质量检测

高速铁路路基工程的质量检测 随着列车的不断提速，对铁路路基的平顺性、安全性等技术性指标提出了新的要求。本文主要简述一下一般路基工程的平顺性质量检测方法、指标以及标准。 一 高铁路基工程的质量检测的标准 根据中华人民共和国铁道部发布的ㄍ高速铁路路基工程施工质量验收标准））（TB10750-2010）的要求 1．检验批的质量检测包括以下内容： 1.1.实物检查:对原材料、构配件和设备等的检验，应按进场的批次和本标准规定的抽样检验方案执行；对工序质量的检验，应按本标准规定的抽样检验方案执行。 1.2.资料检查：原材料、构配件和设备等的质量证明文件（质量合格证、规格、型号及性能检测报告等）和抽样检测报告，工序的施工记录、自检和交接检验记录、平行检验报告、见证检验报告等。 1.3.质量责任确定：对施工作业人员质量责任登机进行确认 2. 检验批合格质量应符合下列规定： 2.1.主控项目的质量经抽样检验全部合格 2.2.一般项目的质量经抽样检验全部合格：其中，有允许偏差的抽查点，除有专门要求外，80%及以上的抽查点应控制在规定允许的偏差内，最大偏差不得大于规定允许偏差的1.5倍。 2.3.具有完整的施工操作依据、质量检查记录 2.4.施工作业人员质量责任登记情况真实全面。 对于分项工程和单位工程质量需满足检验批质量合格，质量控制资料应完整以及实体质量和观感质量均符合相关要求 3. 当检验批质量不符合要求时，应按以下规定进行处理： 3.1.经返工重做的或更换构配件、设备的检验批，应重新进行验收； 3.2.当对试块试件的试验结果有怀疑时，或因试块试件丢失损坏、试验资料缺失等无法判断实体质量时，应由有资质的检测单位对实体质量进行检测鉴定，对达到设计要求的检验批可予以验收。 3.3通过返修或加固处理仍不能满足结构安全和使用功能要求的分部工程、单位工程严禁验收。 二，高速铁路路基工程的质量检测指标及方法 1.动弹性模量Evd的检测 铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载,特别是高速列车的出现,动荷载产生的冲击力对路基的影响更为明显。为保证列车的安全、舒适运行,必须对路基的动变形加以控制。因此,为了反映高速列车对路基所产生的动应力真实作用状况,近几年国外提出了新的路基质量控制指标———动弹性模量Evd标准,动弹性模量Evd是路基中某点的动应力与动应变之比,它描述了一定状态下该点抵抗动荷载产生动变形的能力。 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<300mm 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Evd越大。 德国于1997 年开始以动弹性模量Evd作为高速铁路路基压实标准,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HMPL FG型动态变形模量测试仪(亦称轻型落锤仪) 。在我国动弹性模量Evd测试仪最早在秦沈线开始试用,动态变形模量测试仪于1999～2001 年分别在中铁十二局集团有限公司秦沈客运专线试验段路基工程中和秦沈客运专线中铁一局第七经理部的路基施工段中试用,共计完成了Evd与K30的相关性对比试验800 多组,取得了Evd与K30的相关关系参考值[5 ] ,见表2 。

表2 Evd与K30的相关性参考值[ 5 ] 土的种类相关系数相关关系 细粒土0.926 K30 = 3.45 Evd + 0.1 粗粒土0.913 K30 = 3.33 Evd + 6.1 碎石土0.915 K30 = 3.10 Evd + 14.3 级配碎石0.915 K30 = 3.49 Evd + 14.4 动弹性模量Evd反映了路基实际应力情况,因此,可以更真实和更科学地进行填土的施工质量控制,是今后高速铁路路基质量检测的趋势。 2.地基系数K30的检测 1867 年,捷克工程师文克勒( E1Winkler) 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。用公式(3) 表示为 p = Kn ×S (3) 式中 p ———基底应力,MPa ; Kn ———地基系数,即引起单位沉降量所需作用 于基底单位面积上的力,MPa/ m ; S ———沉降量,m。 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K30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K30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K30已列入铁路路基规范要求。地基系数K30检测注意事项如下。 (1) 地基系数K30 的测试跟填料粒径有关,德国DIN18134 载荷试验规范认为,载荷试验可用于粗粒土、坚硬的细粒土以及混合颗粒土的检测。允许直接测量相当于荷载板直径1/ 4 大小的颗粒,大于1/ 4 载荷板直径的颗粒要少得可以忽略不计。经过试验认为,当填料最大粒径控制在载荷板直径的1/ 10 范围内时,地基反力系数的测试值才不会因填料粒径太大而引起试验数据的离散。因此,当载荷板直径为30 cm时,最大粒径应小于3 cm。 (2) 为了保证载荷板受力均匀,载荷板必须放置在平整而无坑洞的地面上。如果测试面倾斜度过大、凹凸不平、表面松散、表面结硬壳或软化,会使测试数据离散性很大,因此,在试验条件中强调测试面必须平整,必要时可铺一薄层砂。对于表面结硬壳、软化或已 被扰动的土体,需要把表层铲去整平。 (3) 地基系数K30的测试跟被测土体含水量有关,K30值与含水率之间的关系类似于压实度与含水率之间关系, K30值的含水率要低于压实度的最佳含水率,而且随着含水率的增加K30值将急剧下降。由于被测土体含水率的影响,目前尚未量化,因此平板载荷试验 3.压实系数K的检测 被媒体曝出的哈大客专路基出现大面积冻胀问题就是由于含水量的控制出现了问题而导致。东北地区由于冬夏季温差巨大，容易出现路基冻胀。在这种区域，设计、建设高铁时，要控制路基中水的含量，路基中如果没有水分，就会像沙土一样，没有强度。而水分过多，冬天受冻膨胀，夏天一融化又收缩，会导致路基变形，影响高铁的平顺性和安全性。高铁与普通铁路相比，对路基防沉降变形的要求更高，在建设过程中，必须将水分控制在适量的程度。让水分冬天一冻，刚好把路基中的缝隙填满，不会过度膨胀，这样路基就不会随着天气变化出现冻胀循环。 为此，路基铺设时要同时注意地下水和地表来水，对于前者，要封堵隔断，如果冻土层比较浅，可以将冻土层刨去全部替换成工程用土。对于后者，要设计好排水设施，用护坡和排水沟等将来水及时排掉，不能长时间潴留。因此需要进行含水量w和压实系数k的测量防止轨道出现胀缩和过量的下沉。 压实系数K 是现场填土碾压后的实际干密度ρd与室内击实试验最大干密度ρd max的比值。为了满足高速铁路对路基填土质量的要求,现场路基填土压实时,开始采用大型的碾压机具,因此为使击实试验更符合现场实际,室内击实试验采用重型击实标准来取得最大干密度ρd max 。 现场干密度ρd 一般通过检测路基填土层的含水量ω和天然密度ρ,并列用公式(1) 、(2) 来计算填土的干密度ρd 和压实系数K 。现场路基填土层的含水量ω和天然密度ρ的检测一般采用环刀法、灌 砂法及核子密度仪法。 ρd =ρ/（1 + ω ） (1) K =ρd/ρd max (2) 3.1 环刀法和灌砂法 环刀法是利用固定体积的环刀在细粒土压实层内取样,通过称重测出填土的天然密度ρ,用烘干法或燃烧法测得含水量ω。对于粗粒土、碎石土等粗颗粒填土,由于填料颗粒较大,无法用环刀取出规则形状的试样,而采用具有流动性的标准砂直接测试试坑的体积,再求出天然密度ρ,含水量ω仍以烘干法或燃烧法来测得。环刀法和灌砂法检测注意事项如下。 (1) 环刀法由于环刀的容积较小,会因取样的位置不同而测得不同的密实度,环刀法取样的位置取决于路基的压实方法。当采用光轮压路机或轮胎式压路机等可以在一次作业中将整个土层都碾压密实的压实机械时,环刀的取样深度为填土层厚的中下部,因为路基中力的传递具有递减性,相应填土层厚中下部密实度数值也较低。当碾压机械采用拖式振动凸块碾或羊足碾时,试验发现填土层表面的密实度反而最低,所以环刀的取样深度为填土层厚的上部。 (2) 灌砂法实验所选择的量砂粒径一定要均匀或单一,根据有关实验用不同粒径的量砂标定锥形漏斗的量砂的密度,其与平均值的最大偏差如表1 所示。另外灌砂时检测厚度应为整个碾压层厚度,不能只取上部分或者取到下一个碾压层中。 表1 不同粒径的量砂产生的最大偏差[ 2 ] 量砂的粒径/ mm 与平均值的最大偏差/ % 锥形漏斗中 标定罐中 0.6～1.2 0.4 0.3 0.3～0.6 0.3 0.1 0.15～0.3 0.6 0.2 < 0.15 0.7 0.2 (3) 含水量测定需注意的重要事项是,针对不同的土样,选用适宜的方法。如有机质含量较高,挥发物含量较高的土样就不宜用酒精燃烧法,用烘箱烘干法时也要注意其温度的控制;对于有机质含量大于5 %的土,烘干温度应控制在65～70 ℃。其次,含水量试验中取样数量的要求,规范中基本上是最低标准,如果条件容许,可尽量多取一些试样以分散试验误差,保证试验的精度。