高铁路基压实质量的影响因素和检测方法

高铁路基压实质量的影响因素和检测方法

杨红伟

中铁隧道集团有限公司工程试验分公司河南洛阳471009

摘要：铁路路基承载着轨道及列车的静荷载和动荷载，路基的施工质量直接影响列车的运营安全。高速铁路运行速度更快、技术标准更高，对路基压实质量的要求更加严厉。尽管现有规范对施工过程控制、压实质量标准及检测方法等都有了明确规定，但是施工和检测过程中的诸多因素都影响路基压实质量，针对高铁路基压实质量的影响因素和检测方法进行分析和探讨。

关键词：路基；压实质量；影响因素；检测方法；分析探讨

一、前言

路基的压实质量和沉降要求越来越严，《铁路路基设计规范》（TB10001-2005）规定：路基工后沉降一般不大于20cm；有砟轨道高速铁路规定：路基工后沉降不大于5cm。所以要提高高铁路基的施工质量、减少工后沉降，就必须要加强高铁路基施工过程监督和质量验收，这对高铁安全运营极为重要。

二、高铁路基压实质量的影响因素

在路基填筑前必须先选择合适的填料，因为填料的种类、颗粒形状、粒径分布等都会直接影响压实质量。在路基试验段施工时，确定碾压的工艺参数，包括压路机类型、摊铺厚度、碾压工艺、含水率控制等都至关重要。

1.控制合理的含水率范围。填料的含水率大小将直接影响压实质量，填料含水率宜控制在最优含水率的±2%范围之内。因为含水率过低，会造成土颗粒间的内摩阻力大，压实力不能克服土颗粒间的抗力；含水率过高的话，填料的密度降低，颗粒之间会出现一层水膜造成弹簧现象。当填料含水率超出最优含水率﹢2%时，应该对填料进行翻松晾晒；当小于﹣2%时，应采取洒水拌和等措施，使填料的含水率接近最优含水率再摊铺碾压。

2.选择施工机械及施工时间。路基施工必须配置合理的施工机械，每个环节衔接紧凑。合理安排施工时间，建议在每天的16：00至次日10：00装运填料，摊铺平整，在10：00至16：00碾压和检测。这样能最大程度地确保填料含水率接近最优含水率。另外，禁止雨、雪天气施工。

3.摊铺厚度。按照试验段确定的最佳填层厚度进行摊铺，根据《高速铁路路基工程施工技术规程》（Q/CR9602-2015）普通填料的碎石类、砾石类土每层的最大压实厚度不宜大于40cm（基床以下）和35cm（基床底层），砂类土和改良细粒土填料每层的最大压实厚度不宜大于30cm，最小不应小于10cm；级配碎石每层的最大不宜大于30cm，最小不应小于15cm。

4.压实机械碾压工艺的控制。碾压速度对压实质量和生产率有直接影响，提高碾压速度可以提高生产率，但是碾压速度过高，则会产生推移、横向裂纹或波纹等现象；速度过低，则会使摊铺和碾压工序间断，效率降低。碾压时要注意静压、弱振、强振的碾压顺序，还要根据压路机的振动轮直径选择振动频率。碾压速度的一般控制原则是：静压时速度控制在2.5～5.0Km/h，振动碾压时速度控制在1.5～2.5Km/h。

三、路基压实质量的检测方法

高铁路基压实质量一般有三个检测指标，即压实系数K、地基系数K30、动态变形模量Evd，对应常用检测方法分别是灌砂法、地基系数试验和动态变形模量试验。

1.灌砂法的试验方法

灌砂法检测压实系数是利用粒径0.25～0.50mm，密度为1.47～1.61g/cm³的洁净干燥砂，从一定高度自由下落到试洞内，按量砂密度不变的原理来测量试洞的容积，由填料的含水率来推算出填料的干密度，进而计算出路基的压实系数。具体步骤如下：

1）选取灌砂筒向筒内装砂至筒和砂总重为m1。

2）测定灌满灌砂漏斗所需量砂的质量m2。

3）将基板放在清扫干净的表面上，沿基板中孔凿洞，将凿松的材料取出装入塑料袋中。凿至层底，全部取出材料的总质量为mw，。从挖出的全部材料中取有代表性的样品，测定其含水率w（%）。

4）将基板安放在试坑上，将灌砂筒安防在基板中间。打开灌砂筒的开关，让砂流入试洞中，至砂不再下流时，关闭开关，取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量（m3）。

5）回收量砂，以备下次试验时再用。

6）计算压实度（%），精确至0.1%，K=。

注：标准砂密度和最大干密度由试验提前得到。

2、地基系数试验方法

该试验利用测定土体在荷载作用下，下沉1.25mm所对应的荷载强度与下沉量1.25mm的比值。该试验填料的最大粒径不宜大于承载板直径的，测试有效深度为承载板直径的1.5倍。《高速铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10751-2010）规定高铁路基最大粒径不应大于75mm，最大压实厚度不宜大于40cm，则用直径30cm的承载板符合规范要求。试验方法如下：

1）试验场地及环境条件：测试面应平整无坑洞、远离震源、测试面过干过湿不宜进行试验，雨天或大风天气不得进行试验。

2）选择测试面，用毛刷扫去松土，将测试面做成水平。

3）安置地基系数测试仪。

4）加载试验。先预加荷载，30s后卸除荷载，然后等待30s，将下沉量测表调至零位或读取测表读数作为下沉量的起始读数。以0.04MPa的增量逐级加载，分别读取荷载强度和下沉量读数，每级荷载的稳定时间不得少于3min。

5）达到下列条件之一时，试验即可终止：总下沉量超过1.25mm，且加载级数至少5级；荷载强度大于设计标准对应荷载值的1.3倍，且加载级数至少5级；荷载强度达到地基屈服点。

6）画出荷载强度与下沉量关系曲线，并按下式计算地基系数：K30=δs/Ss.

式中，K30计算至1（MPa/m）；δs表示荷载强度δ与下沉量S关系曲线中下沉量基准值对应的荷载强度（MPa）；Ss下沉量基准值（1.25mm）。

3.动态变形模量试验

该试验用于测定土体在落锤冲击荷载作用下的沉陷值，计算土体的动态变形模量Evd。适用于粒径不大于承载板直径，测试有效深度为承载板直径的1.5倍，动态变形模量测试范围：10MPa～225MPa。具体试验方法如下：

1）试验场地及环境条件同K30试验。

2）将承载板放置在平整好的测试面上，安装上导向杆并保持其垂直。

3）将落锤提升至挂（脱）钩装置上挂住，然后使落锤脱钩并自由落下，当落锤弹回后将其抓住并挂在挂（脱）钩装置上，按此操作进行三次预冲击。

4）正式测试时按第4）条的操作方法进行三次冲击测试，作为正式测试记录。

5）试验结果应按下式计算：Evd=22.5/s。s为承载板沉陷值（mm）。

四、结束语

压实质量是反映施工质量的一项重要性能指标。严格控制路基填筑过程中常见的影响因素，比如填料种类的选定、压路机类型的选择、碾压工艺、含水率控制等对高铁路基的快速、优质的施工有着极大的指导意义。严格施工管理和认真做好压实质量检测，确保路基的施工质量符合规范和设计要求，才能保证高速铁路列车运营时的快速、平稳与安全。

常规的压实质量检测方法仅仅是以点代面，并且耗时耗力。随着科技的进步、生产效率的提高，路基压实质量的检测方法也在不断的发展，逐步采用电脑软件、大数据等科技手段，实现碾压、检测同步进行，届时将大幅度的解放劳动力和缩短检测时间，并能更真实地反映出整个路基压实层的质量状况。

参考文献：

[1]冯德志.高速铁路路基试验检测工作探讨[J].城市建设理论研究，2013，（17）

[2]高速铁路设计规范（TB10621-2014）.北京：中国铁道出版社，2015

[3]TB10102-2010，铁路工程土工试验规程[S].北京：中国铁道出版社，2014

[4]TB10751-2010，高速铁路路基工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2011