CN1666825A - 一种铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法和产品 - Google Patents

Abstract

铁路废旧混凝土轨枕已经成为铁道两侧的严重污染源。本发明利用绿色再制造的理念与技术方法，将铁路沿线小城镇建设系统与铁路轨道维修系统设计成为一种人工生态技术系统；废旧混凝土轨枕再制造成为建筑物基础标准件，广泛适用于铁路沿线小城镇1－6层建筑物建设；通过技术经济分析和工程实例应用证明了该方案的可行性；系统的提出了从根本上解决废旧混凝土轨枕污染问题的技术方案；全面推广应用该项技术，可以消除废旧混凝土轨枕所造成的污染，节约资源，保护环境，有着巨大的经济和社会效益。

Description

一种铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法和产品

技术领域：

本发明属于土木工程领域，特别是涉及一种铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法和产品------建筑物基础标准件。

背景技术：

我们乘火车外出欣赏沿途风光时，铁路沿线飘落着塑料饭盒、塑料袋，以及被废弃的废旧的混凝土轨枕，总是大煞风景。塑料饭盒叫“白色污染”，铁路部门投入大量的人力物力，推广袋装垃圾，推广纸浆饭盒，目前“白色污染”基本上得到了遏制；塑料袋作为世界上最差的发明，是社会一大公害，至今仍无良好的解决办法；目前废旧混凝土轨枕对铁路沿线的污染还没有引起人们的广泛注意。铁路部门在线路两侧，将废旧枕作为铁道线路道床的挡渣墙，铺设铁道线路路基路肩，作为山区线路路基的挡土墙、沿线工区作为篱笆围墙；铁道线路两侧的大片葡萄园里，农民栽种象十字架样的混凝土轨枕作支架，在铁路涵洞里铺设路面……。这些集中在铁道线路两侧废旧混凝土轨枕的应用是很有限的，经常可见，大量的废旧混凝土轨枕被人就地砸取钢筋，而砸碎的混凝土弃渣散布沿线，或就地掩埋。目前，废旧混凝土轨枕已经成为铁路轨道的“垃圾”，对乘客的视觉的和沿线的土地已形成污染，并且造成巨大的资源浪费。

我国的予应力混凝土轨枕从研究、生产到推广应用，历时40年。2002年末国铁混凝土轨枕总数16251万根，累计铺设里程已达9万多公里，混凝土轨枕平均普及率76.6％，正线混凝土轨枕普及率85.6％。

废旧混凝土轨枕的来源有两个方面：

一、日常的轨道维修更换的失效混凝土轨枕

《铁道线路维修规则》3.3.5条规定混凝土轨枕的失效标准为：

1.明显折断；断口大于1mm。

2.纵向的裂纹基本贯通：缝宽大于0.5mm，或挡肩顶角处缝宽1.5mm。

3.横裂/斜裂接近环状，残余裂缝宽超过0.5mm，或长度超过2/3枕高。

4.挡肩破损，接近失去支撑能力，破损长度超过挡肩长度1/2。

5.严重掉块，露筋，无法修补。

混凝土轨枕失效的原因是制造工艺和材料、结构设计、养护、维修方面的因素引起的，理论上混凝土轨枕的设计寿命是50年，实际达不到这个要求，理论分析证明，繁忙干线II型混凝土轨枕年平均失效率为1.6％。根据国铁运营1996、1997、1998、2001、2002的统计资料计算，线路维修失效轨枕平均下道率为1.596％。按上述数据和表1、表2数据计算，国铁系统年轨道维修应更换的废混凝土轨枕为：混凝土轨枕年均失效下道数：16251×1.6％＝260万根；全国铁路系统年轨道维修应更换的轨枕(含木枕，平均公里铺设轨枕数1660根)为：轨枕年均失效下道数：141054.8×1660×1.6％＝375万根。考虑近几年国铁大规模提速，失效轨枕下道率会更高。所以每年我国铁路维修更换下道的混凝土轨枕每年约300万根。

                    我国2002年末铁路里程表

表1

郑州铁路分局2003年末轨枕分析表

表2

二、线路大修淘汰的混凝土轨枕：

目前我国主要类型轨枕见表3。我国已报废的混凝土轨枕见表4。

近年铁道部大面积提速已进行了4次；目前正在进行第五次准备，今年4月18日开始；届时时速160公里及以上的快速铁路达7700公里。近日铁道部又宣布要进行第6次大面积提速，提速干线列车时速将达到200公里；届时全国铁道快速线路总里程将达2万公里左右。目前提速线路主要是对既有线路进行维修改造。铁道部试行的《既有线提速技术条件》3.2条规定，提速线路轨枕采用III型和新II型混凝土枕，既有II型混凝土轨枕可保留使用。这意味着主要干线和普通轨道将迅速淘汰I型枕和以前各种杂型轨枕。

从近期看，铁道部5内实现2万公里的快速铁路的目标，每年线路大修和淘汰，倒换出的旧混凝土枕数为：4000Km×85.6％×1760根＝602万根。

从中期看，作为一项技术政策，普通线路保留改进II型混凝土轨枕，主要干线推广III型枕，假定在10年完成，2002年末国铁正线长10084.9/0.129＝78177.5公里，每年要淘汰混凝土轨枕数为：78177.5Km/10×85.6％×1760根＝1177.8万根。

从实际统计看，见表5。

混凝土轨枕主要技术参数表

                                       表3

序号	项目		单位	I	II	III
							1	轨枕长度		mm	2500	2500	2600
2	截面高度	轨下	mm	204	204	230
							中间	mm	165	165	185
		3	上下截面宽度	端部	mm
轨下	mm						165/275	165/175	170/300
				中间	mm	161/250				161/250	206/280
4	底面积						cm2	6588	6588			7720
			5	轨枕重量		kg				251	251		341
6	端面积						cm2	490	490			590
			7	混凝土体积		m3				0.106	0.106		0.136
8	用钢筋						kg	4.99	6.17			7.85
			9	张拉力		kN				267	330		422
10	设计弯距	轨下					kN.M		13.3			19.5
			中间		-10.5	-17.3
		11						抗裂弯距	轨下		15.6	19.3	27.9
中间			-10.6	-14.6	-23.5
						12	检验荷载		轨下	kN		170	210
中间		-110	-170
				13	最大轴重			T	25		25	25
14	最大速度		km/h				120			120			160
				15	轨枕配置			根/km	1840		1760/1840	1760
16	配套钢轨		kg/m				50/60			50/60			60/75
				17	通过总重			Mtkm/年				60-100

报废轨枕类型表

                                  表4

型号	长度mm	截面有效高度mm		予应力钢筋			张拉力kN	轨枕重kg
										轨下	中间	直径mm	根	重量kg
	弦15B	2500	200	145	Φ3	56									7.7	380	238
弦61A-II							2500	200	145	Φ3	36	4.99	267	240
	弦61A	2500	200	155	Φ3	36									4.99	267	240
弦65B							2500	200	175	Φ3	34	4.72	255	250
	筋69	2500	200	155	Φ8.2	4									4.32	271	235
弦69							2500	200	155	Φ3	34	4.72	255	235

郑州铁路分局线路大修换混凝土轨枕统计表

                                  表5

1997——2003			1984——1990
						年份	单位	数量	年份	单位	数量
1997	万根	4.00	1984	万根	6.16
						1998	万根	6.20	1985	万根	2.50
1999	万根	22.17	1986	万根	4.31
						2000	万根	37.10	1987	万根	2.80
2001	万根	35.10	1988	万根	1.77
						2002	万根	8.60	1989	万根	5.96
2003	万根	3.88	1990	万根	8.67
						小计	万根	117.05	小计	万根	32.19
年均	万根	16.72	年均	万根	4.60

上表中1997-2003实际大修淘汰率＝16.72/508.72＝3.3％。由此推测国铁2003年大修淘汰混凝土轨枕数＝16251×3.3％＝536万根。

根据铁路调查数据：国铁1991-1995年间年均线路大修、维修混凝土轨枕需求量是486万根；1999--2003国铁实际统计数据，混凝土轨枕年均增加478.2万根。

从远期看，铁道部2020年铁路规划目标营业里程要达到10公里，高速铁路专线1.2万公里，西部铁路网扩建1.6万公里。随着国家综合实力的增强和铁路投资体制的改革的深化，在新世纪城际高速铁路、城市轨道交通，国家铁路网和地方铁路都会以较快的速度发展，孙中山先生在上个世纪初提出建20万公里铁路的宏伟目标在本世纪中期可能实现。

总之，从近远期分析，随着铁路总量的增加，每年铁路维修失效废轨枕会逐年增加。大修淘汰的旧混凝土轨枕主要取决于混凝土轨枕的技术寿命；目前大量铺设的II型枕已普遍认为强度不够。根据以往的实际经验，估计技术寿命不会超过20年；2020年后，考虑技术进步因素，混凝土轨枕技术寿命按30年估计。全国铁路废旧混凝土轨枕资源预测见表6。

            全国铁路废旧混凝土轨枕资源预测表

表6

说明：

1.铁路年平均增长率：

表中2001-2010年铁路平均增长率按国铁2001年实际增长率1.63％，2010-2050年间铁路平均增长率按2.0％。

2.混凝土轨枕年平均递增率：

混凝土轨枕普及率表中上限取95％，年平均增长率取1％。

3.维修失效下道率：年均1.6％

4.混凝土轨枕技术寿命：按历史经验2020年前为20年，2020年后考虑技术发展为30年。

5混凝土轨枕大修淘汰率：1/20＝0.05＝5％  (年)     2000-2020年

                       1/30＝0.033＝3.3％(年)    2021-2050年

6.实际大修淘汰率：依据郑州铁路分局1997-2003年实际数字推算为3.3％。

7.年均废旧混凝土轨枕资源高限：维修失效枕数+预测大修淘汰数

8.年均废旧混凝土轨枕资源低限：维修失效枕数+实际大修淘汰数

依据上述各种途径分析，初步估计，每年全国铁路废旧混凝土轨枕资源量目前约500万根，中期约1000万根，远期约1500万根。本发明的目的是解决今后相当长时期废旧混凝土轨枕对环境造成的污染和资源浪费问题，所以下文均以1000万根/年均进行分析。

三、资源与浪费

                          年均1000万根废旧混凝土轨枕资源表

                                            表7

项目	单位	数量	单价(元)	价值(万元)	备注
						C58予应力混凝土其中：资源含量/M3混凝土废钢筋     6.17kg/根≤29石渣   0.8m3/m3325-#水泥 0.301T/m3中粗河沙   0.45m3/m3	万m3万T万m3万T万m3	106.06.1784.832.047.7	445.02500.037.0230.070.0	47170.015425.03137.67360.03339.0	按《予基》(5-4)基础C15钢筋混凝土价格计算

按上节表6、表7数据，2001-2020年20年间，铁路废旧混凝土轨枕废弃的混凝土总量为2120万立方米，超过三峡大坝2000万立方米混凝土的浇筑量；钢筋的总量为123.4万吨，是三峡工程用钢(钢筋35.43万吨，金属结构件28.08万吨)总量的1.94倍。按2002年河南省建筑工程综合基价，仅算回收钢筋造成的混凝土浪费，按C₆₀混凝土计算年均：

         2120万m³÷20年×219.19元/m³＝2.32亿元/年

考虑旧混凝土按C₃₀混凝土计算年均：

         2120万m³÷20年×154.16元/m³＝1.63亿元/年

目前现存的混凝土轨枕的总价值为178亿元，按50年寿命年均失效再利用的价值为3.5亿元。而年均106万立方米混凝土垃圾对铁路沿线环境造成污染的环境代价是无法计算的。

铁路废旧混凝土轨枕资源和浪费都是巨大的。为了找到解决这个问题的技术方法，我在互联网上，利用几个主要的搜索工具、科技文献库、专利数据库，用中英文输进“废旧混凝土轨枕”、“再生”、“再利用”、“再造”等一系列相关词组进行了广泛的搜索，没有发现废旧混凝土轨枕利用的报道和专利。在重庆维普公司(cxl.tydata.com)科技文献库里发现太原铁路分局赵笠君的文章《利用废旧混凝土轨枕加宽线肩》(铁道建筑2003.3)；我专程到铁道部科学技术研究院科技信息所查找国内外铁道专业科技文献库，发现乌鲁木齐铁路局吴占祥的文章《失效混凝土轨枕再利用的可行性探讨》(北方铁道2001.2)。两篇文章都是利用废浪费旧混凝土轨枕高强的力学特点，叙述在铁道工程中的应用，如：挡土墙、防护桩等。事实上这种围绕铁道工程来利用废旧混凝土轨枕是很有限的，铁道两侧无法消耗每年新增的大量的废旧混凝土轨枕，所以大量的废旧混凝土轨枕沿线弃放或就地砸取钢筋，造成巨大的资源浪费和环境污染。

发明内容：

本发明的目的是：1、提供了一种铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法。2、提供了一种以铁路废旧混凝土轨枕为原料的产品------建筑物基础标准件。3、依靠上述的方法和产品，把废旧混凝土轨枕从垃圾变成资源，节约资源，保护环境。

本发明解决其技术问题的方法步骤是：

1.对铁路废旧混凝土轨枕再制造进行生态系统设计，把铁路轨道工业维修系统和遍布铁道两侧的城乡建设系统设计成为人工生态技术系统，铁路轨道工业维修系统产生的废旧混凝土轨枕再制造成为铁道两侧城乡建设系统需要的产品——建筑物基础标准件。

2.对废旧混凝土轨枕再制造进行性能评价。

3.对废旧混凝土轨枕再制造进行产品设计——建筑物基础标准件。

4.建筑物基础标准件制造工艺设计。

5.建筑物基础标准件应用技术设计与检算。

6.建筑物基础标准件标准化。

7.废旧混凝土轨枕再制造产品成本分析。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1.收集运输：利用现有的铁路大维修天窗施工点，用收轨车将沿线废旧轨枕统一分类收集并运送到指定地点。

2.废旧混凝土轨枕就地或收集到指定地点进行整修。整修内容包括：分类；清除表面浮土和油污；用结构胶或高强水泥浆封堵所有的裂纹。

3.分类堆码：在铁路沿线车站、专用线、工区附近，就近分类堆码。

4.根据建筑市场需求，目前各种型号的废旧混凝土轨枕可加工制造成为6种型号基础标准件：A型长0.5米、B型长1.0米、C型长1.25米、D型长1.5米、E型长2.0米、F型长2.5米。

5.建筑物基础设计根据荷载不同，可选用不同型号的建筑物基础标准件单用或复合用。以住宅为例，一般1-4层住宅可分别选用A、B、C、D型；5-6层住宅可分别选用E、F型或A+E、B+F型。

6.就近销售：向存放地附近乡村、城镇销售建筑物基础标准件；或根据订单：加工非标准的基础标准件。

下面对本发明的方法步骤和技术方案进行详细描述。

1.混凝土轨枕生态设计

混凝土轨枕的寿命周期见附图1。

这是一个开放的系统，目前的混凝土轨枕就是这样，从“研制——坟墓”。一直走到混凝土轨枕报废为止。而理想的绿色产品寿命周期是从“研制—再生”。见附图2。

从图中可以看出：废旧物直接再利用，最经济。其次是再制造，再次是再循环，直接报废进行环保处理寿命最短，浪费最大。再制造可在既有系统内进行，也可以在新设计的系统内进行。总之，要千方百计延长再制造的链条数目，增加循环次数，力求总体成本最低、最经济。

针对废旧混凝土轨枕，维修中失效下道的轨枕是物质寿命的结束，大修中淘汰的轨枕是技术寿命和经济寿命的结束。根据废旧混凝土轨枕本身的技术特点和铁路技术特点，将废旧混凝土轨枕进行再制造在铁路轨道系统内进行循环使用是不合适的。但利用生态学的原理，废旧混凝土轨枕再制造新的系统循环是完全可能的，而且是非常合理的。

对废旧混凝土轨枕进行再制造系统设计要充分考虑其分布特点。虽然废旧混凝土轨枕资源总量很大，但遍布铁路沿线，单根轨枕很重，价格很低，收集受到经济和运输半径的制约；所以再制造系统的范围不能集中在一个点上，也不能集中在一个区域，而是铁路两侧一定范围的城乡空间。考虑到以上特点和废旧混凝土轨枕的属性，能够满足上述条件的理想系统是铁路两侧的城乡建设市场。

将废旧混凝土轨枕进行适当的加工，设计成小城镇住宅建设的标准基础构件，把有限的废旧混凝土轨枕变成铁路两侧城乡建设市场中的一种实用商品。只要技术上可行，经济上合理，市场上有竞争力，遍布铁路两侧的城乡建设市场每年“吃”掉1000万根废旧混凝土轨枕，是完全没有问题的。这个过程等于把废旧混凝土轨枕的物质寿命、技术寿命、经济寿命又延长了50年或者更长。其生态循环见附图3。

2.再制造性能评价

首先面对的问题是：废旧混凝土轨枕有严重的裂纹，能不能用？还能用多久？废旧混凝土轨枕裂纹的原因：力学、物理、化学等因素引起的，大体可分为纵向裂纹和横向裂纹二种。纵向裂纹主要由内因(材料、结构、工艺因素)所致，外因(荷载及冻融、干湿循环)仅是促进其发展，横向裂纹则是内因(予应力配筋、断面及混凝土强度)与外因(荷载及轨枕支撑条件)综合作用所致。轨枕长期处于露天环境中，裂纹到一定宽度，水就会沿裂纹渗透到钢筋处引起化学腐蚀，腐蚀程度与钢筋所处环境的pH值成反比。气进入裂纹引起混凝土的碳酸化，降低PH值，加剧钢筋腐蚀。国内外规范规定钢筋混凝土结构允许裂纹宽度0.1-0.3毫米，予应力混凝土结构不允许出现裂纹，目的是为了保护钢筋不锈蚀。

国内外长期的观测试验结果表明，裂纹宽度与钢筋锈蚀没有直接关系。纵向裂纹对轨枕结构耐久性的影响一般比横向裂纹要严重。表面宽度不超过1毫米的裂纹，深度达不到轨枕钢筋的位置，对轨枕的承载能力几乎没有影响。用结构胶修补的方法将轨枕裂纹封闭，可以提高轨枕结构的耐久性。

文献《予应力混凝土轨枕的裂缝及结构耐久性》(汪加蔚混凝土与水泥制品2000.2)的试验结果表明：1、纵向贯通裂纹的轨枕，部分轨下截面的静抗裂强度降低明显，而疲劳承载能力降低不明显。2、端部裂纹或龟裂的轨枕，静载抗裂强度及疲劳强度与常态轨枕比较，一般无明显差别。

纵裂对混凝土轨枕承载能力的影响

                                          表8

试验轨枕来源	轨枕类型	生产工厂生产年份	轨枕纵裂性况	轨下载面强度T-M
						出现裂纹	疲劳承载能力
				广深线天堂铺工区	弦II61			株洲厂1966年	无裂纹	2.1	2.7
弦II61	株洲厂1966年	端部有较多纵裂，最大宽度3mm	2.0			3.0
					弦II61		株洲厂1966年	从端部钢丝处开始发展呈龟裂	2.2	3.1
广深线南岗工区	弦II61	丰台厂1968年	纵向裂缝最大宽度2mm			2.0					2.3
				长淮卫淮河大桥引线	筋61		丰台厂1971年	底面贯通裂	1.15	2.5
筋61	丰台厂1971年	底面贯通裂	1.3			2.8
					弦II61		丰台厂1971年	底面贯通裂	1.6	3.0
弦II61	丰台厂1971年	底面贯通裂	2.1			3.1
					筋61		丰台厂1971年	端部纵裂	2.0	2.7
筋61	丰台厂1971年	端部纵裂	1.8			2.0
					弦II61		丰台厂1971年	端部纵裂	2.1	3.0
弦II61	丰台厂1971年	端部纵裂	2.1			3.0
					常态轨枕		筋69	丰台厂1972年	无裂纹	2.2	2.9
筋69	丰台厂1972年	无裂纹	2.2	3.0
						弦II69	丰台厂1972年	无裂纹	2.1	3.0
弦II69	丰台厂1972年	无裂纹	1.8	2.8

上表的轨枕目前铁道部已禁止生产，技术寿命已经结束；既有线上现存的此类轨枕正通过大修逐步淘汰，而新型轨枕结构强度均高于这些轨枕。上表的结果证明：废旧混凝土轨枕仍有很高的结构强度和耐久性。混凝土轨枕是为承受巨大的列车荷载而设计的特殊的预应力钢筋混凝土构件，具有抗弯能力大、抗压强度高等较好的力学特性，即使是混凝土轨枕失效报废后这些固有的力学特性只能减小，不会消失。所以，利用再制造技术用于城乡住宅建设基础标准件，技术上是完全可行的。

3.再制造产品设计：

                         住宅基础标准件设计参数

                                                    表9

序号	项目	单位	A型	B型	C型	D型	E型	F型
									1	标准长度	mm	500	1000	1500	1500	2000	2500
2	重量	kg			125			250
									3	最大高度	mm	204	204	204	204	204	204
4	最低高度	mm			165			165
									5	最大宽度	mm	280	280	280	208		280
6	最小宽度	mm			165			165
									7	底面积	cm2			3294			6588
8	混凝土体积	m3			0.053			0.106
									9	混凝土标号		C58	C58	C58	C58	C58	C58
10	用钢量	kg			3.08			6.17
									11	立筋数量	根	44Φ3/4Φ10	44Φ3/4Φ10	44Φ3/4Φ10	44Φ3/4Φ10	44Φ3/4Φ10	44Φ3/4Φ10
12	张拉力	kN	330	330	330	330	330	330
									13	跨中抗裂弯距	kN						19.3/14
14	设计弯距：	kNm	18	18	18	16	14	14

4.再制造工艺流程

(1)、将废旧轨枕的再制造生产列入现有的线路大维修生产程序。

(2)、就地整修：线路维修、大修更换下道的废旧混凝土轨枕，在收集运输前，要就地进行分类、修理。工序如下：清除表面浮土和油污；用结构胶或高强水 泥浆封堵所有的裂纹；轨中断面明显折断或有环状裂纹的轨枕用金刚石圆盘锯从中间切断；所有废轨枕就地分为二种标准件：1.25米和2.5米。

(3)、收集运输：利用现有的铁路大维修天窗施工点，用收轨车将沿线废旧轨枕统一分类收集。

(4)、分类堆码：在铁路沿线车站、专用线、工区附近，就近分类堆码。

(5)、就近销售：向存放地附近乡村，小城镇销售住宅基础标准件。订单加工：根据市场需求，加工不同类型的其它型号住宅基础标准件。

5.再制造产品和标准化

将废旧混凝土轨枕根据小城镇住宅的层数，加工成下列基础标准件：

                         表10

型号	长度m	住宅楼层	备注
				A	0.50m	1	H型为标准轨枕长，其它各型均为标准枕长切割加工而成。
B	1.0m	2
			C	1.25m	3
D	1.5m	4
			E	2.0m	5
H	2.5m	6

6.再制造产品技术设计与检算：

再制造产品要结合具体工程进行技术设计，设计初步确定后，必须进行有关力学验算。最后要将计算结果与国家标准/规范比较，必须符合国家标准/规范的规定。

7.再制造产品成本核算：

见下节。

本发明的有益效果是：按照本发明设计的人工生态技术系统，可以从根本上消除废旧混凝土轨枕造成的污染，保护环境，节约资源，有着巨大的经济效益、社会效益和生态效益。

1.铁路再制造废旧混凝土轨枕的效益

(1)、利用铁路大维修天窗点废旧轨枕收集费1.5元/根。包括轨道车、起吊、机械、折旧，油耗、零小工具、人工吊运堆放到就近车站、工区指定地点。

(2)、修理加工费，2.5元/根，包括清污、修补裂缝、锯切、标号、吊放工序的材料、人工机械使用费。

(3)、管理费1元/根。包括登记、场地使用费、销售费用，办公费用。

(4)、成本小计：5元/根

(5)、售价：15元/根。因为每根轨枕钢筋6.17公斤，按废钢2500元/T，价15.425元。目前在铁路沿线民工砸取每根废旧混凝土轨枕的成本是3--5元/根。

(6)、毛利润：10元/根

                  废旧混凝土轨枕收益分析表

                           表11

序号	项目	单位	金额	包括内容
					1	轨枕收集费	根	1.5
2	修理加工费	根	2.5
					3	综合管理费	根	1.0
4	成本小计	根	5.0
					5	销售收入	根	15.0
6	毛利润	根	10

2.用户使用基础标准件的效益(三种比较算法)

2-1算法I：

见下表12。

用户使用基础标准件效益算法I

                                    表12

①	购入价	15元/根	包括运输半径25公里，汽车吊5-6T，0.2元/吨公里。包括随车吊装，吊卸的人工、绳具、机械使用费，装、卸各0.5元/根。免税。包括工地二次起吊、吊放就位、整理的人工、绳具、机械使用费。
				②	长途汽运费	1元/根
③	短途装卸费	1元/根
				④	工地布放费	1.5元/根
⑤	使用成本小计	18.5元/根
				⑥	节约基础钢筋混凝土C20	0.106m3/根
⑦	钢筋混凝土C20价格	461元/m3	《河南省建筑装饰工程综合基价》定额编号5-4
				⑧	节约C20混凝土费用	48.866元/根	461元/m3×0.106m2
⑨	用户节约费用	30.366元/根	48.866-18.5(⑧-⑤)

事实上用户节约的资金比这还要多，因为用轨枕基础标准件，可以不铺设通常的C₁₀混凝土垫层，可以取消或减少石渣垫层的厚度；工序少，施工快，缩短施工工期；施工现场不用拌和混凝土，减少环境污染。

2-2算法II：

按目前规范规定，条形基础混凝土为C₁₆、C₂₀，边缘最小厚度不小于200mm，中间高度一般不小于250-300mm，垫层混凝土C₁₀为100mm；II型轨枕，底宽最大0.28m，并排铺设3.57根/m；设计取条形基础平均厚度300mm，如附图5所示。

                      用户使用基础标准件效益算法II

                                  表13

序号	项目	单位	数量	算式
					1	条基C20混凝土	m3	0.75	2.5m×1m×0.3m＝0.75m3
2	C20混凝土价值	元	171.5	0.372m3×461元/m3＝171.5元
					3	旧轨枕C58混凝土单价	元/m3	174.53	18.5÷0.106m3/根＝174.53元/m3
4	C58混凝土数量	m3	0.378	0.106m3×3.57根＝0.378m3
					5	C58混凝土价值	元	66.05	3.57根×18.5元＝66.045元
6	节省C20混凝土	m3	0.372	0.75m3-0.378m3＝0.372m3
					7	用旧轨枕节省资金	元	105.45	171.5元-66.05元＝105.45元
8	每根旧轨枕节省资金	元	29.54	105.45元÷3.57根＝29.54元

该算法考虑基础C₂₀混凝土中仍有钢筋，事实上用旧混凝土轨枕后，基础混凝土中无需再放钢筋，仅需将轨枕间隙用素混凝土填充，保持条形基础外型即可，这样的结果见算法III。

2-3算法III：

                            用户使用基础标准件效益算法III

                                      表14

序号	项目	单位	数量	算式
					9	C20素混凝土/C20钢筋混凝土单价	元/m3	256.6/461	予基5-2/5-4
10	充填C20素混凝土费用	元	95.5	0.372m3×256.6元/m3＝95.5元
					11	C20钢筋混凝土费用	元	345.75	0.75m3×461元/m3＝345.75元
12	新基础总费用	元	161.55	95.5+18.5×3.57＝161.55元
					13	节省资金	元	184.2	345.75-161.55＝184.2元
14	平均每根轨枕节省资金	元	51.6	184.2÷3.57根＝56.1元

算法III比较符合实际。所以在住宅基础中，要尽力用轨枕标准件代替C₂₀钢筋混凝土。排的越密，用的量越大，效益越明显。上面是用标准轨枕计算的，若在1--4层住宅中，用设计的短轨枕，则受力性能和经济效益会更突出。

通过上面分析，可以得出：在住宅基础工程中，每采用一根2.5米长混凝土轨枕基础标准件，可平均节约资金50元左右。

3.年均社会直接效益

具体数字见下表：

                                    年均社会直接效益表

                                          表15

序号	项目名称	单位	数量	算式
					1	铁道部门增加收入	亿元	1.85	18.5元×1000万根＝1.85亿元/年均
2	铁道部门毛利润	亿元	1.0	10.0×1000万根＝1亿元/年均
					3	小城镇住宅建设节约C15钢筋混凝土量	万m3	100.0	0.106×1000万根＝106万m3/年均
4	小城镇住宅建设节约钢筋量	万吨	4.67	106万×0.044/T＝46746T/年均
					5	小城镇住宅建设节约水泥量	万吨	36.0	106万×0.343T＝36.3580T/年均
6	小城镇住宅建设少开采山石量	万m3	85.9	106万×0.81m3＝858600m3/年均
					7	小城镇住宅建设少采河沙量	万m3	47.7	106万×0.45m3＝＝477000m3/年均
8	小城镇住宅节约建设资金	亿元	5.0	50元×1000万根＝5亿元/年均
					9	铁路沿线减少废弃混凝土渣	万m3	106.0	106万m3/年均

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是混凝土轨枕寿命周期图；图2是绿色产品寿命周期图；图3是混凝土轨枕生态循环图；图4是本发明的B型基础标准件使用示意图；图5是本发明的F型基础标准件使用示意图；图6是本发明的A、B、C、D、E、F型基础标准件加工示意图；图7是本发明的基础标准件复合(F+B)示意图；图8是本发明的基础标准件复合(E+A)示意图。

具体实施方式：

实施例1：小城镇住宅楼基础标准件设计

1.小城镇住宅楼层荷载计算：

算例1：设定小城填住宅楼层高3m，开间3.9m，空心粘土砖墙厚240mm，空心粘土砖墙容重16kN/m³，里外墙水泥沙桨饰面，饰面厚17mm，容重20kN/m³；基础埋深1.2m，基础与土平均容重20kN/m³；楼面板容重20kN/m²，楼地面饰面0.7kN/m²，楼面底饰面0.24kN/m²；屋顶面防水层、保温层等恒载1.8kN/m²；屋顶面活载0.5kN/m²，楼面活载2.0kN/m²；地基土允许承栽压力强〔f_A〕＝100kN/m²。取取条型基础1m长计算。计算结果见表16。

                                 小城填住宅楼设计荷载计算表

                                           表16

序号	荷载		单位	数量	算式
						1	屋顶荷载	恒载	kN/m2	4.04	1.8+2.0+0.24＝4.04kN/m2
活载	kN/m2	0.5
				∑	kN			15.95	(4.04+0.5)×3.9×1＝15.95kN
2	每层楼面	恒载	kN/m2							2.94	2.0+0.7+0.24＝2.94kN/m2
				活载	kN/m2	2.0
		∑	kN					19.27	(2.94+2.0)×3.9×1＝19.27kN
				3	每层墙体荷载	砖墙里外饰面∑	kNkNkN			11.522.0413.56	0.24×1×3×16＝11.52kN2×0.017×1×3×20＝2.04kN
4	一层楼基础荷载	FK1	kN					29.51	(1)+(3)＝15.95+13.56＝29.51kN
				5	二层楼基础荷载	FK2	kN			62.34	(1)+(2)+(3)＝62.34kN
6	三层楼基础荷载	FK3	kN					95.17	(1)+(2)×2+(3)×3＝95.17kN
				7	四层楼基础荷载	FK4	kN			128.00	(1)+(2)×3+(3)×4＝128.0kN
8	五层楼基础荷载	FK5	kN					160.83	(1)+(2)×4+(3)×5＝160.83kN
				9	六层楼基础荷载	FK6	kN			193.66	(1)+(2)×56+(3)×＝193.66kN

2.各楼层基础标准件长度B计算：

由公式(3)：

$B=\frac{F_K}{\left(f_A\right)-\mathrm{h\γ}}$

可求出各楼层满足允许压强〔f_A〕时基础的最小宽度B。住宅基础最小宽度B计算表

                        表17

层数	基础最小宽度Bm	算式
			一	0.39	B≥29.51÷(100-1.2×20)＝0.39m
二	0.82	B≥62.84÷(100-1.2×20)＝0.8m
			三	1.25	B≥95.17÷(100-1.2×20)＝1.25m
四	1.68	B≥128÷(100-1.2×20)＝1.68m
			五	2.12	B≥160.83÷(100-1.2×20)＝2.12m
六	2.55	B≥193.66÷(100-1.2×20)＝2.12m

3.验算废旧轨枕基础标准件的抗弯能力：

由上述假定的数据和公式(9)

$M_{I---I}=\frac{1}{2}\·\frac{F_K+G_K}{B}\·{b_1}^2\·{\mathrm{\γ}}_g----\left(9\right)$

其中：

b₁＝B/2-0.12

G_K＝B×1×h×γ＝1.2×1×20kN/m²×B＝24B

安全系数取1.35，则各楼层每米宽度基础最大力矩M_I---I计算、验算如下表：

                  基础标准件抗弯能力验算表

                                  表18

	单位	一层A型	二层B型	三层C型	四层D型	五层E型	五层(E+A)	六层F型	六层(F+B)
										FK	kN	29.51	62.34	95.17	128.00	160.83	160.83	193.66	193.7
B	m	0.5	1.0	1.25	1.5	2.0	2.0	2.5	2.5
										GK	kN	12.0	24.0	30.0	36.0	48.0	48.0	60.0	60.0
b1	m	0.13	0.38	0.505	0.63	0.88	0.75	1.13	0.75
										b1 2	m2	0.02	0.14	0.26	0.40	0.77	0.56	1.28	0.56
γ′g	kN/m3	1.35	1.35	1.35	1.35	1.35	1.35	1.35	1.35
										MI---I	kNm	1.12	8.16	17.57	29.52	54.27	21.32	7.66	38.35
每米基础长铺设标准件件根数	根	3.57	3.57	3.57	3.57	3.57	3.57	3.57	3.57
										每根基础标准件分担的最大力矩M’I---I	kNm	0.31	2.29	4.92	8.27	15.20	6.0	24.55	10.7
对应基础标准件I---I截面抗弯能力[M]	kNm.	18.0	18.0	18.0	16.0	14.0	14.0	14.0	16.0
										验算结果	安全	安全	安全	安全	安全	不安全	安全	不安全	安全

为保证住宅安全，每根基础标准件最大力矩断面应符合下面条件：

                    M’_I----I≤[M]

由表18可见，五层、六层按图5样式使用基础标准件E、F型不安全。为解决这个问题，采用基础标准件复合的方法，减少最大力矩的力臂b₁，基础式样如图7，图8

如果6层楼基础标准件采用F+B型复合方式，如图7，则B型基础标准件抗弯能力富裕，可不验算。F型I-I截面力臂b₁＝0.75m，代入表18计算。则

                 M_I---I′＝10.74kNm＜[M]＝16kNm

同理，五层楼基础标准件采用E+A型复合方式，如图8。E型I---I断面力臂b₁＝0.75m，代入表18计算。则

                 M_I----I′＝6.0kNm＜[M]＝14kNm

通过上面实施例的技术分析，证明废旧的混凝土轨枕制造的基础标准件可广泛、灵活地用于小城镇住宅建设的基础工程中。

实施例2：新乡荣泰锁厂办公楼平移调向工程基础设计

新乡荣泰锁厂办公楼，位于新乡市南郊，因道路扩宽需原地调向90度，施工方在该办公楼平移调向工程基础工程中采纳本作者的上述设计。

简述如下：

1.办公楼楼概况：三层，砖混结构，实心黏土砖，4米开间，6间，层高3.5米，建筑面积700平方米，有关尺寸见平面、基础示意图。地基上为粉土，承载力标准值f_k＝80kpa，条形基础，混凝土基础垫层C₁₀，基础C₁₅，其他为C₂₀。纵墙基础B＝2.1m，横墙基础B＝1.5m。

2.基础设计：平移调向工程，建筑物要在原址、基础临时基础新址基础上旋转调向，原址基础室内间的空隙要全部硬化，临时基础和新址基础要新做。如果按原基础图，要大量的钢筋混凝土，为节约资金，在前述理论和技术的指导下，该平移调向工程基础全部设计为密排交错混凝土轨枕，枕下15cm厚石渣垫层，枕间用C₁₅素混凝土填实，表面抹平，厚度30cm.。

3.力学检算：

取1米长条型基础计算。

(1)荷载分析：

屋顶荷载：恒载：

          防水层             0.35kN/m²

          保温层             0.71kN/m²

          屋面板             2.0kN/m²

          天棚粉刷           0.24kN/m²

          水泥沙浆2mm        0.3kN/m²

          活载：杂物、人等   0.5kN/m²

          ∑                 4.1kN/m²

          二层楼面：恒载：水磨石地面    0.6kN/m²

          楼板               2.0kN/m²

          天棚粉刷           0.24kN/m²

          活载：办公楼       2.0kN/m²

          ∑                 5.01kN/m²

三层楼面：∑                 5.01kN/m²

          楼面荷载：(4.1+5.01×2)m²×4m×1m＝57.2kN/m²

                    墙体荷载：墙体荷载：砖墙3×3.5×0.24×1×18kN/m³＝45.36kN

                    女儿墙0.5×0.24×1×18kN/m³＝2.16kN

                    墙里外饰面0.017×1×11×2×18kN/m³＝7.48kN

                    市内装修1×10.5×2×0.03kN/m³＝7.48kN

                    ∑                   55.63kN

          楼面、墙体荷载：55.63+57.2＝112.83kN

(2)验算基础底面压力：

                          [f_k]＝80kpa＝80×1000×N/m²＝80kN/m²

           基础顶面荷载：    F_k＝112.83kN/m

           基础埋深：        h＝1.8m

           基础上砖墙重：    G_K1＝1.5m×0.24m×1m×18kN/m³＝6.48kN/m

           基础联系梁、上滑梁重：G_K2＝0.2m×0.45m×1m×2×25.5kN/m³＝4.59

kN/m

           基础重：      G_K3＝2.5m×0.3m×1m×25kN/m³＝18.75kN/m

           基础总重：    G_K＝G_K1+G_K2+G_K3＝29.82kN/m

平移过程中基础底平均压力 $P_K=\frac{112.83+29.82}{2.5\×1}=57.06\mathrm{kN}/m^2$

所以：                   P_K＝57.06kN/m²＜80kN/m²

平移就位后填土           G_K4＝[(2.5-0.24)×1.5m×1m]×

                         18kN/m³-10.2×0.2×0.45×18＝61.02-3.2

4＝57.78kN

楼面荷载                 F_K＝112.83kN

基础与土重 $G_K=\mathrm{\Σ}\underset{1}{\overset{4}{G_K}}=29.82+57.78=87.6\mathrm{kN}$

平移就位后基础底面平均压力：

$P_K=\frac{F_K+G_K}{A}=\frac{112.83+87.9}{2.5}=80.17\mathrm{kN}/m^2$

检算表明，平移过程中，原地基础和临时基础地基承载力有28.7％的富裕量，可适当减少铺设轨枕的数量。新址基础地基本承载力考虑轨枕是满堂铺设铺设，实际承压面积大于2.5m²，所以是安全的。

(3)验算轨枕抗弯能力

由公式：

$M_{I-I}=\frac{1}{2}\·\frac{F_K+G_K}{B}\·{b_1}^2\·{\mathrm{\γ}}_g----\left(9\right)$

$=0.5\×{0.93}^2\×1.35\×80.17$

$=46.8\mathrm{kN}\·m$

得每根轨枕承担的弯曲力矩

M_I---I＝46.8/3.57＝13.1＜[M]＝16CkN·m

所以是安全的。

(4)基础采用上述设计的效益

原址未硬化面积：      S_原＝(4-2.1)×(9-1.5)×6个＝86m²

新址需硬化面积：      S_新＝(6×4+1.8)×(9+1.5)＝271m²

临时基础面积：        S_临＝16.252×3.14×1/4＝207m²

新旧基础重叠面积：    S_重＝-(1+1.5)²＝110m²

总面积                S_总＝∑S＝454m²

原设计用C₁₅钢筋混凝土，厚度0.35m。则：

C₁₅混凝土量：        0.35×454m²＝159m³

C₁₅混凝土价值：      159×450元＝71551元

石渣垫层：            454×0.3＝136m³

石渣垫层价值          136×33＝4495元

                      ∑C₁₅钢筋混凝土基础总费用＝76044元

用混凝土轨枕设计基础

需混凝土轨枕数量：    

轨枕混凝土体积量：    648×0.106＝69m³

轨枕成本：648×18.5元/根＝11988元

需填充C₁₅素混凝土：159-69＝90m³

C₁₅素混凝土价值：245.714元/M³×90＝22114元

节省石渣垫层价值：68×33＝2244元

节约资金：71550-11988-22114+2244＝39692元

平均根轨枕节约：

通过上面实施例的技术分析，证明废旧的混凝土轨枕制造的基础标准件可用于建筑物平移的基础工程中。

Claims (5)

1.一种铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法，其特征是本发明方法解决其技术问题的步骤为：(1)对铁路废旧混凝土轨枕再制造进行生态系统设计，把铁路轨道工业维修系统和遍布铁道两侧的城乡建设系统设计成为人工生态技术系统，铁路轨道工业维修系统产生的废旧混凝土轨枕再制造成为铁道两侧城乡建设系统需要的产品——建筑物基础标准件；(2)对废旧混凝土轨枕再制造进行性能评价；(3)对废旧混凝土轨枕再制造进行产品设计——建筑物基础标准件；(4)建筑物基础标准件制造工艺设计；(5)建筑物基础标准件应用技术设计与检算；(6)建筑物基础标准件标准化；(7)废旧混凝土轨枕再制造产品成本分析。

2.根据权利要求1所述的铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法，其特征是建筑物基础标准件制造工艺流程为：(1)收集运输：利用现有的铁路大维修天窗施工点，用收轨车将沿线废旧轨枕统一分类收集并运送到指定地点；(2)废旧混凝土轨枕就地或收集到指定地点进行整修，整修内容包括：分类；清除表面浮土和油污；用结构胶或高强水泥浆封堵所有的裂纹；(3)分类堆码：在铁路沿线车站、专用线、工区附近，就近分类堆码；(4)根据建筑市场需求，各种型号的废旧混凝土轨枕可加工、切割制造成为多种型号基础标准件；(5)就近销售：向存放地附近乡村、城镇销售建筑物基础标准件，或根据订单加工非标准的基础标准件。

3.根据权利要求1所述的铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法，其特征是建筑物基础标准件型号为：A型长0.5米、B型长1.0米、C型长1.25米、D型长1.5米、E型长2.0米、F型长2.5米。

4.根据权利要求1所述的铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法，其特征是建筑物基础标准件根据设计荷载不同，可选用不同型号的基础标准件单用或复合用。

5.根据权利要求1所述的铁路废旧混凝土轨枕再制造的方法，其特征是建筑物基础中有废旧混凝土轨枕，长度可以是标准长度或非标准长度。

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