初探鐵路路基工程的現(xiàn)場試驗(yàn)檢測技術(shù)
2016-02-29
隨著我國相關(guān)鐵路的相關(guān)規(guī)定，鐵路建設(shè)又迎來了新一輪的高潮。鐵路作為國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，在中國經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快發(fā)展中肩負(fù)著重大責(zé)任，作為鐵路工程的主體，路基工程的質(zhì)量尤為重要。本文從路基工程現(xiàn)場試驗(yàn)檢測的角度論述了用不同的檢測方法對路基工程質(zhì)量的控制。
一、路基檢測前準(zhǔn)備工作
1）根據(jù)國家及鐵道部有關(guān)工程檢測的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目合同要求，編制試驗(yàn)檢測計(jì)劃和作業(yè)指導(dǎo)書。
2）進(jìn)行檢測前儀器、設(shè)備的調(diào)試，確認(rèn)設(shè)備的標(biāo)定是否有效，確保儀器設(shè)備能夠正常使用。
3）檢測前應(yīng)收集齊全相關(guān)信息：①檢查被檢路基填料的土工試驗(yàn)報(bào)告、填料名稱，確定檢測項(xiàng)目； ②根據(jù)待檢路基部位確定檢測頻率、數(shù)量及指標(biāo)；③明確報(bào)檢的路基里程及被檢施工標(biāo)段。
二、檢測方法
2.1 地基系數(shù) K30 試驗(yàn)
1）試驗(yàn)檢測儀器包括：剛性承壓板、千斤頂、百分表或位移傳感器、基準(zhǔn)支架和反力裝置。
?。?） 剛 性 承 壓 板： 鋼 質(zhì)， 板 厚：T ≥ 22mm、直徑 D=300mm(+1.4~0mm)、不圓度及上下兩面的不平行度為 0.3%，下底面光潔度不應(yīng)低于二級。
（2）千斤頂：5 噸級，帶有精密壓力表 ( 精度 1%)。
?。?）百分表或位移傳感器：全量程不應(yīng)小于10mm，最小刻度為 0.01mm。
?。?）基準(zhǔn)支架：由 3m 的桿件和支腳組成，桿上固定百分表。
（5）反力裝置：如果是集裝式專用試驗(yàn)車，可利用試驗(yàn)車自重、采用汽車或壓路機(jī)作為反力。
2）現(xiàn)場檢測
?。?）根據(jù)測試要求合理選擇測點(diǎn)位置。
?。?）進(jìn)行場地測試面平整。
將承載板放置于測試地面上，應(yīng)使承載板與地面良好接觸，必要時可鋪設(shè)一層 2 ～ 3mm 薄干砂。應(yīng)注意保持試驗(yàn)主體的原始狀態(tài)，避免松動大顆粒的碎石或石塊，安裝時不得對測點(diǎn)表面進(jìn)行壓實(shí)，當(dāng)測試面處于斜坡上時，應(yīng)將承載板支撐面做成水平面。
?。?）安裝加載裝置和測量裝置
先放置承載板，利用承載板上水準(zhǔn)泡或水平尺來調(diào)整承載板水平，將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動，承載板外側(cè)邊緣與反力裝置支撐點(diǎn)之間的距離不得小于 1m；然后將千斤頂放在承載板的中心位置，使千斤頂保持垂直，用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼，組裝時應(yīng)保持千斤頂垂直不出現(xiàn)傾斜；再安置測橋，測橋支撐座應(yīng)設(shè)置在距離荷載板外側(cè)邊緣及反力裝置支承點(diǎn) 1m以外，測表的安放必須相互對稱，并且應(yīng)與荷載板中心保持等距離。
（4）加載試驗(yàn)
預(yù)先施加 0.01MPa 荷載約 30s，穩(wěn)定后卸除荷載，讀取百分表讀數(shù)作為下沉量的初始讀數(shù)或?qū)俜直碚{(diào)零；再以 0.04MPa 的增量逐級加載，每增加一級荷載，當(dāng) 1min 的沉降量不大于該級荷載產(chǎn)生的沉降量的 1％時，讀取荷載強(qiáng)度和下沉量讀數(shù)，然后增加下一級荷載。當(dāng)總下沉量超過規(guī)定的基準(zhǔn)值，或荷載強(qiáng)度超過估計(jì)的現(xiàn)場實(shí)際最大接觸壓力，或達(dá)到地基的屈服點(diǎn)，試驗(yàn)即可終止。
3）資料處理
?。?）繪圖及計(jì)算工作
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制荷載強(qiáng)度與下沉量 ( σ −S)關(guān)系曲線，如圖 1，并按式K30=σs /Ss進(jìn)行計(jì)算地基系數(shù)：
式中：K30—地基系數(shù)(MPa/m)，計(jì)算取整數(shù)；
σs—荷載強(qiáng)度 (MPa)；
Ss—下沉量基準(zhǔn)值。
2.2 變形模量 Ev2 試驗(yàn)
1、檢測儀器 ：變形模量 Ev2 測試儀器應(yīng)包括承載板、反力裝置、加載裝置、荷載量測裝置及沉降量測裝置。
?。?）荷載量測裝置的量測表量程應(yīng)達(dá)到最大試驗(yàn)荷載的 1.25 倍，最大誤差應(yīng)不大于 1％，顯示值應(yīng)能保證承載板上的荷載有效位至少達(dá)到0.001MPa。
?。?）沉降量測裝置應(yīng)符合以下要求：測橋的測量臂可采用杠桿式或垂直抽拉式 ,測量臂應(yīng)有足夠的剛度。承載板中心至測橋支撐座的距離應(yīng)大于 1.25m。杠桿式測量臂杠桿比可在 1:1 至 2:1 范圍內(nèi)選擇，選定后不得改變。沉降量測表最大誤差不應(yīng)大于 0.04mm，分辨率應(yīng)達(dá)到 0.01mm，量程不應(yīng)小于 10mm。
2、現(xiàn)場檢測
?。?）場地測試面應(yīng)進(jìn)行平整，并使用毛刷掃去表面松土。當(dāng)測試面處于斜坡上時，應(yīng)將承載板支撐面做成水平面。
?。?）測試儀器安裝應(yīng)符合下列要求：先將承載板放置于測試點(diǎn)上，使承載板與地面完全接觸，必要時可鋪設(shè)一層2～3mm薄干砂，同時利用承載板上水準(zhǔn)泡來調(diào)整承載板水平；然后將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動。承載板外側(cè)邊緣與反力裝置支撐點(diǎn)之間的距離不得小于 0.75m；再將千斤頂放在承載板的中心位置，使千斤頂保持垂直，用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼。
試驗(yàn)過程中測橋和反力裝置不得晃動，沉降量測裝置應(yīng)用遮陽擋風(fēng)設(shè)施。預(yù)加載時，應(yīng)預(yù)先加 0.01MPa 荷載約 30s，待穩(wěn)定后卸除荷載，將沉降量測表讀數(shù)調(diào)零。加載與卸載應(yīng)符合以下要求：變形模量 Ev2試驗(yàn)第一次加載應(yīng)至少分 6 級，并以大致相等的。卸載后，按照第一次加載的操作步驟，并保持與第一次加載時各級相同的荷載進(jìn)行第二次加載，直至第一次所加最大荷載的倒數(shù)第二級。每級加載或卸載過程必須在 1min內(nèi)完成。加載或卸載時，每級荷載的保持時間為2min，在該過程中荷載應(yīng)保持恒定。
3、資料處理
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制應(yīng)力 - 沉降量曲線，應(yīng)力- 沉降量曲線上應(yīng)用箭頭標(biāo)明受力方向。第一次加載和第二次加載所得到的應(yīng)力 - 沉降量曲線，可用下式表達(dá)：
式中：
σ—承載板下應(yīng)力 (MPa)；
S —承載板中心沉降量 (mm)；
a0—常數(shù)項(xiàng) (mm)；
a1—次項(xiàng)系數(shù) (mm/MPa)；
a2—次項(xiàng)系數(shù) (mm/MPa)
應(yīng)力 - 沉降量曲線方程的系數(shù)是將測試值按最小二乘法計(jì)算得到的。
2.3 壓實(shí)系數(shù)和孔隙率
1、現(xiàn)場檢測
先將選定試坑位置處的地面鏟平，其面積略大于試坑直徑 150mm，按試坑直徑劃出坑口輪廓線，在輪廓線內(nèi)下挖至要求深度 200mm 處，邊挖邊將挖出的土放入盛土容器內(nèi)，稱土的質(zhì)量，然后取代表性土樣測定含水率。再向容砂瓶內(nèi)灌滿標(biāo)準(zhǔn)砂，關(guān)閥門，稱灌滿標(biāo)準(zhǔn)砂的密度測定器的總質(zhì)量。最后將密度測定器倒置于挖好的坑口上，打開閥門，使密度測定器內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)砂流入坑內(nèi)，當(dāng)密度測定器內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)砂停止流動時關(guān)閉閥門，稱密度測定器和剩余標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量，并計(jì)算灌滿試坑所用標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量。
2、資料處理
根據(jù)下列公式計(jì)算：
濕密度： ρ= m p /V p (b)
干密度： ρd=ρ/1+0.01w(c)
壓實(shí)系數(shù)： K =ρd/ρd max(d)
孔隙率： n=1−ρd/ G(f)
在我國K30、Ev2 是考慮路基承受靜荷載的現(xiàn)場試驗(yàn)檢測方法，而 Evd 則是考慮到路基承受動荷載作用下的檢測方法。
結(jié)語
路基的施工質(zhì)量關(guān)系到整個工程的質(zhì)量、進(jìn)度和列車運(yùn)行安全，而運(yùn)用科學(xué)的試驗(yàn)檢測方法是保證路基工程施工質(zhì)量的重要措施之一。在路基工程施工中，土體壓實(shí)是一個最基本的問題，通過對以上試驗(yàn)檢測方法的分析，可以看出僅用密實(shí)度指標(biāo)來檢測和判斷路基的質(zhì)量有其局限性。所以鐵路路基施工質(zhì)量的檢測不僅要考慮靜荷載作用下的檢測，同時也應(yīng)當(dāng)考慮到動荷載的作用下的檢測。
