鐵路路基病害與檢測技術的探討
2015-06-01
鐵路路基是鐵路線路的重要組成部分，路基施工質量的好壞直接影響著鐵路的行車安全，近年來隨著鐵路運力的不斷提升，對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水平，因此本文歸納介紹了鐵路既有線路基常見的病害及其成因，探討了適合既有線鐵路路基病害調查及檢測的檢測技術，并在蘭州局蘭青線、寶中線、以及蘭武線柳家臺車站路基病害檢測中進行了實際驗證，此檢測技術適合既有線鐵路路基病害調查、快速檢測，此路基綜合檢測法，對行車干擾小，安全可行，效果良好。
1 常見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或路基基床填料不良、排水不暢、水的浸入以及列車荷載長期作用造成的，常見鐵路路基病害一般指導致路基基床本體破壞，從而使得路基承載力下降，危機行車安全。常見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。
（2）路基下沉。
路基下沉主要是由于基床填筑料密度不夠、強度低，以及壓實度不足或外在因素導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度不足而導致基床本體產(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。當凍脹土融化時又引起路基不均勻沉降。凍害多發(fā)生在嚴寒地帶，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技術
根據(jù)鐵路既有線的特點，對鐵路路基病害檢測應最大程度的減少對行車的干擾，因此需要采用的檢測手段應力求準確、可靠、便于操作且能快速的進行現(xiàn)場檢測，從而為路基病害整治工作提供準確可靠的路基病害情況。經(jīng)過多次試驗，既有線路基病害檢測可采用地質雷達探測法、用動力觸探或EVD動態(tài)平板載荷試驗、灌水法綜合應用來對路基病害進行檢測，綜合評判路基病害情況。
（1）檢測位置及檢測內容的確定。
根據(jù)現(xiàn)場病害情況或需要檢測的路基地段確定現(xiàn)場檢測里程，做好現(xiàn)場直觀檢查檢測、記錄、簡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按如下要求確定檢測位置及檢測項目。
?、俨捎玫刭|雷達進行路基斷面填筑料質量（包括均勻性、密實度及軟弱夾層、空洞）等病害的檢測，初步判明路基病害情況。②在基床表層線路中心處（雙線2個測點，單線1個測點）進行動力觸探試驗或EVD動態(tài)平板載荷試驗檢測路基基床承載力情況。③在路基中線處，基床表層或開挖0.6 m、1.2 m、1.8 m深（按基床填筑深度確定）進行灌水法檢測基床表層或基床底層深度的填料密度或路基壓實系數(shù)。
?。?）檢測原理。
?、俨捎玫刭|雷達法對檢測區(qū)段內的路基進行地質雷達掃描檢測路基內在病害缺陷。
地質雷達主機通過發(fā)射天線在路基道床表面向道床內部及基床發(fā)射電磁波，當電磁波遇到不同的路基填料及病害界面時便會發(fā)生反射和透射，反射波又被接收天線接收。此時雷達主機記錄下電磁波從反射到接收的雙程走時t，電磁波的傳播速度v可標定出來，所以地質雷達探測路基深度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。
當雷達波向路基傳播時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，都會發(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。
實際路基斷面檢測時保持150兆雷達天線離開道床表面不超過20 cm，沿路基縱向連續(xù)掃面檢測和橫向連續(xù)掃面檢測相結合的方法進行檢測，采用打標方式進行定位，雷達主機實時記錄每個測點的時間、深度和振幅值，構成連續(xù)雷達剖面，應用雷達分析軟件，分析雷達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構的分層情況，探測到路基病害類型、范圍和具體位置。
②動力觸探或EVD動態(tài)平板載荷試驗檢測路基各層的承載力。
因既有線路基病害調查及檢測既要求要快速準確查明路基病害，又要盡量減少對行車的干擾，以確保行車安全，通過現(xiàn)場試驗驗證，在既有線路基檢測中可采用動力觸探或EVD動態(tài)平板載荷試驗代替K30法檢測路基各層的承載力，Evd值與K30值轉換關系如（表1）。
動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判斷土的工程性質的一種原位測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，一般對路基基床以下黏性土可用輕型動力觸探檢測，對路基基床本體部分可用重型或特重型觸探檢測，因現(xiàn)場路基行車、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，因此在實際既有線路基檢測種根據(jù)現(xiàn)場路基情況現(xiàn)場確定采用何種動力觸探檢測。
動力觸探實際檢測時先清開石碴，再用鉆具鉆至路基表層，然后對所需試驗路基基床進行觸探。
試驗時，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)，進而推算出路基的承載力。 EVD動態(tài)平板載荷試驗是采用動態(tài)變形模量測試儀來監(jiān)控檢測土體承載力指標—— 動態(tài)變形模量EVD的試驗方法。它通過落錘試驗和沉陷測定來直接測出反映路基填料動態(tài)特性的指標EVD，計量單位為MPa。EVD動態(tài)平板載荷試驗用于檢測最大粒徑小于63 mm的粗粒料和混合級配料的基床、基底土以及礫石基層動態(tài)變形模量EVD，方法簡單、快捷。動態(tài)變形模量是反映細骨料或級配料、回填料、石灰土等基層和地基承載力的重要指標。
?、酃嗨y定路基基床壓實系數(shù)。
灌水法是通過在現(xiàn)場選定的測點處開挖一定尺寸的試坑，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出試坑的體積。通過現(xiàn)場采集的現(xiàn)場試樣的重量和試樣體積，并對試樣進行實驗室烘干處理后再次進行烘干后的重量測量，從而即可計算出試樣的濕密度ρ、干密度ρd和孔隙比e0，結合不同填料土的室內試驗確定的最小干密度ρdmin與最大干密度ρdmax計算出相對密度Dr或基床壓實系數(shù)Kh。
3 工程實例
蘭州局管內蘭青線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，我們采用地質雷達綜合檢測法、動力觸探或EVD動態(tài)平板載荷試驗檢檢測、灌水法對限行地段進行檢測。
首先我們利用地質雷達SIR2000對病害地段進行地質雷達檢測，發(fā)現(xiàn)路基表層以下1.2 m處有路基存在空殼不密實異常區(qū)域。
在找到路基空殼異常區(qū)域位置后，對路基空殼不密實異常區(qū)域進行開挖，分層夯實回填處理，然后對處理后的路基進行地質雷達綜合檢測，經(jīng)處理后未在地質雷達圖上發(fā)現(xiàn)路基異常區(qū)。
其次對處理后的路基基床表層及表層以下0.6 m處分別進行灌水法及動力觸探和EVD動態(tài)平板載荷試驗檢測。
根據(jù)綜合檢測結果得知蘭青線K42+300～K42+350路基下沉是由于路基基床表層以下1.2 m處存在一個空殼不密實異常區(qū)域，由于列車沖擊震動，空殼不密實異常區(qū)域塌陷導致路基突然下沉，經(jīng)對病害路基搶修處理后再次采用地質雷達綜合檢測法、動力觸探或EVD動態(tài)平板載荷試驗檢檢測、灌水法檢測，發(fā)現(xiàn)路基空殼不密實異常消除，各項壓實指標符合要求，達到正常行車條件，申請列車恢復常速，此次采用地質雷達SIR2000檢測法、動力觸探及EVD動態(tài)平板載荷試驗檢檢測、灌水法綜合檢測法在蘭青線病害檢測的應用，驗證了這種綜合檢測技術適合于既有線路基病害檢測。
4 結語
本文從介紹常見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的檢測技術，并在實際路基病害檢測中用以驗證，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水平。
