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摘要：本文通过对青藏铁路格拉段电气化改造工程线路环境的阐述，明确了预应力混凝土管桩作为接触网基础使用的必要性，同时分析了管桩的选型及参数要求，就预应力管桩在混凝土制备及生产工艺的关键工序进行研究，为管桩在接触网系统中的使用提供了可行保障。
关键词：接触网基础、管桩、生产工艺
引言：
青藏铁路格拉段是青藏铁路建设的二期工程，由青海省格尔木市至西藏自治区拉萨市，该期工程2001年开工，2006年实现全线通车。目前格拉段为单线非电气化铁路，牵引动力仍为内燃机牵引，这造成列车运行速度低，货运能力差等问题，为解决此类问题，青藏铁路格拉段电气化改造已势在必行。
青藏铁路格拉段电气化改造工程是既有线改造工程，正线里程1134公里，铁路沿线具有海拔高、落差大、构造作用强、山地灾害多、生态环境脆弱、冻土层等特征，其中多年冻土路基长度为423.52km，季节性冻土地段路基长度为543km。
电气化铁路接触网支柱基础通常采用开挖基坑、现浇法兰基础、现浇杯口基础等形式，基础深度最大为3m-4m;而冻土区地基的冻胀隆起、融化下沉是该地区的典型特征，如果将这三类基础用于冻土区，必然会引起接触网支柱的沉降、提升或倾斜，对于接触网系统的安全性造成严重影响。通过研究青藏铁路特殊的路基条件，结合桩基可以提供有效地持力层深度及稳定承载力的基本性能，考虑到高海拔既有线路施工的便捷性，选用预应力混凝土管桩作为接触网支柱无疑是最佳选择。
一、管桩参数设计
经笔者团队现场考察，青藏线格拉段海拔大于4000m地段长约960km，全线平均海拔约4438.4m，线路海拔最高点5072m。线路经地气温低、空气稀薄，氧气含量约为海平面的50%～60%。为便于机械化、标准化施工，经初步设计，路基上单腕臂支柱宜采用钻孔插入预应力混凝土管桩基础，线路共设钻孔插入桩18000余处，桩基钻孔直径0.7m，桩径0.55m。根据路基填土高度、天然上限、地温分区、地基融沉等级等，多年冻土区管桩埋深统一取10m，深季节冻土区管桩埋按冻结深度的不同，分别深取4、6、8m。接触网组合形式确定为“预应力混凝土管桩+环形等径接触网预应力混凝土支柱”。
经分析设计，应用于青藏铁路的接触网管桩基础应具有“高强、抗冻、抗震、防腐、耐磨”等特性，其技术性能参数如表1所示。
混凝土管桩采用工厂预制，能够充分保证混凝土达到高强、高弹性模量、耐腐蚀性的设计要求，有效抵抗青藏铁路地质构造作用强的多震冻土环境。管桩主要材料有：C60耐腐蚀性混凝土;预应力主筋采用高强螺旋肋钢丝;非预应力主筋采用HRB400钢筋;螺旋筋采用冷轧带肋钢筋;架立筋、外箍筋采用HPB300钢筋;法兰盘材质为Q355C。张拉主要参数如表2所示：
二、管桩混凝土制备
混凝土的特性在很大程度上决定了管桩产品的特性，要实现上述青藏铁路接触网基础用管桩，则要求混凝土应具备高强、抗冻、抗震、防腐、耐磨高弹性模量的特性。混凝土性能参数应满足表3要求：
该类型混凝土由粗骨料、细骨料、纤维及碱胶凝材料组成。其主要制备基理如下所述：碱胶凝材料由水泥、矿渣粉、粉煤灰和Tk-GQ型高强复合掺合料组成。碱胶凝材料是以碱化合物作为激发剂来激发矿渣粉和粉煤灰的活性，得到强度高、稳定性好的水硬性胶凝材料。碱化合物在水中有很高的溶解度，使液体有较高浓度的OH—，OH—与矿渣粉和粉煤灰中SiO2作用，使Si—O键断裂，促进SiO2的溶解，碱化物对矿渣粉和粉煤灰中的A12O3作用，使A1—O—A1健也有同样效果，同样机理，使矿渣粉和粉煤灰中的CaO溶解，随着钙、硅离子从矿渣粉和粉煤灰中大量渗出，水泥浆使溶液内钙、硅离子的浓度超过水化硅酸钙的溶解度，使C—S—H（水化硅酸钙）凝胶成核，晶体长大，同时生成大量的铝硅酸盐，减少了Ca（OH）2等不耐盐、酸、碱侵蚀产物的出现。水化硅酸钙和铝硅酸盐这两大类是碱胶凝材料的主要水化合物，它不仅具有很高的强度，而且具有很好的抗冻性、耐腐性、抗渗性，能更好防止混凝土的收縮及钢筋锈蚀。基于碱胶凝材料配制的混凝土是目前最理想的抗冻防腐高弹性模量混凝土。在混凝土中掺入网状型聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维的弹性模量随温度降低而提高对混凝土在低温环境下，能抵抗冻胀破坏具有正面加强效应。另外，由于聚丙烯腈纤维直径小，单位重量的纤维数量庞大（每克约876000根），纤维间距较小且微细纤维相互搭结，因此具有明显的与其它微细有机纤维相同的阻裂效应，能增加混凝土冻融损伤过程中的能量损耗，有效地抑制混凝土的冻胀开裂，有益于混凝土在低温环境下，抗冻融耐久性的提高。
3 管桩生产关键工序
预应力混凝土管桩的生产工艺如图1所示：
生产过程中关键工序应按如下方法控制
法兰盘制作：法兰盘用钢板采用Q355C钢，钢板圈下料确保矩形板材边长尺寸误差小于1.5mm，对角线小于2mm;经卷板机圆筒成形后对接口双面焊接，再过调圆处理，保证圆筒直径误差小于1.5mm，圆筒接口错缝误差小于1mm。法兰盘底板外圆直径误差小于0.5mm、内圆直径误差小于0.5mm、孔位间距误差小于0.2mm、孔直径误差小于0.1mm。法兰组焊完成，经检验合格后进行三级热浸镀锌防腐处理。
搅拌灌注：混凝土使用专用浇筑车进行浇筑作业。为满足管桩壁厚要求，搅拌机为每盘定量搅拌及灌注。混凝土灌注时需制做3组150×150×150的立方体试件，2组采取与产品同条件养护，1组采取标准养护，用于检测脱模强度及28d强度。
张拉：张拉时，采用张拉力和伸长值双控法：张拉至3MPa，停下记录伸长值的起始数据L0，张拉至1.05σcon（σcon为张拉控制应力），持荷2min，再补位张拉至σcon，测量并记录伸长值终端数据L，锁紧螺母，回油放松，退出张拉头，计算伸长值△L=L-L0 。
离心成型：基本离心流程为低速运转布料（2～3min）→加速运转（1min）→中速运转（2～3min）→加速运转（1min）→高速运转（8～12min）。离心完成倒掉管桩内壁的余浆后，管桩内壁光滑，壁厚均匀，无塌落现象。
蒸汽养护：蒸汽养护含静停、升温、恒温、降温四个阶段，采用当前先进的ZYC-100微机控制高效节能低温蒸汽养护系统自动养护，保证产品蒸养质量。
脱模：对同步养护的试件进行抗压检测，其结果满足设计强度等级的75%以上，方可脱模。出养护池坑前产品表面与坑外环境温差不应大于20℃，采用气割熔断方法烧断主筋，熔断顺序采用对称交叉方式，防止因施加预应力不均造成产品弯曲及端部纵向裂纹的出现。
4 结论
通过对青藏铁路格拉段电气化改造工程的现场环境考察，确定了管桩作为接触网支柱基础的必要性，针对此类环境，明确了管桩的型号及参数要求。为保障管桩的性能达到要求，对管桩用混凝土进行了专项研究，适配了具备高强、抗冻、抗震、防腐、耐磨高弹性模量的特性的混凝土，同时对于管桩生产工艺进行研究，对其中的关键工序进行分析，保障管桩的性能满足相关标准要求。综上，本文研究的高海拔盐碱冻土用管桩可满足于青藏铁路格拉段电气化改造工程的要求，未来在工程施工中可直接应用。
参考文献
[1] TB/T 2286-2020.电气化铁路接触网预应力混凝土支柱[S].
[2] GB 13476-2009.先张法预应力混凝土管桩[S].
[3] 张晓栋.多年冻土区路基接触网基础设计[J].经济技术协作信息，2019（19）：90-90.
关键词：接触网基础、管桩、生产工艺
引言：
青藏铁路格拉段是青藏铁路建设的二期工程，由青海省格尔木市至西藏自治区拉萨市，该期工程2001年开工，2006年实现全线通车。目前格拉段为单线非电气化铁路，牵引动力仍为内燃机牵引，这造成列车运行速度低，货运能力差等问题，为解决此类问题，青藏铁路格拉段电气化改造已势在必行。
青藏铁路格拉段电气化改造工程是既有线改造工程，正线里程1134公里，铁路沿线具有海拔高、落差大、构造作用强、山地灾害多、生态环境脆弱、冻土层等特征，其中多年冻土路基长度为423.52km，季节性冻土地段路基长度为543km。
电气化铁路接触网支柱基础通常采用开挖基坑、现浇法兰基础、现浇杯口基础等形式，基础深度最大为3m-4m;而冻土区地基的冻胀隆起、融化下沉是该地区的典型特征，如果将这三类基础用于冻土区，必然会引起接触网支柱的沉降、提升或倾斜，对于接触网系统的安全性造成严重影响。通过研究青藏铁路特殊的路基条件，结合桩基可以提供有效地持力层深度及稳定承载力的基本性能，考虑到高海拔既有线路施工的便捷性，选用预应力混凝土管桩作为接触网支柱无疑是最佳选择。
一、管桩参数设计
经笔者团队现场考察，青藏线格拉段海拔大于4000m地段长约960km，全线平均海拔约4438.4m，线路海拔最高点5072m。线路经地气温低、空气稀薄，氧气含量约为海平面的50%～60%。为便于机械化、标准化施工，经初步设计，路基上单腕臂支柱宜采用钻孔插入预应力混凝土管桩基础，线路共设钻孔插入桩18000余处，桩基钻孔直径0.7m，桩径0.55m。根据路基填土高度、天然上限、地温分区、地基融沉等级等，多年冻土区管桩埋深统一取10m，深季节冻土区管桩埋按冻结深度的不同，分别深取4、6、8m。接触网组合形式确定为“预应力混凝土管桩+环形等径接触网预应力混凝土支柱”。
经分析设计，应用于青藏铁路的接触网管桩基础应具有“高强、抗冻、抗震、防腐、耐磨”等特性，其技术性能参数如表1所示。
混凝土管桩采用工厂预制，能够充分保证混凝土达到高强、高弹性模量、耐腐蚀性的设计要求，有效抵抗青藏铁路地质构造作用强的多震冻土环境。管桩主要材料有：C60耐腐蚀性混凝土;预应力主筋采用高强螺旋肋钢丝;非预应力主筋采用HRB400钢筋;螺旋筋采用冷轧带肋钢筋;架立筋、外箍筋采用HPB300钢筋;法兰盘材质为Q355C。张拉主要参数如表2所示：
二、管桩混凝土制备
混凝土的特性在很大程度上决定了管桩产品的特性，要实现上述青藏铁路接触网基础用管桩，则要求混凝土应具备高强、抗冻、抗震、防腐、耐磨高弹性模量的特性。混凝土性能参数应满足表3要求：
该类型混凝土由粗骨料、细骨料、纤维及碱胶凝材料组成。其主要制备基理如下所述：碱胶凝材料由水泥、矿渣粉、粉煤灰和Tk-GQ型高强复合掺合料组成。碱胶凝材料是以碱化合物作为激发剂来激发矿渣粉和粉煤灰的活性，得到强度高、稳定性好的水硬性胶凝材料。碱化合物在水中有很高的溶解度，使液体有较高浓度的OH—，OH—与矿渣粉和粉煤灰中SiO2作用，使Si—O键断裂，促进SiO2的溶解，碱化物对矿渣粉和粉煤灰中的A12O3作用，使A1—O—A1健也有同样效果，同样机理，使矿渣粉和粉煤灰中的CaO溶解，随着钙、硅离子从矿渣粉和粉煤灰中大量渗出，水泥浆使溶液内钙、硅离子的浓度超过水化硅酸钙的溶解度，使C—S—H（水化硅酸钙）凝胶成核，晶体长大，同时生成大量的铝硅酸盐，减少了Ca（OH）2等不耐盐、酸、碱侵蚀产物的出现。水化硅酸钙和铝硅酸盐这两大类是碱胶凝材料的主要水化合物，它不仅具有很高的强度，而且具有很好的抗冻性、耐腐性、抗渗性，能更好防止混凝土的收縮及钢筋锈蚀。基于碱胶凝材料配制的混凝土是目前最理想的抗冻防腐高弹性模量混凝土。在混凝土中掺入网状型聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维的弹性模量随温度降低而提高对混凝土在低温环境下，能抵抗冻胀破坏具有正面加强效应。另外，由于聚丙烯腈纤维直径小，单位重量的纤维数量庞大（每克约876000根），纤维间距较小且微细纤维相互搭结，因此具有明显的与其它微细有机纤维相同的阻裂效应，能增加混凝土冻融损伤过程中的能量损耗，有效地抑制混凝土的冻胀开裂，有益于混凝土在低温环境下，抗冻融耐久性的提高。
3 管桩生产关键工序
预应力混凝土管桩的生产工艺如图1所示：
生产过程中关键工序应按如下方法控制
法兰盘制作：法兰盘用钢板采用Q355C钢，钢板圈下料确保矩形板材边长尺寸误差小于1.5mm，对角线小于2mm;经卷板机圆筒成形后对接口双面焊接，再过调圆处理，保证圆筒直径误差小于1.5mm，圆筒接口错缝误差小于1mm。法兰盘底板外圆直径误差小于0.5mm、内圆直径误差小于0.5mm、孔位间距误差小于0.2mm、孔直径误差小于0.1mm。法兰组焊完成，经检验合格后进行三级热浸镀锌防腐处理。
搅拌灌注：混凝土使用专用浇筑车进行浇筑作业。为满足管桩壁厚要求，搅拌机为每盘定量搅拌及灌注。混凝土灌注时需制做3组150×150×150的立方体试件，2组采取与产品同条件养护，1组采取标准养护，用于检测脱模强度及28d强度。
张拉：张拉时，采用张拉力和伸长值双控法：张拉至3MPa，停下记录伸长值的起始数据L0，张拉至1.05σcon（σcon为张拉控制应力），持荷2min，再补位张拉至σcon，测量并记录伸长值终端数据L，锁紧螺母，回油放松，退出张拉头，计算伸长值△L=L-L0 。
离心成型：基本离心流程为低速运转布料（2～3min）→加速运转（1min）→中速运转（2～3min）→加速运转（1min）→高速运转（8～12min）。离心完成倒掉管桩内壁的余浆后，管桩内壁光滑，壁厚均匀，无塌落现象。
蒸汽养护：蒸汽养护含静停、升温、恒温、降温四个阶段，采用当前先进的ZYC-100微机控制高效节能低温蒸汽养护系统自动养护，保证产品蒸养质量。
脱模：对同步养护的试件进行抗压检测，其结果满足设计强度等级的75%以上，方可脱模。出养护池坑前产品表面与坑外环境温差不应大于20℃，采用气割熔断方法烧断主筋，熔断顺序采用对称交叉方式，防止因施加预应力不均造成产品弯曲及端部纵向裂纹的出现。
4 结论
通过对青藏铁路格拉段电气化改造工程的现场环境考察，确定了管桩作为接触网支柱基础的必要性，针对此类环境，明确了管桩的型号及参数要求。为保障管桩的性能达到要求，对管桩用混凝土进行了专项研究，适配了具备高强、抗冻、抗震、防腐、耐磨高弹性模量的特性的混凝土，同时对于管桩生产工艺进行研究，对其中的关键工序进行分析，保障管桩的性能满足相关标准要求。综上，本文研究的高海拔盐碱冻土用管桩可满足于青藏铁路格拉段电气化改造工程的要求，未来在工程施工中可直接应用。
参考文献
[1] TB/T 2286-2020.电气化铁路接触网预应力混凝土支柱[S].
[2] GB 13476-2009.先张法预应力混凝土管桩[S].
[3] 张晓栋.多年冻土区路基接触网基础设计[J].经济技术协作信息，2019（19）：90-90.