路基检测技术综述

收稿日期:20060416;修回日期:20060623

路基检测技术综述

杨新安1

　孟凡江2

　孙经川

3

(1.同济大学城市轨道与铁道工程系　上海　200092;2.济南铁路局徐州工务一段　江苏徐州　221003;

3.济南铁路局济南大修段　济南　271000)

摘　要　阐述了路基检测技术的发展,总结了路基检测的内容、要求和作用,根据检测对象对路基检测方法和技术作了分类,分别论述了铁路新线路基和既有线路基的检测指标与检测方法,指出对于不同的检测目的和线路状况、病害类型,应选择的不同的综合检测方法,以合理有效地利用路基检测方法,提高检测效率和水平。关键词　铁路路基　基床　检测

中图分类号　U416.06　　文献标识码　A 　　文章编号　10094539(2006)04005604

Su mmary of M ethods for Subgrade D etecti n g

Yang Xin ’an 1

,Meng Fanjiang 2

,Sun J ingchuan

3

(1.Depart m ent of U rban Track and Rail w ay Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;

2.Xuzhou Engineering Secti on,J inan Rail w ay Bureau,Xuzhou 221003,China;

3.J inan Engineering Secti on,J inan Rail w ay Bureau,J inan 271000,China )

Abstract 　This article intr oduces the subgrade detecti on and the app licati on of ne w detecting methods,discusses the devel 2opment,ai m s,i m portance,contents and methods of subgrade detecting,and classifies the methods of subgrade detecti on for the constructi on of ne w rail w ay lines and for the rail w ay lines in service .D ifferent detecting methods should be used for dif 2ferent pur poses .The authors give methods and exa mp les for four kinds of detecting pur poses .Key words 　rail w ay subgrade;subgrade bed;detecti on

1　引言

近年来,我国铁路新线建设速度加快,从秦沈客运专线开始,正在大规模建设高等级铁路。根据批准的《中长期铁路网规划》,到2020年,我国铁路将形成以京沪、京广、京哈、沪甬深及陇海、浙赣、青石太及沪汉蓉等“四纵四横”客运专线为主体,城际客运专线为扩充的快速客运专线1万km 、客货混跑快速线路2万k m 、总规模3万k m 的快速客运网络。京沪高速铁路也进行了试验研究工作。

路基检测是铁路建设与管理中的关键性、基础性技术,为工程设计、施工和养护提供可靠的依据,不仅对于控制工程质量至关重要,而且决定着线路维修养护决策的科学性,并直接影响维修养护资金

分配的合理性。路基检测对提高路基工程质量、加快路基工程进度、降低工程造价、推动工程施工技术进步,都起到重要作用。

路基检测方法和技术的综合、合理应用需要一定的专业知识和经验指导,特别是对既有线。笔者综述了常用的路基检测技术和方法,目的是,合理有效地利用这些方法,提高路基检测效率和水平,推动新技术的应用。

2　路基检测技术的发展

20世纪30年代开始,美国提出压实度指标,即

压实系数K 、相对密度D r 或孔隙率n ,至今仍然作为世界各国路基设计及施工控制的土的压实质量标准。虽然以压实度为参数的路基压实质量标准具有击实试验指导现场施工、现场检测简便等优点,但是,对于高速铁路或其它对强度指标要求严格的情况,仅靠压

・铁道/道路・

实度参数来反映填土的压实质量就有其局限性。

为了保证路基填土的强度指标,20世纪70～80年代,许多国家开始用强度及变形指标作为路基填土质量控制参数,即所谓的“抗力检测法”。其中包括美国的CBR (加州承载比值)标准,德国、法国、奥地利和瑞士等国家的静态变形模量E v2标准,日本的地基系数K 30标准等。可见,采用强度及变形参数作为控制指标是路基质量标准的一大进步。

我国大量工程实践促使人们对路基工程的认识水平不断提高,认识到“路基是结构物,填料是建筑材料”,路基质量控制的程序越来越完善,要求的检测水平越来越高,传统的检测技术已不能满足快速发展的工程实践需要,先后引入德国、日本、法国等国家先进的路基质量评估和检测方法,试验、研究了新的路基检测方法,如K 30平板载荷试验、E v2平板载荷试验、E vd 动平板载荷试验等,修订、发布了新的《铁路路基设计规范》、《时速160km 新建铁路线桥隧站设计暂行规定》、《新建时速200km 客货共线铁路设计暂行规定》、《京沪高速铁路设计暂行规定》等适用不同等级新建铁路的规范、规定,成为指导新线建设和强制执行的规范性指导文件。

铁路既有线从1997年开始已5次大提速,2006年将实现第6次大提速。目前,既有线路基存在4方面问题,第一,如何评价既有线路基提速前的质量状况,并检验加固后的质量状况?第二,既有线路基病害增多,如何快速准确地检测,为大修设计提供依据?第三,如何及早发现和及时整治冲空、岩溶、陷穴等隐蔽性危害?第四,如何获取充分的信息,实施“状态修”?解决这些问题的关键在于要有路基检测技术和方法。路基检测是铁路既有线大中修和病害整治的基础工作,传统的路基检测方法远不能适应目前铁路全面提速和未来高速的需要。近年来,地质雷达、瑞利面波、高密度电阻率法等先进的检测技术引入路基的检测和评估,显示出独特功能、优异特点和良好的适用性,产生了巨大的社会效益和经济效益,引起广泛兴趣和关注。

3　路基检测的内容与作用

3.1　路基检测的内容与要求3.1.1　新线

(1)地基处理和沉降观测。

(2)填料性质和级配检测,改良土的最佳掺合

量、最佳配比及改良后的强度试验。

(3)新线施工过程中,基床以下路堤填料和填

筑压实检测。

(4)新线施工过程中,基床填料和填筑压实

检测。3.1.2　既有线

既有线路基检测的内容有:(1)路基结构分层,道床、基床、砂垫层及路堤填土的各层厚度;路基结构的横断面和纵断面状况。(2)路基结构横断面变异,路基结构纵向变异;道床板结的厚度与范围,道碴陷槽的状况。(3)基床土的性质与状况,包括基床土的物理力学性质、颗粒组成、含水量、强度等。(4)路基的承载能力评估。(5)路基病害的病害类

型、发育程度和分布形式。(6)路基中的危害类型、发育程度和分布形式。

既有线路基检测的要求与特点:(1)不影响正常行车。(2)线路时刻处于运营状态,检测不能损坏线路。(3)既有线量大、面广,应快速检测。3.2　路基检测的作用

(1)路基检测是路基工程施工技术管理的重要

组成部分,是新线路基施工的基本工序和主要质量控制手段,对保证工程质量具有重要意义。

(2)路基检测是路基工程施工质量检验评定和

竣工验收评定工作的主要环节,路基检测是对新线路基施工进行过程控制的主要手段。

(3)路基检测工作对提高路基工程质量、加快

路基工程进度、降低工程造价、推动工程施工技术进步,都起到重要作用。

(4)及早发现和及时整治冲空、岩溶、陷穴等隐

蔽性危害,保障交通线安全。

(5)既有路基病害检测,为大修计划和方案制

订提供依据,并可检测病害整治效果。

(6)线路提速前对路基质量、状况进行检测和

评估,加固后进行检验和评估。

(7)既有路基状态检测和评定,是安排路基维

修计划的主要依据,是反映路基及附属设备质量和考核路基养护管理工作的重要指标。路基检测还可指导日常维修作业,为线路“状态修”提供依据。

(8)促进路基检测技术和方法的标准化、规

范化。

(9)促进路基检测学科的发展,促进检测设备的研制和新技术装备的开发。

4　路基检测方法与技术

国内外路基检测的方法和技术种类较多,按检测对象对其进行分类总结,可帮助我们先从总体上认识这些方法。

4.1　新线路基检测指标与检测方法

铁路路基的主体结构由道床、基床、路堤和地基四部分组成。新建铁路的路基检测主要对象是基床和路堤部分,地基也很重要,主要是观测其沉降。

基床和路堤的检测主要是根据相应等级铁路的设计规范要求,对填筑过程的压实度和力学指标进行控制。单一指标很难对填料作出全面的反映,如压实系数K达到设计规范的黏性土在含水量偏高时,它的强度却不满足要求。所以对于填料压实质量的控制指标应是多方面的。表1是铁路新线路基检测指标与检测方法。

表1　铁路新线路基检测指标与检测方法

线别

基床表层基床底层路堤

检测指标检测试验方法检测指标检测试验方法检测指标检测试验方法

时速160km 客货共线压实系数K,地基

系数K

30

,相对密

度D

r

,孔隙率n

重型击实试验,

K30平板荷载试

验,相对密度试

验,密度试验

压实系数K,地基

系数K

30

,相对密

度D

r

,孔隙率n

重型击实试验,

K30平板荷载试

验,相对密度试

验,密度试验

压实系数K,地基

系数K

30

,相对密

度D

r

,孔隙率n

重型击实试验,

K30平板荷载试

验,相对密度试

验,密度试验

时速200km 客货共线与客运专线地基系数K

30

,孔

隙率n

K30平板荷载试

验,密度试验

压实系数K,地基

系数K

30

,孔隙

率n

重型击实试验,

K30平板荷载试

验,密度试验

压实系数K,地基

系数K

30

,孔隙

率n

重型击实试验,

K30平板荷载试

验,密度试验

京沪高速铁路地基系数K

30

,动

态变形模量E

vd

,

孔隙率n

K30平板荷载试验,

E vd动态平板荷载

试验,密度试验

压实系数K,地基

系数K

30

,孔隙

率n

重型击实试验,

K30平板荷载试

验,密度试验

压实系数K,地基

系数K

30

,孔隙

率n

重型击实试验,

K30平板荷载试

验,密度试验

　　现行时速160k m、200k m和300k m铁路设计规范是在吸收国内外相关经验的基础上提出来的,但因实践经验少,还有许多需要改进完善之处,各指标之间的内在联系和换算方法也需要通过试验研究取得。

4.2　既有线路基检测指标与检测方法

根据近年来的实践和大量工程检测实例,目前既有线路基检测中使用较多的方法有挖探、地质雷达法、瑞利面波法、轻型动力触探法、高密度电阻率法、核子密度湿度仪和土工试验(见表2)。这些方法均可满足不干扰正常行车,但各有优缺点(见表3)。对于不同的检测目的和线路状况、病害类型,应选择不同的检测方法进行综合检测。

繁忙干线提速、一般线路提速、路局大中修普查、局部地段特殊病害调查的检测目的和要求不同,应从结果的可靠性、成本和便捷性等方面综合考虑,选择不同的方法进行综合检测。

表2　铁路既有线路基检测指标与检测方法

路基结

构分层

几何物性(状态)

指标检测方法指标检测方法

道床厚度地质雷达道床刚度落锤式弯沉检测道碴陷槽道碴脏污率

道碴取样

基床

厚度,基床

几何变异

地质雷达

基床病害

(翻浆冒泥、

下沉、外挤)

地质雷达,高密

度电阻率法

强度

动力触探试验,

瑞利面波法,K

30

平板荷载试验

力学性质含

水量

土工试验,地质

雷达

路堤隐蔽性危害地质雷达隐蔽性危害

地质雷达,瑞利

面波法,高密度

电阻率法

地基隐蔽性危害地质雷达隐蔽性危害

地质雷达,瑞利面

波法,高密度电阻

率法・铁道/道路・

表3　既有线路基检测方法比较

内容

检测方法

成本效率可靠度是否损坏线路挖探低低低是地质雷达法较高高高否

瑞利面波法较高较高较高否

轻型动力触探较高低高否

高密度电阻率法高低较高否土工试验较高较高高否

　　(1)繁忙干线提速路基检测

繁忙干线行车密度大,列车间隔时间短,提速运行后列车速度高,路基检测不但要求提供道床和基床的几何信息,而且要求提供道床脏污率和基床强度指标,所以,检测方法应方便快捷,检测内容应全面,检测结果要十分可靠。

在确定了提速目标条件下的技术指标要求后,须对既有线路的路基状况进行调查和检测,以了解其目前状况与提速所要求的标准的差距。

线路调查除须掌握路基表面有关信息外,还须调查道床和板结层。道床状况包括道床厚度及脏污程度、道床病害等;板结层状况包括板结层分布情况、承载能力及刚度系数。

线路调查完成后,还须对土质基床状况进行试验与检测,检测内容为基床土质状况、压实程度、承载能力、变形情况。主要参数指标中,压实标准细粒

土(包括黏砂和粉砂)采用地基系数K

30

和压实系数K,粗粒土采用相对密度D r或地基系数。

(2)一般线路提速路基检测

行车密度较大,列车间隔时间较短,提速运行后列车速度较高,路基检测要求提供道床、基床的几何信息和道床脏污率,所以,检测方法应方便快捷,检测内容应较全面,检测结果要可靠。

(3)路局大中修线路的普查

路局大中修施工前,为了给整治设计提供可靠依据,必须对线路进行普查。这种普查工作量大、面广,对象一般是常见病害,以翻浆冒泥、道碴陷槽为主,检测的目的主要是确定病害类型和具体位置。所以,检测方法应方便快捷,检测内容应较全面,检测结果要可靠。

(4)局部地段的特殊病害检测方法

局部地段的特殊病害主要包括路基下沉、外挤和鼓包等病害。这种病害一般很严重、有些具有突发性,往往是非常见病害,病害成因和状况复杂。为了对病害线路进行合理整治,必须准确检测病害状况,分析病害成因。所以,检测手段要多,检测内容要全面,多种检测方法相互验证、相互补充,给出全面准确的检测结果。

根据以上论述给出了繁忙干线提速、一般线路提速、路局大中修普查和局部地段特殊病害4种不同目的的路基检测建议方法,见表4。

表4　铁路既有线不同目的的适用检测方法

检测方法

检测线路

挖探

地质

雷达法

动力

触探

瑞利

面波法

高密度

电阻率法

土工

试验繁忙干线√√√√/√

一般线路√√√(√)/(√)路局大中修普查√√////

局部地段的特殊病害√√√(√)(√)√　注:“√”为必测项;“(√)”为选测项;“/”为非测项。

对既有路基检测应遵循原位和区段测试相结合,点、面测试相结合,动态和静态测试相结合的测试方法,以便能对既有路基的状况做出综合评价,为路基是否需要加固或采取什么样的加固措施来达到提速线路路基的要求提供依据。

5　结束语

路基检测是铁路和公路工程检测技术新学科的重要部分,是一门快速发展的分支学科,它融检测理论、仪器开发研制和测试操作技术及路基工程相关学科基础知识于一体。路基检测技术的发展,对保证工程质量和我国检测技术的发展都具有重要意义。

路基检测技术和方法的检测标准还在逐步推出的过程中,有些方法尚只有规范中简单的条文要求,而无规范的检测标准,应进一步及时总结实践经验,吸收国内外研究成果和工程经验,使其向标准化、规范化方向发展。

参考文献

1　铁道科学研究院.时速160k m新建铁路线桥隧站设计暂行规定.北京:中国铁道出版社,2003

2　铁道科学研究院.新建时速200～250km客运专线铁路设计暂行规定.北京:中国铁道出版社,2005

3　铁道科学研究院.新建时速200k m客货共线铁路设计暂行规定.北京:中国铁道出版社,2003

4　铁道第三勘察设计院,铁道第四勘察设计院.京沪高速铁路设计暂行规定.北京:中国铁道出版社,2005

・岩土工程・

收稿日期:20060402;修回日期:20060607

无碴轨道钢筋混凝土桩网地基

加固施工技术

赵天启

(中铁十八局集团有限公司　天津　300222)

摘　要　介绍了钢筋混凝土桩网复合地基加固技术的机理、工艺以及在我国第一条无碴轨道试验段上的应用情况。结合工程实例,阐述了采用长螺旋钻机在岩层中成孔,用电流法控制钻头的入岩深度以及利用钻机进行先灌混凝土后插钢筋笼等关键施工技术,为我国的客运专线建设提供借鉴。关键词　无碴轨道　地基加固　电流法　反插钢筋笼

中图分类号　U213.244∶U213.15　　文献标识码　B 　　文章编号　10094539(2006)04006003

Founda ti on 2re i n forc i n g Eng i n eer i n g Techn i ques for Ba ll a stless Track Re i n forc i n g Concrete P ile M esh

Zhao Tianqi

(China Rail w ay 18th Bureau Gr oup Cor porati on,L td .,Tianjin 300222,China )

Abstract 　This article intr oduces the theory and technol ogy of the concrete p ile mesh compound foundati on 2reinf orcing technique of and its p ractical app licati on in the first ballastless track test secti on in our country .I n the light of engineering exa mp les,this article describes such key constructi on techniques as hole for m ing in r ock stratum with l ong s p iral auger,r ock 2entering dep th of drilling head contr olled with method of electric current,and concrete casting carried out bef ore rein 2forcing cage inserted with the t ool of driller,which p r ovides meaningful experiences f or the constructi on of passenger trans 2port line .

Key words 　ballastless track;foundati on reinf orce;method of electric current;counter 2insert reinforcing cage

1　工程概况

重庆枢纽遂渝线引入无碴轨道综合试验段是铁

道部(铁科技函[2004]619号文《关于开展无碴轨

道综合试验的通知》

)明确要求且进行科研资助的重点工程,设计范围DK126+203～DK138+3,为长11.63km 的双线无碴轨道。该工程是我国第一条无碴轨道试验段,采取国内外联合监理,不仅在国内没有类似的经验借鉴,而且技术和质量标准要求

远远超出了一般铁路施工。DK136+100～DK138+3试验段,长2.793km ,为了达到无碴轨道技术

要求,必须通过多种技术措施控制地基沉降,其中路堤填筑高度大于6m 的非软土地基段及路堤填筑高度大于3m ,但低于路基面以下3m 时的软土或松软土地基段,采用钢筋混凝土桩网结构进行加固。该试验段桩网共设计有2700根,由C30钢筋混凝土桩、倒杯型桩帽及上部0.6m 厚加筋垫层共同组成,桩基直径0.6m ,要求采用无水钻孔成桩,正方形布置,桩间距2m ,最大桩长为15m ,如图1所示。

5　杨新安,高艳灵,刘　征.论铁路既有线路基检测.岩石

力学与工程学报,2003(增1)

6　杨新安.地质雷达检测铁路路基新技术.中国铁路,

2004(6)

7　金守华.系统理解客运专线标准体系,树立全新铁路建设

理念.铁道建筑技术,2005(1)

8　刘　鑫,邵丕彦,崔　珑.秦沈客运专线路基填筑质量控

制标准及方法.中国铁道科学,2002(4)