论高速铁路路基施工技术及质量检测方法

论高速铁路路基施工技术及质量检测方法
摘要：铁路中路基工程是整个铁路工程中非常重要的一部分，如何在施工中采取先进的施工质量检测手段、措施、技术等, 以使高速铁路路基施工既能达到高质量、高标准的要求, 又能满足施工工期和进度的要求, 是一个值得研究和探讨的问题。

关键词：高速铁路路基施工技术质量检测
前言
目前我国正在准备和即将进行高速铁路建设,有许多技术人员和专家对高速铁路的路基技术标准和设计问题进行了大量研究和探讨, 都认为高速铁路对路基设计和施工的标准和要求都将比一般的路基要高, 而且对路基的重视程度将超过以往。

一、铁路路基施工质量控制方法
1 路基土料控制
路基主要是由土、石填筑而成, 路基质量的好坏, 路基填料是基础。

根据《铁路路基设计规范》填料按外形分为岩块、粗粒土、细粒土; 按性质和适用性分为下列五组填料: A 组——优质填料。

B 组——良好填料。

C 组——一般填料。

D 组——不宜使用的差质填料。

E 组——严禁使用的劣质填料。

选择土源场地应对其地形、地貌、土性及地下水等情况进行详细调查。

土源场地应选择在地下水位低、含水量适中, 土的类别高、性质好的地方。

当初步选定一个土源场地时, 取代表性土样送试验室做土工试验。

根据规范规定, 路基基床以下部位应选择C 组及以上填料,基床以上部位宜选用A 组或B 组填料。

通过试验确定土的类别和等级, 判定填料是否合格, 以此确定该土源是否设置为取土场。

对于填料应有一个原则, 那就是决不能使用不合格的填料,优先选用等级高的填料。

填料等级的高低是决定路基质量好坏的基础。

确定好土源场地后, 如为细粒土, 须做好标准击实试验,求出最佳含水量, 在施工中控制填料含水量; 求出最大干容重, 以此为参照标准, 控制好压实度。

2 压实度控制
（1）保证土的最佳含水量。

土在最佳含水量时进行压实才能达到最大密实度, 因此, 在路基填土压实过程中, 必须控制土的含水量。

当含水量过大时, 应晾晒风干至最佳含水量再碾压。

施工过程应连续作业, 减少雨淋、暴晒, 防止土壤中的含水量发生大的变化。

（2）合理选用压实机具。

土层填土厚度以不超过30 cm 为宜,分层铺筑压实。

施工中尽可能采用重型压实机具施工。

现行普遍采用的重型压实机械( 如50 t 振
动压路机) , 每层压实厚度不超过30 cm, 而采用吨位更大的羊角碾时, 它的压实功可以增加, 而其所能达到的压实度可以进一步提高, 同时由于压实功的增加, 施工时土的含水量又可以降低。

土基密实度的提高、含水量的降低可以提高路基的回弹模量。

利用羊角碾进行压实, 应注意采用复合碾压方式。

羊角碾在拖动碾压后, 表面呈松散状态, 会出现表面不密实、不均匀, 再填土时压实层增厚, 在交界面形成一薄弱层。

光轮压路机的表面压实效果较好, 可以弥补羊角碾压实的不足。

3 防水控制
水对铁路路基使用性能的影响较大, 可降低路基的强度。

铁路一般设计路堤较高, 且多有硬路肩, 路基内的水害不严重, 所以主要应防止整体道床水下渗, 引起整体道床结构的破坏。

路基基床分为表层和底层, 不同等级的铁路工程有不同的底表层厚度。

如Ⅰ级铁路规定表层为0. 6 m, 底层为1. 9 m。

基床直接承受道床压力, 它的质量好坏, 直接影响着道床和轨道的稳定, 因此它的施工质量要求是最高的。

首先基床表层填料不得大于15 cm, 另外压实度也高出路堤本体其他部位的压实度。

如细粒土的压实系数K , 基床表层为0. 91, 底层为0. 89。

基床在压实过程中, 其表面平整度是控制压实质量的重要因素。

因此, 铁路施工规范中有明确的规定数值,即不大于15 mm, 施工过程中要严格控制表面平整度, 才能达到较好的压实质量。

如路面局部不平的, 应铲除重压, 或个别地方下挖重新补填压实。

基床施工时, 应留好排水坡度, 做好防排水工作, 使顶面雨水容易排到路基以外, 不致积于基床顶面, 渗入基床以下, 影响质量。

在基床表层填筑时, 注意分层厚度, 要保证最后一层土填筑厚度不小于15 cm; 当小于15 cm 时, 应将已压实好的路基基床铲除一部分, 使最后一层填料厚度保证不小于15 cm 进行碾压。

二、铁路路基施工质量检测方法
1 压实系数K
填土密度的现场量测早些时候采用环刀法、灌砂法及注水法进行, 均属对压实土面的破坏性量测方法。

每种测试方法都适用于不同的填料情况。

确定填料最大干密度的室内击实试验由于传统的环刀法、灌砂法及注水法测定填土密度的方法需要测定其含水率, 而测定填土含水率的烘干法从试验到得出结论需要很长时间, 与现代化高效率的施工碾压机械常常发生矛盾,并且受外界因素的影响较大。

为此, 利用微电子技术, 通过放射性元素( 射线和中子射线) 测量填土的密度、含水率的仪器自20 世纪70 年代产生, 即核子湿度密度仪。

该仪器能在现场快速、方便地测定填土的密度和含水率, 能满足现场填土压实系数K 快速、无损检测的要求, 具有操作方便、明显直观的优点, 非常适合于配合路基填土施工。

但由于其精度问题, 常常与传统方法配合使用。

2 地基系数K 30
1867 年, 捷克工程师文克勒( E. Winkler ) 在研究铁路路基上部结构时提出了对弹性地基的假设: 地基上任何点的沉降取决于作用在同一点上所受的压力, 而与邻近的压力作用无关。

根据文克勒的理论, 地基系数是表征弹性层状地基的刚度和变形性质的一种参数。

它的值不仅与土的性质有关, 而且也与荷载面积大小、形状、加载方式有关。

当确定了荷载面积、尺寸、加载方式后, 便可测试各种地基在标准下沉量时的地基系数值。

地基系数K 30就是采用直径为30 cm 的荷载板进行试验时, 用单位面积压力除以荷载板相应的下沉量, 计算时选用的沉降量为0. 125 cm。

日本最早使用地基系数K 30进行路基填土压实控制,我国从大秦线开始使用, 目前地基系数K 30已列入铁路路基规范要求。

3 动弹性模量Evd
动态变形模量测试仪的工作原理主要是利用落锤从一定高度自由下落在弹簧阻尼装置上, 再经ɸ300 mm 承载板在填土面产生符合列车高速运行时对路基面所产生的动应力, 使填土面产生沉陷。

通过测试冲击荷载的大小, 一定填土面范围的动变形来求算路基土层的动弹性模量Evd 。

沉陷值越大, 被测点的承载力越小, 则动弹性模量Evd 越小; 反之, 沉陷值越小, 被测点的承载力越大, 动弹性模量E 越大。

德国于1997 年开始以动弹性模量E 作为铁路路基压实标准, 日本也早已开始对动弹性模量进行研究。

目前, 国内外广泛采用的是德国产HMPLFG 型动态变形模量测试仪( 亦称轻型落锤仪)
4 EV2静态地基弹性模量
平板载荷试验的目的在于测出应力—位移曲线，并对地面的变形量与承载力的关系进行分析计算，通过应力—位移曲线得出变形模量Ev。

一次加载的变形模量值为一次变形模量，用EV1表示；二次加载的变形模量值为二次变形模量，用EV2表示为了更有效地分析土的变形性质和承载能力，德国标准采用了二次循环静载法，其结果采用二次变形模量Ev2表示。

Ev2是德国、法国及欧洲一直沿用的、成熟的路基压实设计标准和检测技术，德国铁路路基标准DS836中规定了Ev2的设计标准值，且二次变形模量Ev2的试验规程执行德国工业标准DIN18134。

在平板载荷试验应用过程中，二次循环静载也是按每级40kPa加载，分级加载到最后一级荷载的沉降稳定后，开始卸载，卸载梯度按最大荷载的0.5或0.25倍逐级进行，全部荷载卸除后记录其残余变形，之后又开始另一加载循环。

采用d=30cm的荷载板试验计算变形模量时，荷载一直加到沉降值达5mm 或承压板正应力达到0.5MPa为止。

结束语
一流的高速铁路应该是线形变化非常平缓, 轨道高度平顺, 路基极其稳定且刚度均匀, 各种结构物具有高度可靠性及稳定性, 并有严格控制的形位公差, 具有宽大空间的独行线路。

通车运营之日, 应达到300km/h及以上的目标。

该特点概括起来就是四高: 高速度、高密度、高舒适度和高安全性。

要达到这些要求, 除了有集中各种高新技术于一身的高速列车以及先进的运行控制系统、供电系统、运营管理系统、养护维修系统之外, 对工务工程也提出了更高的要求。

参考文献
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