1、1既有铁路路基状态检测方法应用研究【摘要】：铁路路基作为轨下承重的土工结构物，其施工质量的好坏直接关系到轨下基础的整体稳定性，从而影响列车运行的安全与旅客乘坐的舒适性。本文就既有铁路路基状态检测方法应用进行了分析。 【关键词】：铁路路基；挖探；动力触探；落锤式弯沉仪；核子密度湿度；高密度电法探测；弹性波精细探测 中图分类号：F530.32 文献标识码：A 文章编号： 引言 路基是线路的基础,不但要承受线路上部结构的重量,而且还要承受列车荷载的重复作用。列车在动荷载产生下产生的过大动应力会引起路基翻聚冒泥和永久变形,从而引起轨道线路的不均匀下沉。铁路既有线经过多年运行,路基状况十分复杂,病害复杂
2、多样。因此,既有铁路路基检测对路基状态评估具有十分重要的意义。目前既有铁路路基检测方法主要包括挖探、动力触探、落锤式弯沉仪检测、核子密度湿度测试、高密度电法探测以及轨下弹性波精细探测等。 一、挖探 挖探是通过在路基中?挖具有一定深度和长度的沟槽,以查明病害、不良岩土或加固体的基本性状、界限或延伸方向。挖探适合于钻探方法不容易到达或实施,难以准确?明病害或加固体状况、难以保证取样质量2时,最适合于路基或边坡的浅层。挖探深度受地下水位限制,一般不宜低于地下水位,即使在地下水位以上也以不超过 20m 为宜。挖探方法不足之处在于损坏线路、效率较低、结果片面不可靠。且路基病害分布具有随机性,线路一侧的挖
3、探结果并不能完全代表该断面,且挖探深度往往有限,无法检测到铁路基床深部的病害和状况。 二、动力触探 动力触探是把装在钻杆上的锥头按规定锤击能量将其打人土中一定深度,以锤击数来区分和确定地层物理力学指标的方法。结合既有线路基特点,一般以锤重 10kg、落距 50cm 的轻型动力触探进行勘探。一般用于确定各类土的容许承载力,查明土层在水平和垂直方向上的均匀程度,确定桩基持力层的位置和预估单桩承载力。对于既有线路基检测,还能测定一定深度基床土的强度,掌握基床土的地基承载力沿深度和线路纵向变化。轻型动力触探一般适用于一般粘性土及素填土,连续贯入深度一般不超过4m。该方法设备简单、测试方便有效、适用性较
4、广,且不影响行车,因此在路基床强度评估路基病害检测等方面用途广泛。但其缺点是分辨率不高,且易受介质不均?的影响。另外,通过改进的便携式动力触探仪器常被用来探明路基状态与地基承载力、检测路基密实度,是一种局部勘察手段。三、落锤式弯沉仪(FWD)检测 落锤式弯沉仪的原理是落_从一定高度自由下落冲击荷载板,通过位于承载板上的力和位移传感器获取数据,加以分析,找出动荷载与动变形之间的关系。路面和铁路道床表面在荷载作用下的弯沉值可以反映路面3的结构承载能力,是反映道床强度最主要的力学指标,也是应用最广泛的路面结构状况评价指标之一,其检测技术的发展十分迅速。落锤式弯沉仪是目前世界上公认的先进的路面承载力动
5、载评定设备,在 60 多个国家和地区先后得到应用,特别是在美国和西欧等发达国家,FWD 应用十分广泛,取得了非常显著地效果。落锤式弯沉仪也是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一,其应用已步入规范化、标准化的阶段。美国联邦公路局经过对比分析,确认 FWD 是较好的路面承载力评定设备,并选定 FWD为路面强度评定的重要设备。中国从 20 世纪 80 年代中后期引进 FWD,结合其?发和应用,进行了大量的理论和试验研究工作,并已经取得了一些重要成果。在既有铁路路基检测中,路基基床系数 K30 的测试不容易实现,落趣式动刚度检测仪被用来测试基床动刚度和评估路基状态。为了不影响正常行车,避免扒开道
6、碴,在大面积普查或有资料可查时,也可在路肩进行测试,然后推测轨道下方基床的相应参数。 四、核子密度湿度测试 核子密度湿度测试是根据 y 射线在经物质散射前后强度的变化和测试快中子的散射能量来确定被测物质的压实度和含水量。核子密度湿度测试用于公路路基、铁路路基等土木工程施工现场的压实度、含水量和空隙率质量控制检测和工程验收以及用于在工程试验区段快速准确获取施工参考数据等。在铁路路基检测应用中,核子密度湿度测试被用来判断路基的压实程度。核子射线法适用于现场测定填料为细粒土、砂类土的压实密度。为避免扒开道踏,需采用深层核子密度湿度仪穿过道床成孔试验,其缺点是对行车有干扰,如果操作不当的话可能会对人的
7、身体有危害,4造成环境污染。 五、高密度电法探测 高密度电法是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为基础,通过人工建立地下稳定直流电场,依据预先布置的若干道电极采用预定装置排列形式进行扫描观测,研究地下一定空间内大量丰富的空间电阻率变化,以此反映地层的变化,从而查明和研究有关地质问题的一种直流电勘探方法。20 世纪 70 年代末期英国学者所设计的电测深偏置系统就是采用了高密度电测得基本设想;80 年代中期,R 本地质计测株式会社利用电极转换箱实现了野外数据采集和电极转化的自动化,之后用于地基调查、地下水勘探等方面的研究;80 年代末期,中国原地质矿产部系统率先开展了高密度电法及其应用技术
8、的研究,逐步使该项技术在国内达到了实用化的程度。高密度电法具有成本低、效率高、信息丰富等优点,可探测洞穴、断层、破碎带、路基状态、道碴陷槽、道碴囊、路基?空区、翻菜冒泥和岩溶等,用途广泛。但影响其精度的因素较多,测试速度也不快,难以建立与地层力学性质的关系,只能用于结构物的探测或初略确定道碴的污染程度。 六、轨下弹性波精细探测 轨下弹性波精细探测是通过地震仪向路基内发射声波,由接受系统测得波速、振幅和频率,根据波在弹性体内中的传播规律,分析、判释被测岩土体性状和确定其有关力学参数的一种物理勘探方法,包括弹性波反射法和路基结构层振动幅频响应特征法。 弹性波精细探测适用于重载铁路路基,亦可应用于普
9、通铁路路基检测,属5路基无损检测技术。铁路路基探测一般在作业面下 10 米深度范围,地质雷达难以保障这一勘探深度,传导类电法或感应类电磁法受电性异常介质的工程多解性和体积效应的影响,其分辨能力和解释精度有局限。铁路路基是在特定环境下存在的一种介质结构,由于各结构层波阻抗存在明显差异,因此弹性波勘探可以在这一领域发挥重要作用。依据弹性波波速与介质结构动弹性力学参数之间的相关关系,可以通过弹性波勘探波速的提供来对路基结构和病害给出科学评估。在弹性波类路基勘探方法中,面波勘探一直是路基评估的主要方法,面波法测出的波速可直接反映路基土的抗剪强度,判定碎石土的密实度,评价地基土加固处理的效果,长期以来,
10、在除去道诈的路基建设或路基加固处理前后,通过面波勘探和频散曲线的反演,可以获得介质结构层的面波及横波波速,根据横波波速的大小给出路基结构的动弹性力学评估结论。波速法测试效率高、数据面广、成本低,但分辨率较低、易受频率和测试条件的影响,且测试结果易受含水量和土质变化的影响。 结束语 以上既有线路基检测方法均可满足适用性要求,但各有优缺点。为此,既有铁路路基检测方案应尽量做到检测手段多,检测内容全面。只有多种检测方法相互验证、相互补充,才能给出全面准确的检测结果。对于不同的检测目的、线路状况和病害类型,应该选择不同的检测方法进行综合检测。同时,检测方案应综合考虑结果的可靠性、成本和便捷性等。另外,既有线路基状态的检测应遵循原位和区段测试相结合、点和面测试相结合、动态和静态测试相结合,以便能对既有路基的状况做出综合评价,为路基6是否需要加固或采取什么样的加固措施来达到提速线路路基的要求提供依据。 参考文献： 【1】王安建.高速铁路施工检测技术的研究M.北京:中国铁道出版社.2010（12） 【2】李伟成.21 世纪高速铁路施工中的检测方法J.中国铁道科学.2009（12） 【3】张千里.既有线提速路基检测评估技术J.中国铁路.2002
