项目1　支柱和基础的检修与安装

任务1　支柱和基础的认识与检查

1.1　工作任务

【任务简介】

任务名称：支柱和基础的认识与检查

任务内容：按照《接触网运行检修规程》的要求在接触网演练场上完成支柱和基础的认识与检查操作。

【任务要求】

知识要求：1.掌握接触网支柱的用途、分类及使用范围；

2.掌握接触网支柱检调的相关标准；

3.掌握接触网支柱检调步骤及注意事项。

能力要求：1.会利用线坠、激光测量仪等进行支柱倾斜度的测量；

2.能根据测量结果对支柱进行调整；

3.会用水泥砂浆修补支柱或进行支柱的更换。

态度要求：1.能主动学习，在完成任务过程中发现问题，分析问题和解决问题；

2.能与小组成员协商、交流、配合完成本学习任务；

3.严格遵守安全规范。

1.2　相关知识

在接触网结构中，支柱是最基本、应用最广泛的支撑设备。接触悬挂被支柱支持在线路上方，支柱承担着接触悬挂与支持装置的全部负荷。

1.支柱按材质分类

按照材质不同，接触网支柱主要分为预应力钢筋混凝土支柱和钢柱两种。一般在区间及站场单根定位，五股道及以下的软横跨以及25m以下硬横梁支柱采用钢筋混凝土支柱，五股道以上的软横跨支柱，桥梁以及25m以上硬横梁支柱采用钢柱。

（1）预应力钢筋混凝土支柱

预应力钢筋混凝土支柱一般简称为钢筋混凝土支柱，现场又称水泥支柱。我国电气化铁路广泛采用预应力钢筋混凝土支柱。

由属性得知，混凝土抗拉能力不足，但抗压能力较好。正是鉴于这个原因，实际上不可能用单一的混凝土来加工承受弯矩的支柱，因此多采用配筋的方法来提高混凝土支柱的强度。预应力钢筋混凝土支柱采用高强度的钢筋，在制造时预先使钢筋产生拉力，支柱在安装使用之前，混凝土处于受压状态，而钢筋则处于受拉状态。当支柱承受负载以后，混凝土里将出现拉应力，它等于弯矩引起的拉应力与预压应力之差，这样，采用混凝土的负载能力就可使支柱的负载能力大大提高。受拉层里的钢筋的总张力等于预拉应力和弯矩作用引起的拉应力之和。但是这不会使支柱承受负载的能力受到什么限制，因为此时钢筋还远没有达到满载。

预应力钢筋混凝土支柱与钢柱相比，其优点是减少了金属材料的使用量、成本较低，使用寿命长，使用中无需进行维修。钢筋混凝土支柱的缺点是比较笨重，且经不起碰撞，因此在运输装卸和安装施工中应小心谨慎，在用吊车作业繁忙的站场上，也不宜采用钢筋混凝土软横跨支柱。

钢筋混凝土柱从外观形态上可分为矩形横腹杆式、等径圆支柱两种。横腹杆式支柱截面为工字形，采用带腹孔的横腹结构。这种结构便于上下攀登，利于维修和检查。同时针对接触网负载的方向性（一般垂直于线路方向承受一定方向弯距），在支柱受拉一侧配筋多，提高了高强度钢筋的利用率。但是生产这种支柱比较复杂，运输中容易损坏。矩形横腹杆式混凝土支柱是我国电气化铁道使用最为广泛的支柱类型。

钢筋混凝土支柱，按使用场合不同分为普通支柱和软横跨支柱，普通支柱结构如图1.1所示。

等径圆钢筋混凝土支柱是一种上下直径相等的圆形支柱。当支柱围绕自己的纵轴旋转，利用离心力的作用，混凝土浆喷洒到模型面上并能较好密实凝结。圆截面钢筋混凝土支柱的钢筋是按整个圆周均匀分布的，安装时不受方向性的限制，且受力均匀，损耗率低，制造长度比较灵活。这种支柱加工制造较容易，表面平滑，便于运输，缺点是钢筋材料的利用率较低，攀登支柱较困难，不利于维修。现在生产的主要有350mm和400mm两种直径的等径圆支柱。这种支柱目前在我国电气化铁路区段使用主要用作受力较大的锚柱、转换柱和硬横跨支柱。

按照钢筋混凝土支柱基础的设置方法，这种支柱可分为整体式和独立基础两种类型。对于整体式支柱，其地下部分起到了基础的效能，埋置深度一般为3m左右。对于具有独立基础的钢筋混凝土支柱，要设置专门的混凝土基础，这种支柱将会大大增加混凝土和钢材的耗量，而且需分两个阶段进行作业，提高施工成本。目前我国使用的横腹杆式混凝土支柱多属于整体式支柱，等径圆支柱多需要制作杯形混凝土基础或法兰盘连接基础。

在选择使用钢筋混凝土支柱时，要根据其使用的场合而定。由于腕臂支柱不具有顺线路方向的容量，不能用来代替锚柱。腕臂支柱分带预留孔的和不带预留孔的两种。选择时，应根据所采用的腕臂、拉杆底座而定。选择什么样的支柱，应充分考虑其使用场合，不能盲目选择。

预应力钢筋混凝土支柱的符号表达方式为：

其中　H——钢筋混凝土支柱；

1.8——垂直线路方向支柱容量（×10kN·m）；

8.7——支柱地面以上部分长度（m）；

2.6——支柱埋入地下部分的深度（m）。

用于下锚的钢筋混凝土支柱其符号表示方法为：

其中　4.8——垂直线路方向支柱容量（×10kN·m）；

25——顺线路方向支柱容量（×10kN·m）。

其他部分含义同前。

（2）钢柱

在接触网工程中，特别是较大站场上，钢柱被大量使用。钢柱是以角钢焊成的桁架结构，具有重量轻、强度高、抗碰撞、运输安装方便等优点，但存在用钢量大、造价高、耐腐蚀性能差，需定期进行除锈、涂漆防腐，且有维修不便等缺点。从节约钢材及方便运营维护的角度出发，要求尽量少采用。钢柱主要用于跨越股道比较多、需要支柱高度较高、容量较大的软横跨、硬横跨支柱和作为桥梁墩台上安装的桥支柱。根据安装地点的不同，钢柱的型号、规格及外形结构也不同。钢柱的结构如图1.2所示。

钢柱是立在以钢筋混凝土浇成的基础之上，基础用以稳定钢柱不倾斜及下沉。配合不同支柱类型及土壤性质，有不同基础类型以适应不同悬挂受力要求。钢柱通过埋入在基础当中的螺栓与基础连接，然后再用混凝土封住连接部分（称为基础帽）。

随着近年来硬横跨在我国电气化线路上越来越多的使用，出现了一些新的接触网钢柱类型，主要有GY系列桁架式硬横跨钢柱和R系列等径圆钢柱。前者主要通过螺栓同钢格构式矩形断面硬横跨配套使用，后者通过连接法兰和钢管格构式三角形断面硬横跨配套使用。

钢柱的符号及表达方法为：

其中　G——钢柱的符号；

5——垂直线路方向支柱容量（×10kN·m）；

9.5——钢柱的高度（m）。

用于下锚的钢筋混凝土支柱其符号表示方法为：

其中　25——横线路方向能承受的力矩（×10kN·m）；

4.8——顺线路方向能承受的力矩（×10kN·m）；

15——支柱高度（m）。

其他部分含义同前。

2.支柱按用途分类

支柱按其在接触网中的作用可分为中间支柱、转换支柱、中心支柱、锚柱、定位支柱、道岔支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱及桥梁支柱等几种。图1.3为以上各种支柱安设位置图。

（1）中间支柱

中间支柱在区间和站场上广泛使用，布置在两相邻锚段关节之间，支持一支接触悬挂。它承受一支工作支接触悬挂的重力及风作用于悬挂上的水平分力，中间支柱所承受的力矩比较小。

（2）锚柱

在接触网锚段关节处或其他接触网下锚的地方需设锚柱，锚柱承受两个方向的负荷，在垂直线路方向起中间支柱的作用，在顺线路方向，承受接触悬挂下锚的全部拉力。锚柱分为带下锚拉线和不带下锚拉线两种，分腿式钢柱用作锚柱时可不带拉线，其余锚柱用作下锚时均带拉线。

（3）转换支柱

转换支柱位于锚段关节处的两棵锚柱之间，它同时支持两支接触悬挂，其中一支为工作支，另一支为下锚支（简称非工作支），电力机车受电弓在两转换支柱间进行两个锚段线索的转换。它要承受接触悬挂下锚支和工作支线索的重力和水平力。

（4）中心支柱

在四跨锚段关节处，位于两棵转换支柱中间的那棵支柱称为中心支柱。它同时承受两组工作支接触悬挂的重力和水平力，两工作支接触线在此柱定位点处呈水平状，且使两支接触线的线间距离符合技术要求。

（5）定位支柱及道岔支柱

当接触线由于某些原因对受电弓中心偏移过大时，为确保电力机车受电弓正常接触取流不发生脱弓事故，而专门设立定位支柱。它通常仅承受接触线水平分力而不承受接触悬挂的垂直分力，一般多设于站场道岔后曲线处。由于受力较小可采用中间柱。

在站场两端道岔处，为使接触线线岔符合技术要求所规定的位置，该处往往需设立道岔支柱，根据支柱容量计算选择支柱类型。

（）软横跨支柱

软横跨支柱一般用于跨越多股道的站场上，由于受力较大，多选用容量较大的支柱。跨越五股道及以下的软横跨柱可用钢筋混凝土支柱，五股道以上软横跨则采用钢柱。

（7）硬横跨支柱

硬横跨亦称为硬横梁，多用于全补偿链形悬挂的站场上，一般是为固定承力索中心锚结绳而设立的。在某些特殊地段，如站场伸入高架桥梁上时，用双线路腕臂支柱或软横跨都不方便时，可考虑采用硬横跨。硬横跨支柱为钢柱。

1.3　任务实施（支柱及基础维护）

1.周期

支柱及基础维护周期为5年。

2.适用范围

适用于接触网支柱的检修、维护。

3.作业项目

支柱侧面限界、横腹杆式钢筋混凝土支柱、钢柱、环型等径预应力混凝土支柱、支柱基础。

4.技术标准

（1）支柱位置

①支柱的侧面限界应符合规定，允许误mm，但最小不得小于《技规》规定的限值。在直线上不小于2440mm，在曲线上应按曲内柱Cx=2440+40500/R+2h，曲外柱：Cx=2440+44000/R加宽。

②每组软横跨两支柱中心的连线应垂直于正线，偏角不大于3°；每组硬横跨两支柱中心的连线应垂直于正线，偏角不大于2°。

③支柱应尽量设在侧沟限界以外，若客观条件限制必须设在侧沟中，则应留有排水通道，支柱根部应用砂浆砌石加固。支柱埋设深度应符合设计要求，允许误差±100mm。

（2）支柱本体

①横腹杆式钢筋混凝土支柱表面应光洁、平整。横腹板破损应及时修补，翼缘破损和露筋不超过两根、长度不大于400mm应及时修补；露筋达两根以上但不超过4根且长度不超过400mm者可以修补后降级使用；露筋超过4根或者露筋长度超过400mm者均应及时更换。

支柱翼缘不得有横向、斜向和纵向裂纹。支柱翼缘与横腹板结合处裂纹及横腹板裂纹宽度不超过0.3mm时，要及时修补，大于0.3mm时应更换。

混凝土支柱破损不露筋者，可以用水泥砂浆修补后使用。

②环形等径预应力混凝土支柱表面应光洁平整，合缝处不得漏浆，不应有混凝土剥落、露筋等缺陷。横向裂纹宽度不超过0.2mm，长度不超过1/3圆周长，纵向裂纹宽度大于0.2mm但不超过1mm的支柱要及时修补；纵向裂纹宽度大于1mm的支柱应更换。支柱弯曲度不大于2‰，杆顶封堵良好。修补支柱破损部位的混凝土等级比支柱本身混凝土高一级。

③金属支柱及硬横梁各焊接部分不得有裂纹、开焊；主角钢弯曲不得超过5‰，副角钢弯曲不得超过两根；锈蚀面积不得超过10％。

整正支柱使用的垫片不得超过3块。每块垫片的面积不小于50mm×100mm。

（3）支柱倾斜率。接触网各种支柱，均不得向线路侧和受力方向倾斜。

安装在曲线外侧及直线上的支柱，在垂直线路方向要向受力的反向倾斜。腕臂柱的外倾斜率为0～0.5％。软横跨支柱的倾斜率：高度13m的支柱为0.5％～1％；高度15m及以上的支柱为1％～2％。硬横跨支柱应保证垂直于地面。

曲线内侧的支柱、装设开关的支柱、双边悬挂的支柱、硬横跨支柱均应直立，允许向受力的反向倾斜，其倾斜率不超过0.5％。

支柱在顺线路方向应保持铅垂状态，其倾斜率不超过0.5％。锚柱应向拉线方向倾斜，其倾斜率不超过1％。

（4）金属支柱及硬横梁应在安装前进行彻底的防腐处理（例如热镀锌等），使之在运营中不需再进行全面的防腐维修也能保证安全运行。支柱漆面剥落时应根据具体情况进行局部补漆。金属支柱及硬横梁各焊接部分不得有裂纹、开焊，主角钢弯曲不超过5‰，副角钢弯曲不得超过2根。整正支柱使用的垫片不得超过3片。每块垫片的面积不得小于50mm×100mm。

（5）支柱基础面应高出地面（或站台面）100～200mm。基础外露400mm以上应培土，每边培土宽度为500mm，培土边坡与水平面成45°。基础帽完整无破损，支柱根部和基础周围应保持清洁，不应有积水和杂物。桥支柱地角螺栓应有基础防护帽，托架与接腿、支柱的连接应牢固可靠，螺栓应用双螺帽并涂防腐油。填方地段的支柱外缘距路基边坡的距离小于500mm时应培土，其坡度应与原路基相同。高填方地段培土困难、流失严重或土质强度不够者，应采用干砌片石或砂浆砌石加固，片石应挤压紧密、堆砌整齐，砂浆应饱满、标号符合规定。

（6）杯形基础。杯形基础内杯底距基础面的距离为1500mm；基础垂直于线路方向的中心线与线路中心线垂直，偏差不大于3°。杯形基础面应与路基面平齐，不得高于路基面，杯形基础面平整，外形尺寸及限界符合设计要求。田野侧的土层不得小于600mm，否则需进行边坡培土或砌石；路堑地段的基础外侧与水沟外侧的间距不得小于300mm。采用C15级混凝土。

（7）支柱拉线受力均衡，与地面的夹角一般为45°，最大不超过60°，拉杆的埋入深度符合要求，拉线应涂防腐油，锚杆涂防腐漆。

（8）支柱防护。道口两侧、经常有机动车辆运行的场所、装卸货物站台上等易被碰撞的支柱，均应设置强度较高的防护桩。其中，道口两边支柱防护桩的高度为2m。金属支柱不宜采用外围砖砌、内填石渣或砂土的封闭式防护方式，否则，应保证防护桩的防水处理质量，避免人为的防护桩内支柱锈蚀。因支柱而破坏水沟或其他隐蔽工程时应对其进行改移或修复，其质量不得低于原施工标准并做好完备的隐蔽工程记录。

5.作业组织

（1）人员：10人以上。

（2）工具：皮尺、丁字尺、倾斜仪、油刷、毛笔、灰抹子、手锤、铁锹、十字镐、钢丝刷、手扳葫芦、钢丝套、紧线器、桩锚、铝合金升降梯等。

（3）材料：红油漆、黄油、水泥、砂、横卧板、接地线夹、ф16铁线、ф10和ф12圆钢等。

（4）资料：平面布置图，支柱侧面限界记录等。

6.作业程序

（1）作业步骤

①观察支柱有无破损变形、露筋锈蚀等情况。

②测量支柱侧面限界是否符合规定，并做好记录。

③检查拉线有无断股、锈蚀及防腐油。

④检查支柱基础状态，并测量支柱倾斜度。

（2）处理方法

①腕臂柱的倾斜不符合要求

a.在支柱上距轨平面处安装正杆器。

b.开挖支柱根部（深度为1.5m左右），调整正杆器直到支柱倾斜符合要求，迅速回填夯实（必要时下横卧板），然后松开正杆器使支柱受力，并观察其受力情况。

c.拆除所有的工具，清理现场。

②锚柱倾斜的校正

a.支好铝合金梯，分别在两UT线夹外端1.0～1.5m处各安装一个紧线器，同时在靠UT线夹侧各上一钢线卡子防滑。

b.从锚杆环处穿钢丝套两根，通过紧线器连接挂好手扳葫芦（承锚3T，线锚2T）。

c.连接牢固后，两手扳葫芦要同步操作均匀受力。

d.观察支柱状态，当其受力逐步修正达到有关要求后，停止紧手扳葫芦，用活动扳手调整UT线夹外露长度尺寸，使之受力为止。

e.当调整UT线夹无法满足要求时，必须重新做回头。量好回头位置安装UT线夹，丝扣外露20mm。用ф1.6铁线绑扎回头，回头长度500mm，绑扎100mm，误差±10mm，回头误差±50mm。预留长度满足要求后用断线钳把剩余部分截断。

7.注意事项

（1）作业前要认真检查受力工具状态，确保其良好的性能。

（2）紧线器应在规定的位置安装牢固，避免手扳葫芦受力后紧贴在UT线夹上而无法调整。

（3）紧线过程中两手扳葫芦要同步操作，随时观察支柱受力变化情况，严防支柱受力不均衡产生断杆及其他意外情况。

（4）正杆器的各部分不得侵入机车车辆限界，支柱整正过程中防护人员应加强瞭望，确保检修和行车安全。

（5）操作整杆器手柄时要用力均匀两边协调进行，不得猛拉猛推以免折断支柱。

（6）在普通轨区段一般用正杆器利用钢轨做支点完成。在无缝轨区段由于钢轨应力受温度影响变化大，对钢轨施加外力有严格要求，只允许在钢轨锁定温度5°～10°范围内使用正杆器，具体施工方法应征得工务部门同意。

（7）支柱在机动车通过的路段应设防护墩。

1.4　拓展知识

1.H形钢支柱

H形钢支柱是由工字形钢优化发展而成的一种断面力学性能更为优良的经济型断面钢柱，其断面与英文字母“H”相同而得名，如图1.4所示。

H形钢支柱截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30％～40％；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25％。

其特点如下：

（1）翼缘宽，侧向刚度大。抗弯能力强。

（2）翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便。

（3）与焊接工字钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30％左右。

（4）相同截面负荷下，热轧H钢结构比传统钢结构重量减轻15％～20％。与混凝土结构相比，热轧H钢结构可增大6％的使用面积，而结构自重减轻20％～30％，减少结构设计内力。

H形钢柱具有机械性能和物理性能好，牢固，节约能源和环保的效果，主要用于铁路，桥梁，高速公路等。

2.薄壁离心钢管混凝土支柱

薄壁离心混凝土钢管塔外观与钢管杆相同，其结构是在加工好的薄壁钢管内，应用高速离心机将混凝土制成内衬的一种新型钢-混凝土复合结构，截面结构如图1.5所示。其中钢管外径不宜小于168mm，壁厚不宜小于3mm。混凝土管壁厚度不宜大于40mm，并与混凝土管径大小有关。

薄壁离心混凝土钢管电杆是介于传统的钢筋混凝土环形。电杆和钢管杆之间的一种新型钢混凝土复合结构，它既可以充分发挥钢和混凝土的这两种材料的物理力学性能，又可以避免这两种材料在单独使用时存在的弱点。外钢管可借助离心成型的混凝土内衬管增强管壁的局部稳定性，提高构件的抗压承载能力，防止钢管内壁腐蚀；内衬混凝土可借助钢管对混凝土的套箍作用，使混凝土处于双向和三向压应力状态，大大提高了其抗压强度和抵抗变形能力，并可以从根本上解决目前普通钢筋混凝土和预应力混凝土电杆普遍存在的裂缝问题，延长结构使用寿命。另外在造价方面，与传统钢筋混凝土电杆和钢管杆相比，也具有较为明显的优势。