книги из ГПНТБ / Коррозия и защита сооружений на электрифицированных железных дорогах

качественное изготовление конструкций, строгое соблюдение технологии производства, организация объективного контроля качества готовых изделий на заводах;

периодический контроль состояния опор и фундаментов в процессе эксплуатации;

проведение мероприятий по снижению потенциалов рельсо­ вых сетей;

своевременный ремонт поврежденных конструкций; выявление конструкций, потерявших несущую способность,

и их замена.

Меры, обеспечивающие устойчивость бетона к агрессивным воздействиям вод и грунтов, общеизвестны и сводятся в основ­ ном к повышению плотности бетона, применению сульфатостойких цементов, нанесению на подземную часть фундаментов и опор гидроизоляции.

Для устойчивости опорных конструкций против атмосфер­ ной коррозии арматуры необходимо исключить возможность образования микро- и макропар. Этого можно добиться за счет применения более плотных бетонов, достаточного защитного слоя бетона, отсутствия оголений арматуры, нанесения допол­ нительных защитных покрытий в заводских условиях.

В этой связи остро стоит вопрос о повышении качества из­ готовления конструкций.* Данные последних лет свидетельст­ вуют о том, что несмотря на ряд принятых мер качество по­ ставляемых железобетонных опор и фундаментов остается низ­ ким. Имеют место массовые отказы дорог в приемке поставляе­ мых опор и фундаментов.

Необходимо в процессе надзора за качеством строительства следить, чтобы выполнялись требования проектов в часли марки бетона и его плотности. Опоры и фундаменты, имеющие сколы бегона, трещины, выходящую на поверхность опор или фунда­ ментов арматуру, не должны допускаться к установке.

Все закапываемые фундаменты и анкеры должны иметь би­ тумное покрытие, выполняемое в соответствии с действующими техническими условиями. Фундаментная часть нераздельных опор всех типов должна также иметь изолирующее битумное по­ крытие в соответствии с указаниями действующего типового проекта независимо от того, в каких грунтах опоры устанавли­ ваются.

Для блочных фундаментов металлических опор гибких по­ перечин, имеющих толщину защитного слоя бетона более 35 мм и устанавливаемых в неагрессивных грунтах, гидроизоляция не требуется.

Наличие и качество гидроизоляции на фундаментах или фундаментной части опор, как мероприятие по антикоррозион­ ной защите, должно фиксироваться в актах на скрытые работы.

В последние годы широко используются свайные фундамен­ ты под металлические опоры гибких поперечин. Во избежание

60

глухого соединения анкерных болтов с арматурой ростверков ■свайных фундаментов в типовых проектах предусмотрена прок­ ладка между ними специальных сухариков. Однако были случаи, когда на заводах-изготовителях анкерные болты для крепления опор наглухо скреплялись с арматурой ростверков. При этом со­ здавались благоприятные условия для утечки тока с рельса че­ рез заземляющий проводник, анкерные болты и арматуру рост­ верка и, наконец, через арматуру свай в землю.

Особенно серьезно необходимо ставить вопрос о конструктив­ ных мерах, обеспечивающих повышение сопротивления верхнего пояса опор, как основного средства борьбы с электрической кор­ розией. Для железобетонных опор это легко выполнимо. Доста­ точно дополнить изолирующие втулки закладных деталей изо­ ляционными прокладками между торцами деталей и телом опоры или установить специальные фасонные изолирующие втулки (рис. 31,6).

В фундаменты металлических опор, для которых вероят­ ность электрической коррозии наибольшая, должны быть введе­ ны конструктивные элементы, изолирующие тело опоры от ан- "керных болтов и бетона фундаментов.

Для ограничения токов, стекающих с рельсов через цени за­ земления и арматуру, в процессе эксплуатации предусматри­ вают следующее:

доведение сопротивления верхнего пояса опор до 10000 Ом установкой прокладок под хомуты, окраской (несколько раз) хомутов с внутренней поверхности для железобетонных опор и изоляцией с помощью втулок и прокладок тела металлических опор от анкерных болтов и бетона фундаментов;

установку искровых промежутков (рис. 31,а) на каждой опоре и систематический контроль за их состоянием;

групповые заземления опор контактной сети с установкой на спуске заземляющего проводника искрового промежутка;

врезку дополнительных изоляторов в тросы гибких поперечин с заземлением отрезков тросов, между этими и существовавшими изоляторами на рельсы с изоляцией заземляющего спуска от опоры (рис. 31,в);

отсоединение заземлений опор от рельсов.

На металлических и железобетонных опорах, на которых установка искровых промежутков не допускается по требова­ ниям техники безопасности, рекомендуется монтировать допол­ нительные изолирующие элементы.

Искровой промежуток (ИП) в настоящее время является пока основным массовым элементом, обеспечивающим защиту опор контактной сети от электрокоррозии. Применяемый искро­ вой промежуток многократного действия на пробивное напря­ жение 200—800 В, как показал многолетний опыт эксплуата­

81

а — искровой промежуток ИПМ-62; б — изолирующие конструктивные элементы; б' — металлических опор от анкерных болтов фундамента; б" — за­ кладных деталей от бетона и арматуры железобетонных опор; в — нейтраль­

ная вставка, заземленная изолированно от опоры

изоляторов или срабатывании роговых разрядников, т. е. случай* когда ИП должен срабатывать (но в большинстве случаев он срабатывает однократно с оплавлением и свариванием медных электродов);

пробой от высокого напряжения со стороны рельсов, превы­ шающего пробивное напряжение ИП, при коротком замыкании на подвижном составе или контактной сети на рельс (случай, когда ИП не должен срабатывать); при этом ток пробоя ограни­ чен входным сопротивлением опоры и не может быть в самом худшем случае больше нескольких десятков Ампер, вследствие чего магнитное дутье не развивается и воздушный зазор замы­ кается капелькой расплавленной меди;

электрокоррозия медных шайб при перекрытии зазора вла­ гой (как правило, на зазоре наблюдается разность потенциалов до десятков Вольт, причем длительно). Выделение продуктов коррозии медных электродов снижает пробивное напряжение

.ИП, что делает его более уязвимым в отношении пробоя от по­ тенциала рельс—земля.

Перекрытия изоляторов на постоянном токе происходят крайне редко, поэтому по первой причине выходит из строя ограниченное количество ИП, установленных в основном на опо­ рах с роговыми разрядниками. Наиболее массовые повреждения ИП происходят по второй причине (от потенциала рельс—зем­ ля). Там, где ИП на длительный период остается без контроля, становятся существенными и коррозионные их повреждения.

При коротком замыкании на рельс и реально наблюдаемом уровне переходных сопротивлений рельс—земля возможны май-

82

\

симальные потенциалы порядка 500—600 В длительностью 0,04—

0,05 с.

Чтобы отстроить срабатывание ИП от этих потенциалов, в 1972 г. было принято решение поднять пробивное напряжение ЙП до 800—1200 В. При максимальном времени срабатывания ИП 0,008 с такое напряжение по технике безопасности допусти­ мо. Наблюдения, которые ведутся за новыми ИП, показывают, что надежность их в этом случае значительно повысилась. Под­ нятие уровня пробивного напряжения на существующих ИП достигается увеличением воздушного зазора до 0,1—0,11 мм за счет укладки двух-трех слюдяных прокладок. При этом значи­ тельно стабилизируется характеристика пробивного напряже­ ния, повышается устойчивость против перекрытия воздушного зазора влагой и продуктами коррозии и исключается выход из строя ИП из-за недоброкачественной слюдяной прокладки.

Перед установкой на опору каждый искровой промежуток необходимо проверить на отсутствие короткого замыкания в нем и соответствие уровня пробивного напряжения заданному. Про­ веряют мегомметром МС-06 на 2500 В и 1000 Ом следующим образом. К зажимным болтам искрового промежутка подклю­ чают параллельно мегомметр, высокоомный вольтметр и конден­ сатор емкостью 0,1 мкф на рабочее напряжение 1500 В (рис. 32).

Увеличивая постепенно число оборотов ручки мегомметра, наблюдают за стрелкой вольтметра. При исправном искровом промежутке стрелка вольтметра отклоняется в сторону увели­ чения напряжения до момента пробоя промежутка, после чего возвращается в исходное положение.

этом случае требуется разобрать промежуток, зачистить медные электроды от заусенцев и опилок, собрать его и вновь испы­ тать. Если пробой искрового промежутка наступает при напря­

83

опорах, несущих на себе ро­ говые разрядники или мач­ товые разъединители, реко­ мендуется изолировать тело опоры от цепей заземлений по схемам, представленным на рис. 33.

В последние годы выпол­ нены работы по созданию защит контактной сети, поз­ воляющих в перспективе от­ казаться от заземления опор на рельсы, что исключит ос­ новную причину разрушения опор. Принципы работы этих защит можно подразделить на две группы: бестросовые защиты и защиты с тросом.1 В первой группе на подстан­ ции на отходящих линиях

устанавливают датчики, которые по совпадению ряда характер­ ных признаков (определенный спектр гармоник тока фидера, появление переменной составляющей потенциала отсос—земля, наведенные напряжения в проводах связи и т. п.) определяют, что где-то на перегоне произошло перекрытие изолятора на опо­ ру, и отключают соответствующую линию. В тросовых системах опоры соединяют непосредственно или через датчик пробоя с тросом, заведенным на комплект защиты, установленный на тяговой подстанции. При коротком замыкании контактной сети на опору в тросе появляется напряжение, комплект защиты сра­ батывая дает сигнал на отключение соответствующей линии. Другой разновидностью тросовых систем является защита, при которой трос не заводят на подстанцию, а на перегоне подклю­ чают к специальному устройству (короткозамыкателю), вызы­ вающему при коротком замыкании контактной сети на опору вторичное глухое короткое замыкание контактной сети на рельс, отключаемое, как обычно, быстродействующими выключателя­ ми подстанции по максимальному току. И, наконец, наиболеепростой вариант защиты — соединение троса группового зазем­ ления с рельсами через полупроводниковый блок — диодный заземлитель (вместо искрового промежутка), способный пропу­ стить полный ток короткого замыкания не повреждаясь. В обыч­ ном состоянии блок препятствует протеканию тока с рельсов ъ опоры, выполняя защитные функции от электрокоррозии. Все описанные системы защит проходят широкую эксплуатационную, проверку и доработку в целях выявления их быстродействия,, селективности, помехоустойчивости и надежности.

84

§ 4. с о д е р ж а н и е о п о р и ф у н д а м е н т о в

В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Железобетонные опоры и фундаменты в силу особенностей; работы в атмосферных, почвенных и потенциальных условиях требуют в процессе эксплуатации строгого контроля за их со­ стоянием. В действующих «Правилах содержания контактной сети электрифицированных железных дорог» и в «Указаниях по содержанию, ремонту и защите от коррозии железобетонных опор контактной сети и фундаментов в условиях эксплуатации» изложены основные положения по содержанию опорных конст­ рукций.

Эксплуатационное обслуживание опор и их фундаментов включает: текущее содержание, текущий и капитальный ремон­ ты. В объем текущего содержания входит набор работ,-проводи­ мых со следующей периодичностью:

Выявленные в процессе осмотров неисправности и дефекты, которые могут привести к нарушению нормальной работы этих устройств, устраняют непосредственно после осмотра. Осталь­ ные работы включают в план проведения текущего или капи­ тального ремонтов.

Габариты опор измеряют рулеткой или специально изготов­ ленным шаблоном — рейкой.

Степень опасности электрической коррозии оценивают по нормам сопротивления цепи утечки на 1 В разности потенциа­ лов, определенной по потенциальной диаграмме, т. е. значение йз-‘ меренного сопротивления делится на величину потенциала рель­ са в месте установки опоры.

Но, как уже отмечалось, сопротивление току утечки железо­ бетонных опор значительно снижается от увлажнения. Напри­ мер, у опор с хомутами можно ожидать снижения этого сопро­ тивления в 30 раз. Учитывая то, что сопротивления цепи рельс— опора измеряют в основном в сухой период времени, то степень опасности электрокоррозии следует оценивать по среднегодовым

85

значениям. Оно может быть получено умножением измеренного в сухую погоду сопротивления на коэффициент, величина кото­ рого для Азербайджанской, Закавказской, Октябрьской, При­ балтийской, Северо-Кавказской, Приднепровской дорог состав­ ляет 0,2, а для остальных дорог — 0,3. Коэффициенты получены исходя из количества дождливых дней (с жидкими осадками) в году для всех дорог по справочнику «Климат СССР» (для пер­ вой группы — 40%, для второй — 25%).

Методики измерения сопротивления опор и потенциалов рельс—земля приведены в главе VII.

Надземную часть опоры осматривают по всей ее высоте с целью выявления дефектов и повреждений, определения разме­ ров и оценки их влияния на долговечность, несущую способность и деформативность конструкций.

Величина раскрытия трещин может быть определена микро­ скопом МПБ-2 или лупой Польди, а длина трещин — рулеткой.

Для оценки характера развития трещин во времени поперек трещины устанавливают гипсовую мерку длиной 50 мм, шири­ ной 20 мм и высотой 10 мм, а концы трещин отмечают краской или насечкой на бетоне.

Толщину поврежденного слоя бетона устанавливают штан­ генциркулем. Измеряют расстояние между наиболее выступаю­ щими кромками заполнителя и неповрежденным бетоном.

Относительную величину выкола бетона стенок центрифуги­ рованных опор определяют делением ширины выкола на пери­ метр опоры, измеренный рулеткой в сечении с выколом, а в дву­ тавровых опорах делением ширины выкола на ширину полки.

три категории:

I категория — дефекты и повреждения, наличие которых не оказывает существенного влияния на прочность и деформатив­ ность опор, не может повлиять на долговечность конструкций, снижая ее.

II категория — дефекты и повреждения, при которых дефор­

_дальнейшем увеличении которых прочность конструкции может

■8G

Подземную часть консольных железобетонных опор и фунда­ ментов осматривают в процессе их откопки. Фундаменты и опоры откапывают на глубину до уровня грунтовых вод или на 2/з от глубины заложения поочередно с боковых сторон, как пока­ зано на рис. 34 с уплотнением грунта при засыпке. Откопанные конструкции осматривают, их целостность определяют обстуки­ ванием молотком.

На участках постоянного тока откапывают опоры и фунда­ менты, находящиеся в анодных и знакопеременных зонах, на ко­ торых не были своевременно выполнены мероприятия по ограни­

8 7

§ 5. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ, ПУТЕПРОВОДОВ И ЭСТАКАД

Строительство железобетонных мостов получило широкое распространение. Много таких мостов имеется и на участках же­ лезных дорог, электрифицированных на постоянном токе, где они могут подвергаться электрической коррозии блуждающими токами. Мосты являются ответственной конструкцией, от состоя­ ния которых во многом зависит безопасность движения поездов. Поэтому определение степени опасности разрушения является для них немаловажной задачей. ‘

С целью определения опасности коррозии блуждающими то­ ками было обследовано 18 железобетонных мостов длиной до 20 м и 5 мостов—от 30 до 1500 м, расположенных в различных зонах потенциалов рельсов. На всех обследованных мостах оп­ ределяли величину блуждающего тока в арматуре. Для этого на устоях и пролетных строениях, где возможен был вход или вы­ ход блуждающего тока, измеряли потенциал арматуры лампо­ выми вольтметрами относительно свинцового неполяризующегося электрода.

Измерения показали, что на коротких мостах изменение по­ тенциала арматура—бетон наблюдалось только там, где по тем или иным причинам имелась металлическая связь арматуры с рельсами. Там, где не было такого сообщения даже при боль­ ших значениях потенциалов рельс—земля, блуждающие токи не вызывали изменения потенциала арматура—бетон. Получен­ ные величины были в пределах значений гальванических по­ тенциалов арматура—бетон 0,25—0,48 В (относительно свинцо­ вого неполяризующего электрода). Было сделано заключение, что на железобетонных мостах длиной до 20 м опасными явля­ ются только токи утечки через сообщение арматуры с рельса­ ми; затекания опасного блуждающего тока в арматуру таких мостов не наблюдается. На железобетонных мостах большей длины было обнаружено изменение потенциала арматуры в за­ висимости от тяговой нагрузки. Но изменение потенциала арма­ туры говорит только о наличии блуждающего тока в ней, а чт,о- _бы установить, существует ли опасность электрокоррозии, не­ обходимо знать плотность тока утечки с арматуры в бетон. Прямых способов, определяющих эту величину, в настоящий момент пока не существует, ее можно выявить только косвен­ ным путем. Для того, чтобы установить, существует ли опас­ ность электрокоррозии на обследованных мостах, были внача­ ле определены для них величины безопасного тока утечки как произведение безопасной плотности тока утечки с арматуры в бетон (0,6 мА/дм2) на поверхность арматуры, находящейся в анодной зоне, взятую по чертежам. Во всех случаях принима­ лось, что утечка тока происходит с половины поверхности на­ ружного слоя арматуры, находящейся в подземной части:-Затем

8 8