицы играют роль зародышей структурообразования наноармирующего элемента, центров зонирования новообразований в матрице модифицированной фибробетонной смеси, направленное на улучшение физико-механических свойств за счет компонентов, упрочняющих структуру фибробетона на микро- и наноуровнях (Кандидат технических наук Алаторцева Ульяна Владимировна, автореферат диссертации Конструкционные сталефибробетоны, модифицированные комплексными углеродными микро- и наноразмерными добавками). В качестве основы материала может быть использована ФИБРОБЕТОННАЯ СМЕСЬ для получения фибробетона по патенту РФ 2386599.
При армировании в качестве продольной арматуры для шпальной конструкции, а также в качестве арматуры сеток несущей плиты, используют базальтопластиковую арматуру ROCKBAR.
В качестве матрицы композитобетона шпал и несущей плиты применяется фибробетон класса прочности не менее В 40. В качестве фибры применяют базальтовую фибру, в качестве вяжущего применяют портландцемент, при этом добавки для бетона, модифицированного фуллеренами, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 24211.
1
Марка бетона по морозостойкости должна быть не менее F400.
Марка бетона по водонепроницаемости должна быть не менее W14.
Характеристики арматуры указаны в таблице.
Конструкция верхнего основания безбалластного пути успешно прошла испытания на прочность, жесткость и трещиностойкость, результаты удовлетворяют следующим требованиям:
а) разрушение произошло при нагрузке, более или равной контрольной нагрузке по проверке прочности (1,6 × Рк);
б) прогиб не превысил более чем на 10% контрольный прогиб при нагрузке, равной контрольной нагрузке по проверке жесткости (1,0 × Рк);
в) обнаружение появления первых поперечных трещин при нагрузке, более или равной контрольной нагрузке по проверке трещиностойкости (1,0 × Рк).
Таким образом, долговечность разработанной конструкции верхнего основания безбалластного пути обеспечивается за счет использования базальтопластиковой арматуры и фибробетона, модифицированного фуллеренами, с повышенными характеристиками долговечности и, как следствие, отсутствием электрокоррозии.
Конструкция верхнего основания безбалластного пути обладает термостойкостью, высоким модулем упругости, отсутствием усадочных трещин, химической стойкостью к микроорганизмам, щелочным и кислым средам, высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью и вибрационной стойкостью.
Долговечность обеспечивается за счет:
отсутствия стальной арматуры и, как следствие, отсутствием электрокоррозии;
фибробетона, модифицированного фуллеренами с повышенными характеристиками долговечности и стойкости к ударным и вибрационным воздействиям;
отсутствия усадочных трещин;
термостойкости;
высокого модуля упругости;
химической стойкости к микроорганизмам, щелочным и кислым средам;
вибрационной стойкости;
повышенной сейсмостойкости;
высокой водонепроницаемости;
высокой морозостойкости;
уменьшения взрывного откалывания фибробетона при пожаре.