鐵路路基病害與檢測(cè)技術(shù)的探討
2015-06-01
鐵路路基是鐵路線路的重要組成部分，路基施工質(zhì)量的好壞直接影響著鐵路的行車安全，近年來(lái)隨著鐵路運(yùn)力的不斷提升，對(duì)鐵路路基的要求有了更高的提升，為了提高既有線路基病害檢測(cè)水平，因此本文歸納介紹了鐵路既有線路基常見(jiàn)的病害及其成因，探討了適合既有線鐵路路基病害調(diào)查及檢測(cè)的檢測(cè)技術(shù)，并在蘭州局蘭青線、寶中線、以及蘭武線柳家臺(tái)車站路基病害檢測(cè)中進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，此檢測(cè)技術(shù)適合既有線鐵路路基病害調(diào)查、快速檢測(cè)，此路基綜合檢測(cè)法，對(duì)行車干擾小，安全可行，效果良好。
1 常見(jiàn)鐵路路基病害及成因
鐵路路基病害主要是由于鐵路路基基地處理當(dāng)或路基基床填料不良、排水不暢、水的浸入以及列車荷載長(zhǎng)期作用造成的，常見(jiàn)鐵路路基病害一般指導(dǎo)致路基基床本體破壞，從而使得路基承載力下降，危機(jī)行車安全。常見(jiàn)鐵路路基病害主要有翻漿冒泥、路基下沉、路基擠出、路基凍害。
?。?）翻漿冒泥。
翻漿冒泥主要是由于基床臟污，排水不暢等因素造成基床受臟污污染地段軟化成泥漿從基床表層冒出，從而使得路基承載力下降，危及行車。
?。?）路基下沉。
路基下沉主要是由于基床填筑料密度不夠、強(qiáng)度低，以及壓實(shí)度不足或外在因素導(dǎo)致路基承載力不足所引起路基沉降。
（3）路基擠出。
路基擠出主要是由于基床強(qiáng)度不足而導(dǎo)致基床本體產(chǎn)生剪切破壞，使得基床向外蹦出或著隆起導(dǎo)致路基完整性破壞。
?。?）路基凍害。
路基凍害主要是由于路基填筑料透水性較差，當(dāng)路基基床含水率較高且溫度較低，使得土體發(fā)生不均勻凍脹，從而使得基床破壞，路基承載力降低。當(dāng)凍脹土融化時(shí)又引起路基不均勻沉降。凍害多發(fā)生在嚴(yán)寒地帶，且路基基床含水率較高的地段。
2 既有線鐵路路基病害檢測(cè)技術(shù)
根據(jù)鐵路既有線的特點(diǎn)，對(duì)鐵路路基病害檢測(cè)應(yīng)最大程度的減少對(duì)行車的干擾，因此需要采用的檢測(cè)手段應(yīng)力求準(zhǔn)確、可靠、便于操作且能快速的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，從而為路基病害整治工作提供準(zhǔn)確可靠的路基病害情況。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，既有線路基病害檢測(cè)可采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法、用動(dòng)力觸探或EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)、灌水法綜合應(yīng)用來(lái)對(duì)路基病害進(jìn)行檢測(cè)，綜合評(píng)判路基病害情況。
?。?）檢測(cè)位置及檢測(cè)內(nèi)容的確定。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害情況或需要檢測(cè)的路基地段確定現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)里程，做好現(xiàn)場(chǎng)直觀檢查檢測(cè)、記錄、簡(jiǎn)單分析判斷路基病害及其成因，然后在選定的路基里程范圍內(nèi)按如下要求確定檢測(cè)位置及檢測(cè)項(xiàng)目。
?、俨捎玫刭|(zhì)雷達(dá)進(jìn)行路基斷面填筑料質(zhì)量（包括均勻性、密實(shí)度及軟弱夾層、空洞）等病害的檢測(cè)，初步判明路基病害情況。②在基床表層線路中心處（雙線2個(gè)測(cè)點(diǎn)，單線1個(gè)測(cè)點(diǎn)）進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)或EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)路基基床承載力情況。③在路基中線處，基床表層或開(kāi)挖0.6 m、1.2 m、1.8 m深（按基床填筑深度確定）進(jìn)行灌水法檢測(cè)基床表層或基床底層深度的填料密度或路基壓實(shí)系數(shù)。
?。?）檢測(cè)原理。
?、俨捎玫刭|(zhì)雷達(dá)法對(duì)檢測(cè)區(qū)段內(nèi)的路基進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)掃描檢測(cè)路基內(nèi)在病害缺陷。
地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)通過(guò)發(fā)射天線在路基道床表面向道床內(nèi)部及基床發(fā)射電磁波，當(dāng)電磁波遇到不同的路基填料及病害界面時(shí)便會(huì)發(fā)生反射和透射，反射波又被接收天線接收。此時(shí)雷達(dá)主機(jī)記錄下電磁波從反射到接收的雙程走時(shí)t，電磁波的傳播速度v可標(biāo)定出來(lái)，所以地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)路基深度d=v×t/2，所以得到反射面的深度即可判斷道床和基床的厚度，路基病害位置。
當(dāng)雷達(dá)波向路基傳播時(shí)遇到不同填料以及路基基床表層、基床底層各層分界面、病害地段時(shí)，都會(huì)發(fā)生不同程度的反射、折射和散射，產(chǎn)生不同程度的波能吸收和衰減衰減，集中反映在波形和波阻特征變化上。分析研究接收回波的特征差異就可以判斷路基病害缺陷及范圍。
實(shí)際路基斷面檢測(cè)時(shí)保持150兆雷達(dá)天線離開(kāi)道床表面不超過(guò)20 cm，沿路基縱向連續(xù)掃面檢測(cè)和橫向連續(xù)掃面檢測(cè)相結(jié)合的方法進(jìn)行檢測(cè)，采用打標(biāo)方式進(jìn)行定位，雷達(dá)主機(jī)實(shí)時(shí)記錄每個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間、深度和振幅值，構(gòu)成連續(xù)雷達(dá)剖面，應(yīng)用雷達(dá)分析軟件，分析雷達(dá)剖面圖上反射波同相軸的波形和波阻特征就可以探明路基結(jié)構(gòu)的分層情況，探測(cè)到路基病害類型、范圍和具體位置。
②動(dòng)力觸探或EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)路基各層的承載力。
因既有線路基病害調(diào)查及檢測(cè)既要求要快速準(zhǔn)確查明路基病害，又要盡量減少對(duì)行車的干擾，以確保行車安全，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在既有線路基檢測(cè)中可采用動(dòng)力觸探或EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)代替K30法檢測(cè)路基各層的承載力，Evd值與K30值轉(zhuǎn)換關(guān)系如（表1）。
動(dòng)力觸探是利用一定的落錘能量將與觸探桿相連接的探頭打入土中根據(jù)打入的難易程度表示為貫入度或貫入阻力來(lái)判斷土的工程性質(zhì)的一種原位測(cè)試方法可用于確定各種填筑料路基的承載力，還可用于查明路基在水平和垂直方向上的均勻程度確定路基土的承載力，一般對(duì)路基基床以下黏性土可用輕型動(dòng)力觸探檢測(cè)，對(duì)路基基床本體部分可用重型或特重型觸探檢測(cè)，因現(xiàn)場(chǎng)路基行車、或其路基病害整治等原因可能造成路基基床填料有不確定性，因此在實(shí)際既有線路基檢測(cè)種根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)路基情況現(xiàn)場(chǎng)確定采用何種動(dòng)力觸探檢測(cè)。
動(dòng)力觸探實(shí)際檢測(cè)時(shí)先清開(kāi)石碴，再用鉆具鉆至路基表層，然后對(duì)所需試驗(yàn)路基基床進(jìn)行觸探。
試驗(yàn)時(shí)，穿心錘落距為50 cm，使其自由下落，將探頭豎直打入土層中，記錄每打入土層30 cm的錘擊數(shù)，進(jìn)而推算出路基的承載力。 EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)是采用動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀來(lái)監(jiān)控檢測(cè)土體承載力指標(biāo)—— 動(dòng)態(tài)變形模量EVD的試驗(yàn)方法。它通過(guò)落錘試驗(yàn)和沉陷測(cè)定來(lái)直接測(cè)出反映路基填料動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)EVD，計(jì)量單位為MPa。EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)用于檢測(cè)最大粒徑小于63 mm的粗粒料和混合級(jí)配料的基床、基底土以及礫石基層動(dòng)態(tài)變形模量EVD，方法簡(jiǎn)單、快捷。動(dòng)態(tài)變形模量是反映細(xì)骨料或級(jí)配料、回填料、石灰土等基層和地基承載力的重要指標(biāo)。
?、酃嗨y(cè)定路基基床壓實(shí)系數(shù)。
灌水法是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)選定的測(cè)點(diǎn)處開(kāi)挖一定尺寸的試坑，提取試樣并稱出試樣的重量，然后用略大于試坑容積的塑料薄膜袋裝水測(cè)出試坑的體積。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的現(xiàn)場(chǎng)試樣的重量和試樣體積，并對(duì)試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室烘干處理后再次進(jìn)行烘干后的重量測(cè)量，從而即可計(jì)算出試樣的濕密度ρ、干密度ρd和孔隙比e0，結(jié)合不同填料土的室內(nèi)試驗(yàn)確定的最小干密度ρdmin與最大干密度ρdmax計(jì)算出相對(duì)密度Dr或基床壓實(shí)系數(shù)Kh。
3 工程實(shí)例
蘭州局管內(nèi)蘭青線K42+300～K42+350地段，路基突然下沉，列車被采取限速通行，為了查清路基病害及范圍，我們采用地質(zhì)雷達(dá)綜合檢測(cè)法、動(dòng)力觸探或EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢檢測(cè)、灌水法對(duì)限行地段進(jìn)行檢測(cè)。
首先我們利用地質(zhì)雷達(dá)SIR2000對(duì)病害地段進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)路基表層以下1.2 m處有路基存在空殼不密實(shí)異常區(qū)域。
在找到路基空殼異常區(qū)域位置后，對(duì)路基空殼不密實(shí)異常區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖，分層夯實(shí)回填處理，然后對(duì)處理后的路基進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)綜合檢測(cè)，經(jīng)處理后未在地質(zhì)雷達(dá)圖上發(fā)現(xiàn)路基異常區(qū)。
其次對(duì)處理后的路基基床表層及表層以下0.6 m處分別進(jìn)行灌水法及動(dòng)力觸探和EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)。
根據(jù)綜合檢測(cè)結(jié)果得知蘭青線K42+300～K42+350路基下沉是由于路基基床表層以下1.2 m處存在一個(gè)空殼不密實(shí)異常區(qū)域，由于列車沖擊震動(dòng)，空殼不密實(shí)異常區(qū)域塌陷導(dǎo)致路基突然下沉，經(jīng)對(duì)病害路基搶修處理后再次采用地質(zhì)雷達(dá)綜合檢測(cè)法、動(dòng)力觸探或EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢檢測(cè)、灌水法檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)路基空殼不密實(shí)異常消除，各項(xiàng)壓實(shí)指標(biāo)符合要求，達(dá)到正常行車條件，申請(qǐng)列車恢復(fù)常速，此次采用地質(zhì)雷達(dá)SIR2000檢測(cè)法、動(dòng)力觸探及EVD動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)檢檢測(cè)、灌水法綜合檢測(cè)法在蘭青線病害檢測(cè)的應(yīng)用，驗(yàn)證了這種綜合檢測(cè)技術(shù)適合于既有線路基病害檢測(cè)。
4 結(jié)語(yǔ)
本文從介紹常見(jiàn)鐵路路基的病害及成因出發(fā)，探討了適用于既有線路基病害檢測(cè)的檢測(cè)技術(shù)，并在實(shí)際路基病害檢測(cè)中用以驗(yàn)證，取得良好的效果，目的在于拋磚引玉，引起同行們的興趣，共同探討，提高既有線鐵路路基病害檢測(cè)水平。
