基于檢測結果的預應力混凝土軌枕質量分析

宋瑞 趙柯 楊全亮 張忠凱 王丹 于兆華

1.中國鐵道科學研究院集團有限公司標準計量研究所，北京 100081；2.中鐵檢驗認證中心有限公司，北京 100081；3.中國國家鐵路集團有限公司科技和信息化部，北京 100844

混凝土軌枕［1］具有節約木材、使用壽命長、鋪設軌道質量好、維修工作量少、費用低等優點。在高速鐵路、重載鐵路［2-3］等線路上應用時，其性能顯著優于傳統木枕，同時其產品特性也決定了在某些方面存在質量瑕疵的可能。混凝土軌枕按配筋方式分為預應力混凝土軌枕和非預應力鋼筋混凝土軌枕，按軌道線路形式分為有砟軌道用混凝土軌枕和無砟軌道用混凝土軌枕，按軌道線路上使用部位分為常規軌枕、橋枕、岔枕［4］、過渡段軌枕、電容枕［1，5］等。軌枕鋪設在道床上，其作用是：①承受由鋼軌傳來的荷重、橫向力和縱向力，將其均勻地傳布在道床上；②固定兩根鋼軌位置，保證軌距；③固定鋼軌方向，使鋼軌不因受力的作用而產生縱向及橫向位移。軌枕存在質量問題會影響整個線路的運營，更換起來會浪費大量的人力物力，給線路造成嚴重影響，因此軌枕產品質量對鐵路安全十分重要。通過加強各環節軌枕的質量檢測力度，督促企業提高產品質量，對于提高線路的使用年限，降低運營成本十分必要。本文依據委托檢測［6-8］、認證檢測、監督抽查檢測結果對軌枕質量問題予以分析。

1 委托檢測情況

1.1 生產企業委托送樣檢測

生產企業因內部質量控制、產品研發創新等需要，委托有資質的第三方機構進行產品檢測。通過對2016—2021 年中鐵檢驗認證中心有限公司承擔的檢測數據進行分析，發現不合格的檢測項目以靜載抗裂強度、疲勞強度和破壞強度居多，外形尺寸不合格較少。2016—2021年的生產企業委托送樣檢測廠項、不合格廠項數量和合格率見表1，各型號不合格數量見表2。

表1 生產企業委托送樣檢測廠項、不合格廠項數量和合格率

表2 各型號不合格產品數量

從表1可見，2018年軌枕檢測合格率僅為91.3%，為6 年統計數據的最低值，原因不排除與2017 年9 月1 日軌枕生產許可證由國家質檢總局審批發證下放至省級質監部門審批發證有關。2019 年用戶單位有針對性地轉換了軌枕的質量管控要求，從而提升了產品質量合格率。從2020年開始，用戶單位將軌枕納入批檢驗收管理，進一步加強產品質量管控。

從表2 可見，新Ⅱ型軌枕出現不合格的概率較高，由于新Ⅱ型軌枕設計富裕量偏小，所以在生產過程中出現預應力鋼絲位置或軌枕的斷面高度偏差、預應力鋼絲材質問題等，均有可能導致軌枕靜載抗裂強度不合格。

1.2 用戶委托抽樣檢測

用戶因內部質量控制需要，委托有資質的第三方機構進行產品隨機抽樣檢測，目的是了解庫存產品質量總體情況。2018—2021 年，CRCC 完成受用戶委托抽樣檢測的23 廠項，用戶委托抽樣檢測的廠家數量、不合格廠項數量和合格率見表3。可見，2020 年軌枕合格率較低，僅為33.3%。檢測暴露出來的問題主要是標識遺漏，疲勞強度和破壞強度不達標，上排預應力鋼絲距軌頂面距離、各斷面高度和最上與最下兩排預應力鋼絲之間距離不合格。

表3 用戶委托抽樣檢測的廠項、不合格廠項和合格率

1.3 用戶委托按批抽樣檢測

用戶因質量驗收需要，委托有資質的第三方機構對產品按批次抽樣檢測，目的是了解生產企業供貨的產品質量是否達到入庫標準要求。2020年和2021年，CRCC共完成軌枕按批抽檢366批次，涉及建設項目共計67 個，生產企業34 家，常規軌枕和岔枕不合格率見表4。常規軌枕疲勞、常規軌枕靜載和岔枕箍筋數量的合格率見表5。可知，各常見不合格檢測項目的不合格發現率顯著降低。逐批抽檢驗收對成品質量的提高效果顯著。

表4 常規軌枕和岔枕不合格率

表5 用戶委托按批抽樣檢測的各檢測項目合格率

2 企業自愿性產品認證檢測情況

以認證為目的而進行的檢測，是由認證機構對一個或多個代表性產品，通過一系列檢測來證明其與相關標準的符合性。2018 至2019 年6 月，CRCC 完成企業自愿性產品認證檢測46 廠項，均未發現不合格，軌枕認證檢測的合格率一直穩定在較高的水平，說明各生產廠家完全有能力生產出合格的軌枕。未發現認證檢測不合格，原因不排除樣品是生產企業為提高檢測合格率而特別生產的小批量產品。但是在檢測過程中存在部分預應力鋼絲位置、保護層厚度和斷面高度接近于極限偏差的有10 廠次，有3 個廠次在靜載抗裂強度試驗中發現裂紋，說明仍存在質量風險。認證檢測發現的質量風險項目和存在風險廠項數及風險率見表6。

表6 認證檢測發現的質量風險項目及存在風險廠項數及風險率

3 政府監督抽查結果通報情況

產品質量監督抽查是國家產品質量監督部門及地方產品質量監督部門按照產品質量監督計劃，定期在流通領域抽取樣品進行監督檢查，了解被抽查企業及其產品的質量狀況，并按期發布產品質量監督抽查公報，對抽查的樣品不合格的企業采取相應處理措施的一種國家監督活動。

國家鐵路局2019—2020 年公布了11 廠項的軌枕產品監督抽查結果，其中9廠項合格，2廠項不合格，合格率82%，監督抽查覆蓋Ⅲc型、ⅢaD 型、Ⅲqc型軌枕和岔枕產品，不合格項目為Ⅲc型、ⅢaD 型軌枕的靜載抗裂強度。

國家市場監管總局2019 年公布了19 個省（區、市）30 家企業生產的30 批次軌枕產品抽查結果，其中13 批次產品不合格，合格率為57%。這次專項抽查重點對軌枕產品的疲勞強度和破壞強度、產品標識、兩承軌槽外側底腳間距、同一承軌槽底腳間距等4 個項目進行了檢驗，不合格項目涉及疲勞強度和破壞強度、產品標識，不合格率見表7。

表7 專項抽查中不合格率

4 軌枕不合格原因分析

通過試驗數據分析，產品認證檢測合格率100%，說明生產企業具備生產合格產品的能力；監督抽查和用戶委托抽樣檢測合格率在不同年度有上下波動，體現批量生產后產品質量存在波動；用戶委托按批抽檢合格率逐年提升，說明批檢對企業提升產品質量的督促作用明顯；用戶委托送樣檢測合格率在95%上下波動，說明企業在研發和產品升級時會開展委托送樣檢測，同時產品提升過程中可能存在檢測不合格的情況。軌枕產品的監督管理制度變化包括從執行國家生產許可證管理，到下放到省級市場監督部門審批發證，再到2019 年取消生產許可證管理；從2018 年開始自愿性產品認證檢測到2019 年暫停。目前僅靠政府監督抽查及用戶委托隨機抽樣檢測和按批抽樣檢測來控制產品質量，所以軌枕產品在2018 年和2020 年出現短期質量波動。綜合以上信息，對軌枕不合格的原因進行基本推斷。

4.1 軌枕產品標識不合格的原因

生產廠家在年份更替時未及時更換年牌號，在生產過程中軌枕標牌脫落未及時安裝，導致軌枕標識不正確或無標識。

4.2 靜載抗裂強度檢測項目不合格的原因

靜載抗裂強度是一個綜合性指標，其不合格涉及因素比較多，包括混凝土強度不夠、有效張拉應力不足、預應力筋位置不準確。影響混凝土強度的因素有：①混凝土原材料發生變化；②振搗過度；③養護溫度過高。影響張拉力有效性的因素包括：①張拉設備未及時校驗，力值失準；②在張拉時未及時鎖緊張拉螺母。預應力筋位置不準確的影響因素包括：①初始張拉力過大造成錨固板安裝不到位；②鋼模板變形造成預設拱度不準確。

4.3 疲勞強度和破壞強度不合格的原因

混凝土強度不足、超張拉和預應力鋼絲缺陷是造成軌枕疲勞強度和破壞強度不合格的主要原因。軌枕生產時，企業為了保證靜載抗裂強度滿足標準要求存在故意超張拉的行為，也存在張拉設備不準確造成超張拉現象。預應力鋼絲抗拉性能通常能滿足標準要求，但預應力鋼絲的局部缺陷在鋼絲進場驗收時不容易被發現，造成軌枕在承受200 萬次疲勞試驗的過程中斷裂。

4.4 箍筋數量不足的原因

檢測發現岔枕存在箍筋數量不足的問題，常規軌枕未發現。主要原因是常規軌枕箍筋數量明確，而岔枕箍筋數量需要生產企業的技術人員根據每根岔枕長度和箍筋間距計算箍筋數量，當計算結果為非整數時取舍不正確，造成箍筋安裝數量不足；Ⅰ、Ⅱ型箍筋安裝數量不正確是造成岔枕箍筋數量不足的另一個主要原因；也存在生產企業故意少安裝箍筋的可能。

4.5 鋼絲位置不合格的原因

軌枕在生產過程中鋼模端頭的錨固板在張拉前未安裝到位鋼模預設拱度不準確等因素導致軌枕上排鋼絲距軌枕頂面的距離不合格。錨固板和分絲板孔位不準確，使用周期過長孔徑擴大，是造成鋼絲間距不滿足標準要求的主要原因。

4.6 各斷面高度不合格的原因

在軌枕生產過程中加壓蓋板有其重量和尺寸，在加壓震動過程中加壓蓋板可能會將模型內的混凝土擠出，各模型內混凝土布料體積等因素可能導致軌枕斷面高度不合格。

5 結論與建議

檢測標準要求的技術指標一般是模擬產品最嚴苛的使用情況或預留有一定的安全余量，所以檢測不合格不代表產品在實際使用中一定會出現問題，實際使用中一般不會達到最嚴苛的條件。當然產品檢測合格率越高對現場使用越有益處，為了能使軌枕產品的質量始終處于較高的水平，建議如下：

1）軌枕產品質量控制的主體是生產企業，只有通過良性競爭，激勵生產企業建立自我約束機制并不斷追求提高質量管理水平，在生產階段管理好“人、機、料、法、環”等關鍵要素，才能為產品質量的持續提升打好堅實基礎。

2）加快加大力度開展軌枕產品的逐批抽檢驗收工作，促使生產企業按需對工裝模具予以更新，讓不能持續生產合格產品的生產企業被市場和用戶淘汰，給軌枕市場營造良好的市場環境。

3）增加用戶抽樣檢測的頻次，通過終端市場的抽樣檢測控制產品質量，避免生產企業惡意低價中標后不能持續提供合格產品，避免“劣幣驅逐良幣”的現象，引導產品價格和質量達到平衡。

4）引導啟動軌枕產品認證工作，提高軌枕生產企業工裝設備配置水平，引導企業用科技手段控制產品質量，使生產企業具有能持續保證生產合格產品的能力。

5）對于新建線路或老舊線路改造，建設單位應嚴格按照驗收標準要求，在施工現場隨機抽取一定數量的軌枕進行檢測，將問題產品排除在安裝使用前，保證線路運營使用的軌枕產品質量得到有效控制，避免在線路開通后出現質量問題。