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