鐵路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方法應(yīng)用研究

【摘要】隨著交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，高速鐵路事業(yè)得到飛速的發(fā)展，使得對(duì)路基的質(zhì)量要求越來(lái)越高。在高速鐵路的施工中，壓實(shí)質(zhì)量的好壞影響到整個(gè)工程質(zhì)量。很好的壓實(shí)質(zhì)量對(duì)高速鐵路的路基本體、基床底層及基床表層穩(wěn)定性都是堅(jiān)實(shí)的保證?？刂聘咚勹F路路基壓實(shí)質(zhì)量首先掌握一些施工參數(shù)（例如：填料指標(biāo)、壓實(shí)遍數(shù)），然后再對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)樘盍系亩鄻有?，檢測(cè)目的，檢測(cè)指標(biāo)和檢測(cè)方法均有所不同，通常的檢測(cè)方法有：灌砂（灌水、灌氣）法、靜態(tài)平板載荷試驗(yàn)法、動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)法、輕型觸探法等。

【關(guān)鍵詞】鐵路路基；壓實(shí)質(zhì)量；檢測(cè)方法；應(yīng)用研究

隨著我國(guó)加大對(duì)交通基礎(chǔ)建設(shè)的投資，會(huì)有更多的高速鐵路正在建或準(zhǔn)備建。在高速鐵路的施工中，壓實(shí)質(zhì)量的好壞直接影響到整個(gè)工程質(zhì)量。很好的壓實(shí)質(zhì)量對(duì)高速鐵路的路基本體、基床底層、與基床表層穩(wěn)定性都是堅(jiān)實(shí)的保證。當(dāng)高速鐵路的路基達(dá)到一定的密實(shí)度后，可以提高路基的承載力，減少不均勻沉降帶來(lái)的損失。

國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究都早已證明，在路基填筑施工時(shí)，必須保證很好的壓實(shí)度，這樣才能提高路基的強(qiáng)度，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，并可以減少路基的沉降。充分有效的壓實(shí)是路基施工的關(guān)鍵所在。

一、影響路基壓實(shí)的因素

在施工現(xiàn)場(chǎng)碾壓路基時(shí)，影響路基達(dá)到規(guī)定壓實(shí)度的主要因素有：土的含水量、碾壓層的厚度、壓實(shí)機(jī)械的類(lèi)型和功能、碾壓遍數(shù)速度。另外，土的類(lèi)型對(duì)所能達(dá)到的壓實(shí)度也有明顯影響。

1.含水量對(duì)壓實(shí)度的影響

在工地上檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些工地不太重視悶料，使得含水量偏低或不均勻，影響壓實(shí)效果。密實(shí)度達(dá)到什么樣的質(zhì)量跟土或材料的含水量有著很大的關(guān)系。絕大多數(shù)填料的最大干密度都是在一定的含水量條件下通過(guò)壓實(shí)才能得到的。與最大干密度相對(duì)應(yīng)的含水量稱(chēng)作最佳含水量。

在實(shí)際施工中，含水量過(guò)小或含水量過(guò)大的土，要達(dá)到較高的壓實(shí)度均比較困難。所以，在特別干旱或潮濕的地區(qū)，可以采取增加用水量，以及采用較高壓實(shí)功的機(jī)械等措施，這樣才能保證壓實(shí)度達(dá)到施工要求。

2.路面材料類(lèi)型對(duì)壓實(shí)的影響

不同類(lèi)型土的壓實(shí)性能是不一樣的。就填筑路基而言，最合適的土是砂礫土、砂土及亞砂土。這些土容易壓實(shí)，有足夠的穩(wěn)定性，遇水不會(huì)過(guò)分泡軟。用這些土填筑的路基，發(fā)生沉陷的可能性最小。

粉土質(zhì)土和細(xì)亞砂土稍差，這些低粘性土也比較容易被壓實(shí)。在飽水情況下，這些土容易變成流動(dòng)狀態(tài)，并失去承載能力。用這種土填筑的路堤邊坡，如不作相應(yīng)加固，容易受水沖刷。

亞粘土和重亞粘土的壓實(shí)要困難得多，但與粉土質(zhì)土相比，它們?nèi)允潜容^有利的土。這些土具有較高的粘性和不透水性。

最難壓實(shí)的土是粘土，在潮濕狀態(tài)下，這種土不穩(wěn)定，并容易發(fā)生剪切。粘土的特點(diǎn)是液限大，最佳含水量大而最大干密度小。壓實(shí)的粘土具有良好的不透水性。

二、傳統(tǒng)壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方法

1.灌砂法

灌砂法是利用均勻顆粒的砂去置換試洞的體積，它是當(dāng)前最通用的方法，很多工程都把灌砂法列為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定密度的主要方法。該方法可用于測(cè)試各種土或路面材料的密度，它的缺點(diǎn)是：需要攜帶較多量的砂，而且稱(chēng)量次數(shù)較多，測(cè)試速度較慢。

2.環(huán)刀法

環(huán)刀法是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)密度的傳統(tǒng)方法。國(guó)內(nèi)習(xí)慣采用的環(huán)刀容積通常為200cm3，環(huán)刀高度通常約5cm。用環(huán)刀法測(cè)得的密度是環(huán)刀內(nèi)土樣所在深度范圍內(nèi)的平均密度。由于碾壓土層的密度一般是從上到下減小的，若環(huán)刀取在碾壓層的上部，則得到的數(shù)值往往偏大，若環(huán)刀取的是碾壓層的底部，則所得的數(shù)值將明顯偏小，就檢查路基土和路面結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)度而言，我們需要的是整個(gè)碾壓層的平均壓實(shí)度，而不是碾壓層中某一部分的壓實(shí)度，因此，在用環(huán)刀法測(cè)定土的密度時(shí)，應(yīng)使所得密度能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。然而，這在實(shí)際檢測(cè)中是比較困難的。只有使環(huán)刀所取的土恰好是碾壓層中間的土，環(huán)刀法所得的結(jié)果才可能與灌砂法的結(jié)果大致相同。另外，環(huán)刀法適用面較窄，對(duì)于含有粒料的穩(wěn)定土及松散性材料無(wú)法使用。

3.核子密度濕度儀法

該法是利用放射性元素（通常是伽馬射線(xiàn)和中子射線(xiàn)）測(cè)量土或路面材料的密度和含水量。這類(lèi)儀器的特點(diǎn)是測(cè)量速度快，需要人員少。該類(lèi)方法適用于測(cè)量各種土或路面材料的密度和含水量，有些進(jìn)口儀器可貯存打印測(cè)試結(jié)果。它的缺點(diǎn)是，放射性物質(zhì)對(duì)人體有害，另外需要打洞的儀器，在打洞過(guò)程中使洞壁附近的結(jié)構(gòu)遭到破壞，影響測(cè)定的準(zhǔn)確性，對(duì)于核子密度濕度儀法，可作施工控制使用，但需與常規(guī)方法比較，以驗(yàn)證其可靠性。

4.落錘頻譜式路基壓實(shí)度快速測(cè)定儀

落錘頻譜式路基壓實(shí)度快速測(cè)定儀是利用落錘的沖擊使土體產(chǎn)生反彈力，并利用低頻測(cè)出土體響應(yīng)值的一種不測(cè)含水量就能得到路基壓實(shí)度的測(cè)試儀器。檢測(cè)時(shí)，不需挖坑，每測(cè)一個(gè)點(diǎn)，只需2～3min。該儀器體積?。▋x器外形尺寸：320mm×140mm×300mm，沖擊架高460mm），質(zhì)量輕（8.8kg），攜帶使用方便，既可在施工工地現(xiàn)場(chǎng)使用，也可在實(shí)驗(yàn)室土槽中使用。

5.高密度電法探測(cè)

高密度電法是以地下被探測(cè)目標(biāo)體與周?chē)橘|(zhì)之間的電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)人工建立地下穩(wěn)定直流電場(chǎng)，依據(jù)預(yù)先布置的若干道電極采用預(yù)定裝置排列形式進(jìn)行掃描觀(guān)測(cè)，研究地下一定空間內(nèi)大量豐富的空間電阻率變化，以此反映地層的變化，從而查明和研究有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的一種直流電勘探方法。20世紀(jì)70年代末期，英國(guó)學(xué)者所設(shè)計(jì)的電測(cè)深偏置系統(tǒng)就是采用了高密度電測(cè)的基本設(shè)想；80年代中期，日本地質(zhì)計(jì)測(cè)株式會(huì)社利用電極轉(zhuǎn)換箱實(shí)現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)采集和電極轉(zhuǎn)化的自動(dòng)化，之后用于地基調(diào)查、地下水勘探等方面的研究；80年代末期，中國(guó)原地質(zhì)礦產(chǎn)部系統(tǒng)率先開(kāi)展了高密度電法及其應(yīng)用技術(shù)的研究，逐步使該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)達(dá)到了實(shí)用化的程度。高密度電法具有成本低、效率高、信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，可探測(cè)洞穴、斷層、破碎帶、路基狀態(tài)、道砟陷槽、道砟囊、路基釆空區(qū)、翻菜冒泥和巖溶等，用途廣泛。但由于影響其精度的因素較多，測(cè)試速度也不快，難以建立與地層力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，只能用于結(jié)構(gòu)物的探測(cè)或粗略確定道碴的污染程度。

6.軌下彈性波精細(xì)探測(cè)

軌下彈性波精細(xì)探測(cè)是通過(guò)地震儀向路基內(nèi)發(fā)射聲波，由接受系統(tǒng)測(cè)得波速、振幅和頻率，根據(jù)波在彈性體內(nèi)中的傳播規(guī)律，分析、判釋被測(cè)巖土體性狀和確定其有關(guān)力學(xué)參數(shù)的一種物理勘探方法，包括彈性波反射法和路基結(jié)構(gòu)層振動(dòng)幅頻響應(yīng)特征法。

彈性波精細(xì)探測(cè)適用于重載鐵路路基，亦可應(yīng)用于普通鐵路路基檢測(cè)，屬路基無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。鐵路路基探測(cè)一般在作業(yè)面下10米深度范圍，地質(zhì)雷達(dá)難以保障這一勘探深度，傳導(dǎo)類(lèi)電法或感應(yīng)類(lèi)電磁法受電性異常介質(zhì)的工程多解性和體積效應(yīng)的影響，其分辨能力和解釋精度有局限。鐵路路基是在特定環(huán)境下存在的一種介質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于各結(jié)構(gòu)層波阻抗存在明顯差異，因此彈性波勘探可以在這一領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。依據(jù)彈性波波速與介質(zhì)結(jié)構(gòu)動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)彈性波勘探波速的提供對(duì)路基結(jié)構(gòu)和病害給出科學(xué)評(píng)估。

在彈性波類(lèi)路基勘探方法中，面波勘探一直是路基評(píng)估的主要方法。面波法測(cè)出的波速可直接反映路基土的抗剪強(qiáng)度，判定碎石土的密實(shí)度，評(píng)價(jià)地基土加固處理的效果。長(zhǎng)期以來(lái)，在除去道砟的路基建設(shè)或路基加固處理前后，通過(guò)面波勘探和頻散曲線(xiàn)的反演，可以獲得介質(zhì)結(jié)構(gòu)層的面波及橫波波速，根據(jù)橫波波速的大小給出路基結(jié)構(gòu)的動(dòng)彈性力學(xué)評(píng)估結(jié)論。波速法測(cè)試效率高、數(shù)據(jù)面廣、成本低，但分辨率較低、易受頻率和測(cè)試條件的影響，且測(cè)試結(jié)果易受含水量和土質(zhì)變化的影響。

結(jié)語(yǔ)：

本文通過(guò)影響路基壓實(shí)的因素及傳統(tǒng)壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方法的研究，說(shuō)明以上路基檢測(cè)方法均可滿(mǎn)足適用性要求，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。為此，鐵路路基檢測(cè)方案應(yīng)盡量做到檢測(cè)手段多，檢測(cè)內(nèi)容全面。只有多種檢測(cè)方法相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充，才能給出全面準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。對(duì)于不同的檢測(cè)目的、線(xiàn)路狀況和病害類(lèi)型，應(yīng)該選擇不同的檢測(cè)方法進(jìn)行綜合檢測(cè)。同時(shí)，檢測(cè)方案應(yīng)綜合考慮結(jié)果的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和便捷性。

參考文獻(xiàn)：

[1]狄宏規(guī).既有鐵路路基狀態(tài)檢測(cè)方法應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2012：1-8

[2]楊新安，李怒放，李志華.路基檢測(cè)新技術(shù).北京：中國(guó)鐵道出版社，2006

[3]韓進(jìn)文.核子密度儀在路基壓實(shí)度檢測(cè)中應(yīng)用探析[j]科技資訊，2011：8-11