1、铁路路基孔隙率检测方法实验研究摘要：基于现在铁路中存在很多施工质量差的问题，加上自然地理环境的影响，使得我国铁路的建设过程出现一系列问题。文中笔者主要对我国现代铁路建设中存在的问题，提出了铁路路基孔隙率的检测方法，通过分析对比试验的结果，得出了适用于路基压实检测的方法。 关键词：铁路路基、孔隙率检测、实验研究 中图分类号：U213.1 文献标识码： A 一、前言 在时速 200 km 新建铁路线桥隧站设计暂行规定中，首次在我国铁路路基压实检测中采用孔隙率指标。此前的铁路土工试验方法对孔隙率的测算方法没有明确的指出，在我国一些其他领域的孔隙率的测算中也没有较为系统的算法。 二、我国铁路的现况以及
2、特点 现代铁路不同于其他线路，对其自身的强度还有刚度都有着很高的要求，主要是可以使铁路进行长久稳定的工作。为了能够严格的控制路基，使其不会沉降或者变形，我国特别推出了许多相应的制度。在整个路基工程的实施中，一共存在了两个方面的技术问题：路基工程结束后本身的沉降问题；铁路路基的动力是否具有平顺性和能否长期稳定运行的问题。简单来说现在进行路基的设计应该不仅仅是按照要求的强度来实行，而应该按照更高的强度进行设计。只有将铁路的路基做到稳定性高，强度和刚度超过要求标准，并且耐久性好这些特点，才能设计出一条安全稳定的铁路。然而想要解决当前的铁路建设问题是相当麻烦的，目前的欧洲和日本等一些国家中，都普遍的存
3、在的路基变形这种问题，但是其解决办法一般都是通过实行高标准的材料质量和轨道的结构设计的高标准进行稳定性的提高，并且进行高质量的维护和修理来维持铁路的稳定持续运行。例如日本国家上越与我国的东北新干线相比较，其高架桥在整体中的占比分别是 1%和 6%，由于国内的经济实力还没有达到发达国家水平，目前还没有条件允许我国在这些问题上采取欧洲或者日本这些国家，例如我们的京沪高速铁路，在整体中路基工程所占的比例大约是 65%，并且地质很多比分都不是非常适合，这就为我国的铁路建设带来了很大的困难，铁路工程建设中的路基的变形问题更加严重了，在工程过后铁路的沉降问题和稳定性问题都给我们的铁路建设人员带来了巨大的挑
4、战。 三、孔隙率测试方法分析 1、孔隙率基本概念 孔隙率的定义为“土的孔隙体积与土总体积的比值，以百分率表示” 。即 n=(V-Vs)/V100% 式中：n 是指孔隙率的百分比；V 表示土的总体积；Vs 土指存在于土里面的中固体部分的体积大小。从上面的式子我们进一步可以推出： n=(1-d/G) 100% 该式中：n 同样是指孔隙率的百分比；d 是指干土的密度；G 是指土中颗粒大小的密度。 2、孔隙率测试方法 对于孔隙率的检测，通常是由上式来进行表示。土的颗粒密度 G 可以根据相关的试验规程，在经过取样之后由室内试验得到。而干土的密度 d 可以通过核子湿度密度测试仪进行检测，也可以用灌砂法或者
5、灌水法在施工现场对湿密度进行测定，并根据此中的含水量的大小通过计算得出。 另外，由于土的颗粒密度存在两种测试方法，分别为毛体积 Gm 和视密度 Gs，因此对孔隙率的测定还要分成两种情况： n1=(1-d/Gs) 100% n2=(1-d/Gm) 100% 3、两种测定结果的比较 两种测定结果均表示土中所有颗粒在内的所有孔隙体积与整个土体体积的比。但存在一个方面不同的是：n1 中 Gs 视密度是指土体中将颗粒内部裂隙计算在内的所有空隙的体积；而 n2 中 Gm 毛体积密度是指所有颗粒之间的空隙体积。 在对颗粒视密度 Gs 的测定中，首先要将土样进行烘干操作，在对其进行称量后放入水中，进而测的土颗
6、粒排开水的体积，此时，干重时的质量与颗粒排开水的体积之比就是测定所需要颗粒视密度。在水中，水将会填充土颗粒内部的开口裂隙，土颗粒体积（土颗粒排开水的体积）不包括颗粒开口裂隙。所以，颗粒视密度 Gs 的测定中应该将颗粒开口裂缝所产生的体积计算在内。 在对颗粒毛密度 Gm 的测定中，首先要将土样制作成饱和面干状态，在对其进行称重操作之后将其放入水中，这时对土颗粒体积（土颗粒排开水的体积）进行测定。土样干重时的质量与土颗粒体积（土颗粒排开水的体积）的比值即为颗粒毛密度 Gm。其中，颗粒间孔隙率 n2 不包括颗粒内部开口裂隙。 4、路基压实检测宜选用颗粒间孔隙率 在路基的压实检测中，除了一些土粒强度很
7、小，在碾压过程中会被破碎的情况之外，我们对颗粒内部的孔隙假定为不能够被压缩，只有颗粒之间的孔隙会被压缩，从而使得颗粒之间密度更大。从土的抗剪强度产生的机理可知，土的强度取决于颗粒之间的摩擦力与凝聚力。因此，为了达到提高土体强度，减小压缩性，使土体处于更加稳定状态的目标，要求控制颗粒与颗粒之间的可压缩空隙，而非颗粒内部的孔隙。所以，作为土体压实质量的控制指标选用颗粒间孔隙率 n2 更为合理。 四、两种孔隙率的对比试验 1、试验概况 结合秦沈客运专线西部路基试验段的试验工作，我们进行了 2 种孔隙率测试。主要目的是将这 2 个指标的测试结果与现有土壤压实指标压实系数 K 的测试结果进行比较，从而验
8、证哪种测试方法更与现行压实检测标准吻合。 在试验中选用了 12 种粗粒土(主要性能指标见表 1)，这些粗粒土的共同特点是都含有较多的细粒成分，一般在 10%35%，经室内试验和现场压实试验证明，具有较好的击实曲线特性，适合用压实系数 K 来检测其压实质量。因此，用 2 种孔隙率测试结果与压实系数 K 的检测标准相比较，哪种方法的测试结果与时速 200 km 新建铁路线桥隧站设计暂行规定中对应的孔隙率 n 检测标准更 接近，就证明该种测试方法与时速 200 km 新建铁路线桥隧站设计暂行规定中的检测要求相符。 表 1：12 种颗粒土主要性能指标 分以下三种情况开展对比试验： 将填土密度控制在 K
9、=0.90、K=0.95,对 n1 及 n2 对比数值进行测算；将填土孔隙率控制在 n1=20%、n2=25%,对 K 对比数值进行测算； 将填土孔隙率控制在 n2=20%、n2=25%,对 K 对比数值进行测算。 (2)以上试验结果和相关分析 下表 2 为本次试验的试验结果。 在压实土体至 K=0.9 的情况下,对应的所有孔隙率 n1 为 28.9%至32.2%,所对应的颗粒间孔隙率 n2 为 24.9%至 27.3%。根据暂规中的规定,与压实系数 K=0.90 相对应的孔隙率要求为 n=25%。所以,通过以上实验的测试结果,我们可以看出 n2 即颗粒间孔隙率的检测结果与暂规中检测标准较为接
10、近。 在压实土体至 K=0.95 的情况下,对应的所有孔隙率 n1 为 24.9%至28.4%,对应的颗粒间孔隙率 n2 为 20.7%至 23.3%。根据暂规中的规定，与压实系数 K=0.95 相对应的孔隙率检测要求为 n=20%。所以,通过以上的测试结果,我们可以看出 n2 即颗粒间孔隙率的测试结果与暂规中检测标准较为接近。 在颗粒间孔隙率 n2 为 25%的情况下，其压实系数 K 对应为 0.899至 0.929,在 n2 为 20%的情况下，压实系数 K 对应为 0.958 至 0.991,由此看出，并没有较大的压实系数值波动,基本符合暂规中的相关要求。 在全部孔隙率 n1 为 25%
11、的情况下，压实系数 K 对应为 0.949 至0.995；在 n1 为 20%的情况下，压实系数 K 对应为 1.01 至 1.06,由此看出，并没有较大的压实系数值波动,显然，要达到如此压实程度是不合理的。 五、结论与建议 (1)通过以上实验我们能有达到以下结论：在检测路基填土压实质量时采用颗粒间孔隙率 n2 进行测试,在原理上达到了土壤压实理论的相关要求,所得到的测试结果也基本满足暂规标准。所以,在进行路基压实检测时采用测定填料颗粒毛体积密度以及现场碾压干密度进行检测是较为合理的。 (2)通过以上论述，笔者建议在以后的孔隙率设计以及检测标准修订过程中, 检测孔隙率通过测试填料干密度及颗粒毛体积密度进行测试,并将毛体积密度试验方法列入到铁路工程土工试验规程中。 (3)在上文中可以发现，在两种指标在书写和称呼上容易混淆，因此，笔者建议把全部孔隙率 n1 叫作“孔隙率,把颗粒间孔隙率 n2 叫作“间隙率”或者“空隙率” ，一方面便于区别两种孔隙率测试指标,另一方面易于书写、称呼。 参考文献： 1 王庆昀：论高速铁路路基施工技术及质量检测方法 ， 科技创业月刊 ，2005 年 03 期 2 刘井红 吴晓青 郭启微：复合材料孔隙率检测方法的比较研究 ， 纤维复合材料 ，2009 年 01 期 3 汪大伟：铁路软土路基施工技术探讨 ， 科技资讯 ，2009年 05 期
