淺析灌砂法檢測鐵路路基壓實系數(shù)提效方案

福州鐵建工程質(zhì)量檢測有限公司 福建 福州 350000

1 引言

路基壓實系數(shù)檢測是鐵路路基路面施工質(zhì)量檢測的一項關(guān)鍵指標，間接反映了路基密實性和承載力，其指標對保證鐵路線路穩(wěn)定，列車運行安全性和舒適性都有著重要意義。路基壓實質(zhì)量一般要通過壓實試驗檢測方法、標準及設(shè)備來保證，其中灌砂法是檢測路基壓實系數(shù)有效的現(xiàn)場檢驗方法之一，已經(jīng)成為現(xiàn)行鐵路路基施工質(zhì)量控制的一種主要手段，但灌砂法試驗過程繁瑣，試驗周期較長，現(xiàn)場試驗環(huán)境復(fù)雜。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計：試驗人員每完成200m6處測點的試驗（本文以Φ200mm×300mm試坑為例），需要約為210min 的時間，每人每天最多可以檢測兩個檢驗批次，那如何能高效地為施工現(xiàn)場提供準確的檢測數(shù)據(jù)，給施工質(zhì)量控制提供真實可靠的依據(jù)，就成為了試驗檢測中急需解決的一個難題。筆者憑借路基檢測經(jīng)驗，通過長期跟蹤觀察，統(tǒng)計試驗各環(huán)節(jié)耗時，分析影響檢測效率的因素，實施優(yōu)化改進方案，提高檢測效率。

2 試驗方法［1］

灌砂法適用于現(xiàn)場測定最大粒徑小于75mm 的土的密度。試驗流程見圖1，首先根據(jù)設(shè)計要求及現(xiàn)場情況確定方案，再根據(jù)土樣中的最大粒徑確定試坑尺寸，選定試坑位置并清整，邊挖邊將取出的土放入 可密封的容器內(nèi)，并稱扣除容器后土的質(zhì)量m1，然后從中取出代表性土樣進行含水率w%測定。安放已稱量過的灌滿量砂的密度測定器m2，將密度測定器中的量砂流入試坑，當量砂不在下流時，移出并量取密度測定器和器中余砂合計質(zhì)量m3，將坑內(nèi)量砂挖出，回填試坑并夯實。通過標定得到的量砂密度ps 和灌滿漏斗所需量砂質(zhì)量m4，計算出流入試坑量砂的質(zhì)量m5（m2-m3-m4）及試坑體積v（m5/ps），再通過土樣質(zhì)量m1、含水率w%及試坑體積v 計算出現(xiàn)場土樣干密度Pd，試驗完畢。壓實系數(shù)K（Pd/Pdmax）通過現(xiàn)場土樣干密度Pd和室內(nèi)試驗得到土樣的最大干密度Pdmax比值得出。

圖1 灌砂法檢測流程圖

3 檢測效率影響因素

由表1 可見，在灌砂法試驗影響因素中，試驗過程及試驗結(jié)果整理需用時180min，占了總用時的85.7%。為此只要減少試驗過程和結(jié)果整理的耗時，就可以明顯縮短灌砂法試驗的總用時，從而提高檢測效率。

廣泛收集現(xiàn)場試驗員在試驗過程中遇到的問題，進行實地測算和全面分析，總結(jié)有以下三個重要影響因素：一是試驗過程中挖好每個（Φ200mm×300mm）的試坑約需25min，主要是因為傳統(tǒng)的挖坑工具落后，在滿足試坑要求的前提下，消耗了過多人員體力和時間；二是數(shù)據(jù)處理過程中采用手工處理方式，用計算器計算不僅耗時長，還容易按錯，達不到100%正確率。三是不同廠家生產(chǎn)、同廠不同批、同廠同批不同袋的量砂質(zhì)量存在著一定的差異和在標定過程中不規(guī)范等因素，會對試驗檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致檢測過程中需重復(fù)驗證，耗時費力。

表1 灌砂法各試驗環(huán)節(jié)耗時統(tǒng)計

4 解決方案

4.1 挖坑工具落后的解決方案

采用機械化作業(yè)替代利用現(xiàn)有工具的人工鑿?fù)练绞剑酶难b的鉆芯機（加裝螺旋鉆桿）進行試坑挖掘作業(yè)，解決挖掘試坑耗時過長，體力消耗大的問題，提高了作業(yè)效率。

改造鉆芯機方案：

圖2 套筒

圖3 鉆桿

圖4 鉆桿結(jié)構(gòu)圖

（1）選定鉆芯機：確定其有效行程為 400mm，再根據(jù)鉆芯機螺桿螺紋規(guī)格，加工螺紋套筒，使之能夠與鉆芯機螺桿連接（見圖2）。

（2）將螺紋套筒與鉆桿焊接在一起，兩者軸線需重合，避免鉆坑過程中鉆桿發(fā)生偏心轉(zhuǎn)動（見圖3）。

（3）根據(jù)灌砂法要求的試坑尺寸，制備出不同直徑鉆片的鉆桿（見圖4）；

通過多名不同的試驗人員分別利用原有的工具和改造好的鉆機反復(fù)做挖掘試驗，記錄每次挖坑耗時，并進行統(tǒng)計分析，證明使用改造好的試坑鉆機挖掘速度會大幅提升，每個（Φ200mm×300mm）試坑挖掘時間由25min縮短為13.5min（見表2），試坑形狀相較采用原有人工挖掘更規(guī)整，對試驗人員的體力消耗也大幅降低。

表2 挖坑耗時統(tǒng)計

4.2 數(shù)據(jù)處理緩慢的解決方案

在灌砂法試驗記錄表（Excel）數(shù)據(jù)單元格內(nèi)編制計算公式，將現(xiàn)場試驗所得的數(shù)據(jù)輸入記錄表后，可以自動計算結(jié)果。數(shù)據(jù)處理能力大幅提升，并能及時出具現(xiàn)場施工可依據(jù)的試驗結(jié)果，也可以隨時檢查數(shù)據(jù)輸入是否錯誤。與使用計算器人工計算相比較，采用自動計算表大幅度減少試驗數(shù)據(jù)的處理時間（由原來人工處理的30min 縮短為8min），且避免計算器使用過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入錯誤而導(dǎo)致試驗結(jié)果不準確的現(xiàn)象（見表3）。

表3 人工處理和自動計算對比

4.3 解決質(zhì)量不一的量砂間差異及標定不規(guī)范對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響等問題的方案：

4.3.1 每袋量砂啟封時，對其潔凈程度、干燥情況、粒徑區(qū)間進行外觀檢查、含水率測試、過篩檢測，結(jié)合密度測定器的標定確定量砂密度及灌砂漏斗所需量砂質(zhì)量，將校驗結(jié)果制成標簽并掛牌。

避免不同廠家、不同批次生產(chǎn)的量砂混用，為后期試驗提供及時正確有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。表4 是筆者公司購買的北京中交工程儀器研究所生產(chǎn)的灌砂法專用砂的校驗記錄牌。

表4 灌砂法專用砂校驗記錄牌

4.3.2.標定量砂密度及灌砂漏斗所需量砂質(zhì)量時的注意事項

（1）組裝密度測定器時螺紋接頭擰緊后做標記，日后組裝都要在此定位。

（2）測定容砂瓶中體積時，每次校驗用水的水溫需保證恒定（允差范圍內(nèi)）。

（3）測定量砂密度過程中避免震動，當量砂停流時關(guān)閉閥門要迅速。

（4）測定灌砂漏斗所需量砂質(zhì)量時要在潔凈平面上進行。

標定過程要規(guī)范操作，形成的校驗記錄存檔備查（見表5），有利于量值溯源及提高現(xiàn)場檢測時效。

5 結(jié)語

（1）通過對檢測路基壓實系數(shù)試驗（灌砂法）中主要節(jié)點的優(yōu)化，節(jié)省了灌砂法試驗時間，經(jīng)驗證：試驗人員完成每200m測試6個測點所需時間由210min減少到117min，檢測效率得到明顯提高。

（2）試驗中通過采用對試驗器具的改良和利用計算機智能計算，節(jié)省大量的人力物力，解決了路基工作量大、檢測任務(wù)重的難題。特別是對于土方填量大的工程，大大提高了現(xiàn)場路基的施工進度。

（3）對在庫量砂逐袋標定并掛牌。按掛牌取對應(yīng)的密度測定器及標定的量砂數(shù)據(jù)進行試驗，不僅提高了灌砂法試驗效率，還可以減小試驗中的系統(tǒng)誤差，確保檢測結(jié)果準確可靠。

表5 灌砂法密度測定器校驗記錄表