Шпала ШС-АРС

Шпалы железобетонные – это специальные балочные конструкции, которые применяются при строительстве железнодорожной колеи в качестве опор для рельсов, по которым перемещается типовой подвижной состав с нагрузками и скоростями, установленными для общей сети железных дорог, без ограничения по грузонапряженности. Шпалы обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление, которое исходит от рельсов и проезжающего по ним транспорта, от промежуточных креплений, и передают его на подшпальное основание (в железнодорожном строительстве это, как правило, балластный слой, в метрополитене – бетонное основание).

Первые упоминания о колейных дорогах из рельсов и шпал относятся к середине XVI века. Рельсы представляли собой деревянные брусья и применялись в рудниках и угольных шахтах, по которым перемещались вагонетки. Деревянные брусья быстро изнашивались, что приводило к тому, что повозки, проходящие по рельсам, сходили с пути. Для того чтобы уменьшить износ, деревянные рельсы стали укреплять полосами, которые укладывались поперек колеи. Срок службы деревянных рельсов и шпал, в зависимости от типа древесины, внешних условий и интенсивности эксплуатации, составлял от семи до сорока лет. Несмотря на такие достоинства, как упругость, хорошее сцепление с щебеночным балластом, легкость обработки, существовал главный недостаток – дерево в местах крепления рельсов и шпал просто гнило из-за накапливающейся влаги. Первая железнодорожная колея, выполненная полностью из чугуна, появилась в XVIII веке, в Петрозаводске.

Тем не менее, учитывая развитие железнодорожного транспорта (появление быстроходных составов, увеличивающаяся скорость передвижения), инженеры столкнулись с быстрым износом чугунной колеи. С открытием новых сплавов на основе металла было установлено, что рельсы из стали меньше и равномернее подвергаются износу по сравнению с другими металлами. С тех пор и по настоящее время во всех мире применяются только стальные рельсы. В годы Великой Отечественной войны (1941-1945 гг.) развитие железных дорог было приостановлено. Однако после нее, в ходе выполнения работ по восстановлению железнодорожного транспорта, были предложены нововведения, призванные усилить железнодорожные пути – бесстыковой путь колеи, снижающий удельное сопротивление движению поездов, расходы электроэнергии и топлива, и железобетонные шпалы, срок службы которых достигает порядка 60 – 70 лет. Сегодня, в строительстве железных дорог применяются исключительно железобетонные шпалы.

Какие же есть преимущества у железобетона в качестве материала для изготовления шпал? Во-первых, долговечность железобетона, позволяющая подвергать шпалы длительной эксплуатации. Во-вторых, высокая степень механической прочности, благодаря которой железобетонные шпалы имеют повышенную несущую способность и могут сопротивляться многочисленным и длительным нагрузкам без потерь первоначальных физических свойств. Помимо этого, железобетонные шпалы устойчивы к агрессивным факторам окружающей среды, в том числе – к влаге, гниению. Простота конструкций высокотехнологична – их можно использовать повторно. По сравнению с другими материалами (дерево, металл) шпалы легко справляются с высокой степенью грузонапряженности. Это основные и очевидные причины высокой актуальности железобетона в сфере строительства.

Железнодорожные железобетонные шпалы представляют собой цельнобрусковые балки специального профиля, имеющие переменное сечение. В конструкции шпал предусмотрены специальные площадки, которые позволяют производить монтаж рельсов, а также отверстия для установки крепежных болтов для рельсошпального крепления, что позволяет также использовать промежуточные скрепления железобетонных шпал. В последнее время для скрепления рельсов и шпал все чаще используется анкерное соединение.

Шпалы в зависимости от типа рельсового скрепления подразделяют на:

• тип I – для раздельного клеммно-болтового рельсового скрепления с резьбовым прикреплением рельса и подкладки к шпале;
• тип II – для нераздельного анкерного рельсового скрепления с безрезьбовым прикреплением рельса к шпале;
• тип III – для нераздельного клеммно-болтового рельсового скрепления с резьбовым прикреплением рельса к шпале.

Шпалы железобетонные подразделяются на классы по наличию или отсутствию электроизолирующих характеристик и виду используемой арматуры напрягаемого типа. По электроизолирующ
им параметрам шпалы железобетонные выпускаются следующих типов:

• изолированными. Предполагается установка специальных вкладышей изолирующего типа, которые называются пустообразователями;
• неизолированными. Наличие вкладышей не предусмотрено.

По применимости в кривых участках железнодорожного пути разного радиуса шпалы всех типов относят к двум видам:

• для прямых и кривых участков железнодорожного пути радиусом 350 м и более;
• для кривых малого радиуса (менее 350 м) и переходных кривых.

Также основными признаками, по которым выполняется классификация изделий, являются степень трещиностойкости, качество, а также точность геометрических параметров данного типа железобетонных изделий. Принято выделять шпалы 1го и 2го сорта. Шпалы из железобетона второго сорта имеют более низкую степень трещиностойкости, меньшие требования к геометрическим параметрам изделия, пониженное качество изготовления, что обуславливает возможность использования только при обустройстве подъездных и внутризаводских железнодорожных путей пятого класса, которые отличаются невысокой степенью нагрузки и интенсивности эксплуатации.

Железобетонные шпалы изготавливаются в соответствии с номами и требованиями, установленными ГОСТ 10629-88 и ГОСТ Р 54747-2011, из тяжелого бетона класса прочности на сжатие не ниже В40 (по ГОСТ 26633). Фактическая прочность бетона (в проектном возрасте, передаточная и отпускная) должна соответствовать требованиям ГОСТ 13015.0. Нормируемую передаточную прочность бетона следует принимать равной 32 МПа (326 кгс/см2). Отпускную прочность бетона принимают равной передаточной прочности бетона. Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже F200. 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.

Железобетонные шпалы армируются предварительно напряженной арматурой, для придания дополнительной прочности, необходимой для железнодорожных путей с большими динамическими нагрузками.

Согласно ГОСТ 10629-88 в качестве арматуры шпал применяется стальная проволока периодического профиля класса Вр диаметром 3 мм по ГОСТ 7348 и ТУ 14-4-1471-87. Номинальное число арматурных проволок в шпале – 44. Расположение проволок, контролируемое на торцах шпалы, должно соответствовать проекту. 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. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем применять проставки, отличающиеся от проектных.

Согласно ГОСТ Р 54747-2011 для армирования шпал следует применять: стальную холоднодеформированную проволоку гладкую и периодического профиля диаметром от 3 до 8 мм, не ниже класса прочности В1200; холоднодеформированную арматуру гладкую и периодического профиля диаметром от 8 до 10 мм, не ниже класса прочности 1400К; горячекатаную и термомеханически упрочненную гладкую арматуру и периодического профиля диаметром от 8 до 10 мм, не ниже класса прочности А1200К; арматурные канаты диаметром от 6 до 14 мм, не ниже класса прочности К1500К. Гладкая арматура может применяться только с концевыми анкерами. Диаметр и класс прочности арматуры, число и расположение арматурных элементов, отклонения от номинального числа арматурных элементов и величина начального натяжения всей арматуры должны быть указаны в технической документации на изделие. Допускается по согласованию с заказчиком применять другие виды арматуры.

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. Во второй группе указывают вариант исполнения подрельсовой площадки.