初探铁路路基工程的现场试验检测技术
2016-02-29
随着我国相关铁路的相关规定，铁路建设又迎来了新一轮的高潮。铁路作为国民经济的大动脉，在中国经济平稳较快发展中肩负着重大责任，作为铁路工程的主体，路基工程的质量尤为重要。本文从路基工程现场试验检测的角度论述了用不同的检测方法对路基工程质量的控制。
一、路基检测前准备工作
1）根据国家及铁道部有关工程检测的法规、标准及项目合同要求，编制试验检测计划和作业指导书。
2）进行检测前仪器、设备的调试，确认设备的标定是否有效，确保仪器设备能够正常使用。
3）检测前应收集齐全相关信息：①检查被检路基填料的土工试验报告、填料名称，确定检测项目； ②根据待检路基部位确定检测频率、数量及指标；③明确报检的路基里程及被检施工标段。
二、检测方法
2.1 地基系数 K30 试验
1）试验检测仪器包括：刚性承压板、千斤顶、百分表或位移传感器、基准支架和反力装置。
（1） 刚 性 承 压 板： 钢 质， 板 厚：T ≥ 22mm、直径 D=300mm(+1.4~0mm)、不圆度及上下两面的不平行度为 0.3%，下底面光洁度不应低于二级。
（2）千斤顶：5 吨级，带有精密压力表 ( 精度 1%)。
（3）百分表或位移传感器：全量程不应小于10mm，最小刻度为 0.01mm。
（4）基准支架：由 3m 的杆件和支脚组成，杆上固定百分表。
（5）反力装置：如果是集装式专用试验车，可利用试验车自重、采用汽车或压路机作为反力。
2）现场检测
（1）根据测试要求合理选择测点位置。
（2）进行场地测试面平整。
将承载板放置于测试地面上，应使承载板与地面良好接触，必要时可铺设一层 2 ～ 3mm 薄干砂。应注意保持试验主体的原始状态，避免松动大颗粒的碎石或石块，安装时不得对测点表面进行压实，当测试面处于斜坡上时，应将承载板支撑面做成水平面。
（3）安装加载装置和测量装置
先放置承载板，利用承载板上水准泡或水平尺来调整承载板水平，将反力装置承载部位安置于承载板上方，并加以制动，承载板外侧边缘与反力装置支撑点之间的距离不得小于 1m；然后将千斤顶放在承载板的中心位置，使千斤顶保持垂直，用加长杆和调节丝杆使千斤顶顶端球铰座与反力装置承载部位紧贴，组装时应保持千斤顶垂直不出现倾斜；再安置测桥，测桥支撑座应设置在距离荷载板外侧边缘及反力装置支承点 1m以外，测表的安放必须相互对称，并且应与荷载板中心保持等距离。
（4）加载试验
预先施加 0.01MPa 荷载约 30s，稳定后卸除荷载，读取百分表读数作为下沉量的初始读数或将百分表调零；再以 0.04MPa 的增量逐级加载，每增加一级荷载，当 1min 的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的 1％时，读取荷载强度和下沉量读数，然后增加下一级荷载。当总下沉量超过规定的基准值，或荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或达到地基的屈服点，试验即可终止。
3）资料处理
（1）绘图及计算工作
根据试验结果绘制荷载强度与下沉量 ( σ −S)关系曲线，如图 1，并按式K30=σs /Ss进行计算地基系数：
式中：K30—地基系数(MPa/m)，计算取整数；
σs—荷载强度 (MPa)；
Ss—下沉量基准值。
2.2 变形模量 Ev2 试验
1、检测仪器 ：变形模量 Ev2 测试仪器应包括承载板、反力装置、加载装置、荷载量测装置及沉降量测装置。
（1）荷载量测装置的量测表量程应达到最大试验荷载的 1.25 倍，最大误差应不大于 1％，显示值应能保证承载板上的荷载有效位至少达到0.001MPa。
（2）沉降量测装置应符合以下要求：测桥的测量臂可采用杠杆式或垂直抽拉式 ,测量臂应有足够的刚度。承载板中心至测桥支撑座的距离应大于 1.25m。杠杆式测量臂杠杆比可在 1:1 至 2:1 范围内选择，选定后不得改变。沉降量测表最大误差不应大于 0.04mm，分辨率应达到 0.01mm，量程不应小于 10mm。
2、现场检测
（1）场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去表面松土。当测试面处于斜坡上时，应将承载板支撑面做成水平面。
（2）测试仪器安装应符合下列要求：先将承载板放置于测试点上，使承载板与地面完全接触，必要时可铺设一层2～3mm薄干砂，同时利用承载板上水准泡来调整承载板水平；然后将反力装置承载部位安置于承载板上方，并加以制动。承载板外侧边缘与反力装置支撑点之间的距离不得小于 0.75m；再将千斤顶放在承载板的中心位置，使千斤顶保持垂直，用加长杆和调节丝杆使千斤顶顶端球铰座与反力装置承载部位紧贴。
试验过程中测桥和反力装置不得晃动，沉降量测装置应用遮阳挡风设施。预加载时，应预先加 0.01MPa 荷载约 30s，待稳定后卸除荷载，将沉降量测表读数调零。加载与卸载应符合以下要求：变形模量 Ev2试验第一次加载应至少分 6 级，并以大致相等的。卸载后，按照第一次加载的操作步骤，并保持与第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直至第一次所加最大荷载的倒数第二级。每级加载或卸载过程必须在 1min内完成。加载或卸载时，每级荷载的保持时间为2min，在该过程中荷载应保持恒定。
3、资料处理
根据试验结果绘制应力 - 沉降量曲线，应力- 沉降量曲线上应用箭头标明受力方向。第一次加载和第二次加载所得到的应力 - 沉降量曲线，可用下式表达：
式中：
σ—承载板下应力 (MPa)；
S —承载板中心沉降量 (mm)；
a0—常数项 (mm)；
a1—次项系数 (mm/MPa)；
a2—次项系数 (mm/MPa)
应力 - 沉降量曲线方程的系数是将测试值按最小二乘法计算得到的。
2.3 压实系数和孔隙率
1、现场检测
先将选定试坑位置处的地面铲平，其面积略大于试坑直径 150mm，按试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度 200mm 处，边挖边将挖出的土放入盛土容器内，称土的质量，然后取代表性土样测定含水率。再向容砂瓶内灌满标准砂，关阀门，称灌满标准砂的密度测定器的总质量。最后将密度测定器倒置于挖好的坑口上，打开阀门，使密度测定器内的标准砂流入坑内，当密度测定器内标准砂停止流动时关闭阀门，称密度测定器和剩余标准砂的质量，并计算灌满试坑所用标准砂的质量。
2、资料处理
根据下列公式计算：
湿密度： ρ= m p /V p (b)
干密度： ρd=ρ/1+0.01w(c)
压实系数： K =ρd/ρd max(d)
孔隙率： n=1−ρd/ G(f)
在我国K30、Ev2 是考虑路基承受静荷载的现场试验检测方法，而 Evd 则是考虑到路基承受动荷载作用下的检测方法。
结语
路基的施工质量关系到整个工程的质量、进度和列车运行安全，而运用科学的试验检测方法是保证路基工程施工质量的重要措施之一。在路基工程施工中，土体压实是一个最基本的问题，通过对以上试验检测方法的分析，可以看出仅用密实度指标来检测和判断路基的质量有其局限性。所以铁路路基施工质量的检测不仅要考虑静荷载作用下的检测，同时也应当考虑到动荷载的作用下的检测。
