并聯(lián)法測試雙塊式無砟軌道道床板鋼筋絕緣電阻

高 祁 劉鎮(zhèn)華

中交四航局珠海工程有限公司

1 前言

目前我國鋼軌中的電路采用交流供電，雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)布置中鋼軌距離無砟軌道道床板鋼筋網(wǎng)的距離較近，如果道床板中鋼筋網(wǎng)存在閉合回路，則鋼軌的感應電磁場會在此鋼筋閉合環(huán)中造成磁通量的變化，形成鋼筋閉合回路電流。最終影響鋼軌中軌道電路的傳輸距離。

本文以珠機城際鐵路前山水道特大橋CRTS I型雙塊式無砟軌道道床板施工為依托，技術(shù)人員為縮短道床板鋼筋的絕緣測試時間，提高工效。通過對道床板鋼筋網(wǎng)絕緣測試技術(shù)及絕緣電阻測試儀進行認真研究，最終提出用并聯(lián)法對道床板鋼筋網(wǎng)絕進行測試。希望以后能對類似無砟軌道工程道床板施工起到借鑒作用。

2 工程概況

珠機城際前山水道特大橋CRTS I型雙塊式無砟軌道標準道床板長寬高6.4m×2.8m×0.26m，由上下兩層鋼筋網(wǎng)片組成，縱向鋼筋采用Φ20鋼筋，其中底層10根，頂層9根。橫向采用Φ16，底層橫向鋼筋30根，頂層橫向鋼筋26根，限位凸臺處采用14根Φ12鋼筋。

3 CRTS I型雙塊式無砟軌道道床板鋼筋絕緣綁扎及測量要求

3.1 無砟軌道道床板鋼筋絕緣綁扎

道床板結(jié)構(gòu)內(nèi)縱橫向鋼筋節(jié)點采用小型絕緣塑料卡絕緣,在道床板混凝土澆筑前應進行軌道電路傳輸距離的測試檢查,以滿足軌道電路傳輸距離的要求。

無砟軌道道床板頂層鋼筋中三根縱向鋼筋和一根橫向鋼筋作為接地鋼筋，其它鋼筋為非接地鋼筋。接地鋼筋與非接地鋼筋及其它非接地鋼筋之間交叉時均應進行絕緣處理。雙塊式無砟軌道道床板鋼筋綁扎采用的絕緣卡扣的體積電阻率不小于1.0×1014Ω·cm，在綁扎鋼筋時將絕緣卡的上下卡口卡入尺寸相對應的鋼筋上，再將卡帶收緊，剪掉多余的部分，即完成綁扎。如圖1所示。

圖1 道床板底層鋼筋絕緣綁扎圖

3.2 無砟軌道道床板鋼筋絕緣測試要求

待所有鋼筋綁扎完成后，采用絕緣電阻測試儀對每一鋼筋綁扎點進行測量，在500V電壓下測量結(jié)果均不小于2MΩ。

4 傳統(tǒng)電阻測量方法

4.1 測量方法

將絕緣電阻測試儀的正負極測試夾子分別與道床板的每一橫縱鋼筋綁扎點兩側(cè)進行夾緊，根據(jù)儀表數(shù)據(jù)是否≥2MΩ判斷該綁扎點是否絕緣。

4.2 傳統(tǒng)測量道床板電阻存在的缺陷

在高速鐵路無砟軌道絕緣測試施工過程中，以6.4m 長標準板為例，如果按照傳統(tǒng)方法測絕緣電阻要每一板都要測量788次，需要耗費大量的時間及人力。如圖2（R1、R2、R3、R4……代表縱橫鋼筋綁扎點電阻值）。

圖2 傳統(tǒng)法測試鋼筋絕緣電阻示意圖

5 并聯(lián)法測試絕緣電阻

5.1 測量方法

5.1.1 準備工作

準備好的7m、3m帶測試夾子的銅測試線（測試線直徑、材質(zhì)規(guī)格與絕緣電組測試儀測試線相同）各1條、電阻測試記錄本、絕緣電阻測試儀（兆歐表）1臺。

5.1.2 測量結(jié)果要求

使用絕緣電阻測試表分別與7m、3m長銅測試線及縱橫向鋼筋可靠連接，如能使絕緣電阻測試儀測得結(jié)果達到設計要求≥2MΩ時，則證明各層鋼筋的絕緣性能符合要求。

5.1.3 測試方法

按鋼筋布置間距設置測試夾子分別使上層縱向鋼筋、上層橫向鋼筋并聯(lián)，上層鋼筋測試結(jié)束后調(diào)整銅測試線依次測試上層縱向鋼筋與下層橫向鋼筋并聯(lián)、下層縱向鋼筋與上層橫向鋼筋并聯(lián)、下層橫向鋼筋與下層縱向鋼筋進行并聯(lián)進行測試。在并聯(lián)過程中注意兩根銅測試線之間要有效絕緣處理，不能有任何搭接。

當所測得的電阻值不滿足要求時，則進行鋼筋絕緣排查并相應地拆掉一個測試夾子，把一根鋼筋排出并聯(lián)系統(tǒng)，再次進行測試，若滿足≥2MΩ的要求，則在被排出的鋼筋上去尋找絕緣不到位的地方。依次這樣循環(huán)幾次，直到找到所有縱橫鋼筋絕緣綁扎不到位之處。

5.2 并聯(lián)測量原理

并聯(lián)法測電阻依據(jù)的原理就是并聯(lián)電路的總電阻一定比任何一個并聯(lián)電阻的電阻值小。用兩根不同長度的銅測試線把需要測的橫縱向鋼筋分別連接在一起，相當于把所有縱橫鋼筋的綁扎點絕緣卡扣并聯(lián)，再將兩根銅測試線上分別接至在500V電壓下絕緣電阻測試儀（兆歐表）的正負極上，測出的就是所有綁扎點絕緣卡扣并聯(lián)的電阻總阻值，只要絕緣電阻測試儀（兆歐表）顯示的電阻值大于2MΩ，則表明每個并聯(lián)線路中的綁扎絕緣卡扣的電阻值均≥2MΩ，滿足設計要求。并聯(lián)法測試鋼筋絕緣電阻法示意如圖3所示。

圖3 并聯(lián)法測試鋼筋絕緣電阻示意圖

以最簡單的示例來闡述并聯(lián)法的原理，縱橫鋼筋綁扎可看作是一個“井”字形鋼筋網(wǎng)片，所有接點均用絕緣卡扣連接，用并聯(lián)法測電阻，畫出等效電路圖如圖4所示。

圖4 等效電路圖

由并聯(lián)電阻計算公式可得：

用并聯(lián)法測得的電阻為R總，根據(jù)并聯(lián)電路計算公式得出R總小于R1、R2、R3、R4中的任何一個電阻值。因此，只要我們測得的電阻值R總大于2MΩ，則可以得出R1、R2、R3、R4每一個電阻值都大于2MΩ。

5.3 誤差分析

并聯(lián)法測試鋼筋綁扎絕緣卡扣電阻對測試數(shù)據(jù)造成的誤差影響大致有：道床板鋼筋自身電阻、電阻測試儀銅測試線電阻、測試夾子和道床板鋼筋的接觸電阻。

根據(jù)電阻率與電阻阻值大小的有何關(guān)系：當電阻的長度和截面積相同時，電阻的阻值與電阻率成正比。導體的電阻R跟它的長度L成正比，跟它的橫截面積S成反比。

電阻計算公式：

其中：

R——電阻值，單位Ω；

p——電阻率，常數(shù)，根據(jù)材料不同而變化，單位Ω·m；

L——長度，單位m；

S——橫截面積，單位m2；

5.3.1 道床板鋼筋自身電阻影響。以長6.4m，寬2.8m 的標準板來計算其中所有鋼筋的總阻值。通過《金屬材料化學成分與力學性能手冊》查表可知，鋼筋的電阻率常數(shù)：

縱向鋼筋總長125.4m，橫向鋼筋總長164.08m，Φ20 鋼筋橫截面積0.0003142m2，Φ16鋼筋橫截面積0.0002011m2。由此可計算出一塊標準板中的鋼筋最大電阻值為0.118Ω。

5.3.2 電阻測試儀銅測試線電阻影響查表可知銅的電阻率為：

直徑為2.5mm的兩根銅測試線的電阻：7m長的銅測試線為0.02425Ω，3m長的銅測試線為0.01039Ω。兩根銅測試線的電阻之和為0.03464Ω。

5.3.3 測試夾子和道床板鋼筋的接觸電阻影響

根據(jù)GJB 101—86《小圓形快速分離耐環(huán)境電連接器總規(guī)范》可得銅測試線和鋼筋接觸電阻約為0.015Ω。

5.3.4 并聯(lián)法測試電阻對測試數(shù)據(jù)誤差分析

一塊道床板如果出現(xiàn)有鋼筋綁扎絕緣卡扣不達標的情況，則該條電路中最大電阻只考慮道床板鋼筋電阻、電阻測試儀銅測試線電阻、測試夾子和道床板鋼筋的接觸電阻這三項電阻值之和（不考慮絕緣卡扣電阻），即：

R=0.118+0.03464+0.015=0.1676Ω

通過上述并聯(lián)電阻計算公式得出該電路總阻值小于0.1676Ω，則絕緣電阻測試儀（兆歐表）顯示電阻讀數(shù)幾乎為0Ω。（1MΩ=106Ω）

5.4 并聯(lián)法測試道床板電阻相比傳統(tǒng)測試方法的優(yōu)點

5.4.1 縮短施工時效

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，如使用傳統(tǒng)方式進行電阻測試，以6.4m長標準板為例，如果按照傳統(tǒng)方法測絕緣電阻要每一板至少需要1.5小時，而且因為測試點數(shù)目太多會存在漏測情況出現(xiàn)。如使用銅測試線（并聯(lián)）法進行電阻測試時間將縮短至約為5分鐘一塊道床板，而且測試線會覆蓋全部縱橫鋼筋的綁扎絕緣卡扣點。為下道工序施工節(jié)約大量時間。

5.4.2 減少施工人員及測試工裝投入

并聯(lián)法測試鋼筋絕緣電阻較傳統(tǒng)方法至少節(jié)約2～3 套工裝。大大的減少施工技術(shù)人員及設備的投入。

5.4.3 提高了對成品鋼筋的保護

使用并聯(lián)法測試道床板鋼筋電阻絕緣與傳統(tǒng)測試方法相比，減少對鋼筋骨架的踩踏及污染。

6 結(jié)論

本文對高速鐵路CRTS I型雙塊式無砟軌道道床板施工采用傳統(tǒng)鋼筋絕緣電阻測試方法和并聯(lián)測試鋼筋絕緣電阻方法進行了較為詳細的描述，通過對比指出傳統(tǒng)測試方法的缺點，闡明并聯(lián)測試道床板鋼筋絕緣電阻方法的優(yōu)勢，為無砟軌道道床板鋼筋絕緣測量工作提供了一個嶄新的思路、方法，大大提高了雙塊式無砟軌道道床板施工工效。