武廣客運專線路基填筑質量檢測新技術的應用

摘 要:本文介紹了目前國際常用的幾種路基填筑檢測技術，同時結合武廣客運專線路基施工特點進行分析研究，選用了滿足設計及驗標要求的檢測手段和檢測標準

關鍵詞:客運專線路基工程檢測檢測技術檢測標準

中圖分類號:TU2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0013-02

1 前言

路基壓實質量是保持線路穩定與平順、保證列車能高速、安全運行的重要條件。而控制和檢測壓實質量的標準、方法和設備，則是保證壓實質量的重要措施?？瓦\專線提出了路基填筑采用物理力學雙控壓實標準的新概念，并根據路基填筑的不同部位，提出了壓實系數K、孔隙率n、地基系數K30、動態變形模量Evd以及靜態變形模量Ev2等壓實標準。我單位通過對上述新概念、新標準的學習研究，同時對武廣客運專線XXTJⅤ標新韶關站路基工程質量檢測技術的應用及相關實踐經驗進行總結形成此文，供類似工程參考借鑒。

2 客運專線路基質量檢測的必要性

客運專線路基質量檢測一方面可以評價路基施工過程中或竣工后路基的質量，檢驗路基是否達到了設計要求，驗證路基是否具有足夠的強度能夠承受列車動荷載的作用，同時又具備保證列車安全、舒適運行的合理剛度;另一方面，可以了解施工過程的質量情況，控制施工進度，促進施工單位改進施工工藝，加強施工質量管理，保質保量地完成施工任務。

3 客運專線路基填筑檢測方法及相關標準

3.1 武廣客運專線路基填筑檢測標準

3.1.1 工程概況

新建鐵路武漢至廣州客運專線新韶關站路基工程全長2.501km，路基填筑主要工程量有:挖方61.4萬m3，填方97.97萬m3，其中碎石褥墊層7.75萬m3、A、B組填料45.09萬m3、表層級配碎石4.89萬m3、夯填土40.24萬m3、堆載預壓7.95萬m3。

3.1.2 路基結構形式

正線基床表層0.4m采用級配碎石填筑，路塹地段基底挖除換填2.3m厚的A、B組填料;半填半挖地段基底換填不小于2.3m厚的A、B組填料;站線表層0.6m換填級配碎石，路塹地段基床底層0.5～1.0m挖除換填A、B組填料;灰巖地段表層0.4m挖除換填C25混凝土。

3.1.3 檢測方法及標準，表1

檢驗數量:沿線路縱向每100m每壓實層檢驗壓實系數或孔隙率6點，其中:左、右距路肩邊線1m處各2點，路基中部2點;每100m每填高90cm檢驗地基系數、動態變形模量各4點，其中:距路基邊線2m處左、右各1點，路基中部2點，表2。

檢驗數量:沿線路縱向每100m每壓實層檢驗動態變形模量Evd和孔隙率各6點，其中:左、右距路肩邊線1.5m處各2點，路基中部2點;檢驗地基系數4點，其中:距路基邊線1.5m處左、右各1點，路基中部2點。

3.2 客運專線路基工程試驗、檢測方法介紹

路基工程主要試驗、檢測方法包括:室內土工試驗、原位測試和路基填筑壓實質量檢測。

(1)室內土工試驗是客運專線路基工程最基本的試驗，同時土的物理、力學性能也是設計和施工的重要依據，在施工前或施工中，對土的物理力學性能進行室內試驗，一方面可以復合設計資料的正確性，另一方面可為施工單位的施工提供參數及依據。主要包括含水率

(2)動態變形模量Evd(英文:dynamic modulus of deformation)是指土體在一定大小的豎向沖擊力Fs和沖擊時間ts作用下抵抗變形能力的參數。

它由平板壓力公式Evd=1.5×r×σ/s計算得出，

其中:Evd——動態變形模量(MPa);

r——圓形剛性荷載板的半徑(mm);

σ——荷載板下的最大沖擊動應力，

它是通過在剛性基礎上，由最大沖擊力Fs=7.07kN;

且沖擊時間ts=17ms時標定得到的，即σ=0.1MPa;

s——實測荷載板下沉幅值(mm);

1.5——荷載板形狀影響系數。

實測結果采用公式Evd=22.5/s計算，圖1。

利用落錘從一定高度自由下落在阻尼裝置上，產生的瞬間沖擊荷載，通過阻尼裝置及傳力系統傳遞給直徑300mm的承載板，在承載板下面(即測試面)產生的動應力，使承載板發生沉陷s—即承載板振動的振幅，由沉陷測定儀采集記錄下來。沉陷值s越大，則被測點的承載力越小;反之，越大。

加載裝置——總重量:15.0kg;落錘重量:10.0kg;最大沖擊力:7.07kN:沖擊持續時間:17.0±1.5ms

承載板——直徑:300mm;厚度:20.0mm;重量:15.0kg

電子沉陷測定儀——沉陷測試范圍:0.1～2.0mm±0.02mm;Evd測試范圍:10～225MPa;電源:4xR6電池;適應溫度范圍:0～50℃;外觀尺寸:210mm×80mm×25mm;存儲量:200組測試曲線;重量:0.4kg。

用途:監控檢測土體承載力指標——動態變形模量Evd。

適用范圍:鐵路、公路、機場、城市交通、港口碼頭、工業與民用建筑的地基施工質量監控測試。

特點:①體積小、重量輕、便于攜帶;②安裝及拆卸方便、操作簡便;③自動化程度高、測試速度快;④性能穩定、測試精度高;⑤檢測費用低;⑥適應范圍廣，環保型，無核輻射、廢氣等污染，動載測試符合土體實際受力狀況;⑦平整測試面;⑧放置荷載板;⑨加載裝置在荷載板上就位;⑩用測量電纜將沉陷測定儀與荷載板連接;松開搬運鎖;打開沉陷測定儀電源;使導向桿保持垂直;進行三次預沖擊;連續三次沖擊測試顯示三次測試的沉陷值S1、S2、S3;顯示三次平均沉陷值Sm和動態變形模量值Evd;儲存并打印測試結果。

4 檢測標準的修正

4.1 褥墊層檢測標準及方法

我國現行的設計、施工及質量驗收規范、標準等對路基碎石墊層的碎石粒徑大小、級配要求及壓實標準，沒有明確規定或較為模糊。對于碎石褥墊層的壓實標準，《客運專線無碴軌道鐵路設計指南》(鐵建設[2005]160號)也沒有明確規定，但可以理解為達到路基相應部位的壓實標準;《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行規定》(鐵建設函[2005]754號)中的4.3.7條“砂、碎石墊層的壓實質量應符合設計要求”。

由于客運專線無碴軌道路基工后沉降一般不應大于15mm，碎石褥墊層厚度達0.5～0.6m，路基填高一般3～6m，褥墊層厚度約為填高的10％～20％，我國無碴軌道路基設計一般考慮填料自身沉降在1年內完成、不考慮納入后期沉降范圍，如壓實質量不能滿足，將影響無碴軌道路基后期沉降，因此，對褥墊層的壓實質量應加強控制。鑒于此，根據《客運專線無碴軌道鐵路設計指南》(鐵建設函[2005]754號)、《客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準》(鐵建設[2005]160號)、《客運專線鐵路路基工程技術指南》(TZ212-2005)及國外相關規程規范要求，結合武漢工程試驗段DK1237+930～DK1238+000碎石墊層壓實工藝性試驗成果，初步得出以下關于碎石墊層的相關設計與施工參數:

填料材料:碎石墊層應用碎礫石類填料，且最大粒徑不宜大于25mm，在碎礫石中摻入10％～12％的石粉或細顆粒，拌合均勻后進行填筑;工程實驗段碎石墊層設置形式由下至上為25cm(碎石)+5cm(砂)+土工格柵+5cm(砂)+25cm(碎石)。

(1)施工工藝要求:

①填料填筑前應進行填料級配實驗和擊實實驗，取得級配曲線范圍、最大干密度、最佳含水量等相關參數。

②為防止施工中破壞土工格柵和CFG樁帽，碎石墊層采用25t機具碾壓。先鋪底層碎石層，靜載碾壓經檢測達到要求后，鋪設5cm中粗砂，整平，鋪土工格柵，在鋪5cm中粗砂，靜壓兩遍，最后鋪設上層碎石層，再碾壓經檢測達到要求后，進入下步工序施工。

(2)根據試驗測試初步結果，孔隙率n、壓實度K、Evd三項指標檢測值較為穩定，能較好的反映碎石褥墊層的壓實狀態和動剛度;K30與Ev2檢測值受檢測深度影響范圍限制，不能完全反映碎石褥墊層壓實特性。

綜合現場初步試驗成果，結合《客運專線無碴軌道鐵路設計指南》等相關規程規范的規定，建議武漢工程試驗碎石墊層壓實指標暫按以下標準執行:

i.基床底層:n≤28％、壓實度K≥0.95、Evd≥40MPa;

ii.基床底層以下路基:n≤31％、壓實度K≥0.92、Evd≥40MPa。

4.2 A、B組填料檢測標準的修正

武漢工程試驗段目前主要進行了A、B填料的室內試驗和現場對比試驗，根據在DK1231+750～DK1232+150基床底層A、B組碎石土填料的現場實測試驗結果如下:

4.2.1 填料選取

(1)在DK1232+000～DK1232+150初期填筑試驗階段，填筑第1～3層A、B組碎石類填料通過篩孔的最大孔徑為100mm、第4～5層A、B組碎石類填料通過篩孔的最大孔徑為80mm。

(2)因前期填筑1～3層時出現K30與Ev2在較多情況下不能同時達到設計要求，第6層填筑時，A、B組碎石類填料通過篩孔的最大孔徑調整為60mm(和德鐵標準較為接近)，室內試驗測值大體如下:最大顆粒粒徑一般不大于60mm，大于20mm顆粒含量占30％～40.9％，小于0.075mm細顆粒含量為8％～15％，最佳含水量為4％～5％，最大干密度為2.3～2.4g/cm3，不均勻系數Cu＝20～80＞5，曲率系數Cc=5～20、不在1～3范圍，級配不良，為細角礫B組填料。

4.2.2 實測初步成果

壓實厚度為30～35cm，碾壓遍數8遍條件下，嚴格按照如下施工工藝進行填筑:①加強填料質量控制，從源頭上把好粒徑及級配質量關，顆粒最大粒徑一般不超過60mm;②細顆粒含量調整為10％左右，含水量控制在4％～5％;③采用二次上料方法，先松鋪底層25cm，用推土機推平，在鋪設剩下的15cm，在用平地機精平，在攤鋪碾壓過程中必須加強人工補料，確保填料均勻;④采用八遍碾壓工藝。現場填筑壓實檢測結果表明(第6層):

A、孔隙率n最大值為23.3%、最小值為10.7%、平均值19.31%，滿足設計要求n＜28％;Evd最大值為149MPa、最小值為45.2MPa、平均值78.29MPa，滿足設計要求Evd≥35MPa;Ev2最大值為271.19MPa、最小值為161.2MPa、平均值227.11MPa，單純從Ev2的取值來看是滿足設計要求Evd≥60MPa的;K30最大值為352MPa/m、最小值為151MPa/m、平均值237.59MPa/m，滿足設計要求Ev2≥150MPa。

從孔隙率n、Ev2、Evd、K30實測結果分析，測點測試結果還存在離散性，表明填料顆粒級配不太均勻，但測點檢測結果均達到了設計要求。

B、第6層Ev2/Ev1比值最大值為4.39、最小值為1.16、平均值為2.58，其中比值3.5以上的點有1個，占5.8％;2.6～3.5的點有7個，占41.2%;≤2.6的點有9個，占53.0%。從實測結果來看，第6層Ev2/Ev1比值滿足設計要求達16個，占94.8%，基本符合設計要求。

C、根據工程試驗段A、B組填料壓實指標實測結果分析，結合德國、韓國高鐵相關標準，對于A、B組填料壓實檢測在滿足不同填筑部位Ev2力學指標的前提下，原則上考慮Ev2/Ev1比值控制，建議其Ev2/Ev1比值按以下標準控制:

一般情況下，Ev2/Ev1≤2.6，當2.6＜Ev2/Ev1≤3.5時，Ev1應不小于Ev2規范規定值的60％，具體在后續工程應用中進一步積累完善。

5 結語

客運專線路基工程對工后沉降要求很嚴，相應的各種檢測標準及檢測項目與普通鐵路有很大不同，有些檢測項目是以往鐵路從來未涉及的，作為客運專線的建設者工程、技術人員對于這些路基質量檢測的新概念、新技術的學習研究，合理的使用先進的檢測手段保證客運專線路基填筑質量是十分必要的。

參考文獻

[1]游軍杰．幾種特殊路基填料的填筑施工技術[J]．科技創新導報，2008，26：76．

[2]李曉夢．淺談鐵路路基施工技術與防護措施的施工[J]．科技創新導報，2009，26：69．