初探鐵路路基工程的現(xiàn)場試驗檢測技術
2016-02-29
隨著我國相關鐵路的相關規(guī)定，鐵路建設又迎來了新一輪的高潮。鐵路作為國民經(jīng)濟的大動脈，在中國經(jīng)濟平穩(wěn)較快發(fā)展中肩負著重大責任，作為鐵路工程的主體，路基工程的質量尤為重要。本文從路基工程現(xiàn)場試驗檢測的角度論述了用不同的檢測方法對路基工程質量的控制。
一、路基檢測前準備工作
1）根據(jù)國家及鐵道部有關工程檢測的法規(guī)、標準及項目合同要求，編制試驗檢測計劃和作業(yè)指導書。
2）進行檢測前儀器、設備的調(diào)試，確認設備的標定是否有效，確保儀器設備能夠正常使用。
3）檢測前應收集齊全相關信息：①檢查被檢路基填料的土工試驗報告、填料名稱，確定檢測項目； ②根據(jù)待檢路基部位確定檢測頻率、數(shù)量及指標；③明確報檢的路基里程及被檢施工標段。
二、檢測方法
2.1 地基系數(shù) K30 試驗
1）試驗檢測儀器包括：剛性承壓板、千斤頂、百分表或位移傳感器、基準支架和反力裝置。
?。?） 剛 性 承 壓 板： 鋼 質， 板 厚：T ≥ 22mm、直徑 D=300mm(+1.4~0mm)、不圓度及上下兩面的不平行度為 0.3%，下底面光潔度不應低于二級。
?。?）千斤頂：5 噸級，帶有精密壓力表 ( 精度 1%)。
?。?）百分表或位移傳感器：全量程不應小于10mm，最小刻度為 0.01mm。
?。?）基準支架：由 3m 的桿件和支腳組成，桿上固定百分表。
?。?）反力裝置：如果是集裝式專用試驗車，可利用試驗車自重、采用汽車或壓路機作為反力。
2）現(xiàn)場檢測
?。?）根據(jù)測試要求合理選擇測點位置。
（2）進行場地測試面平整。
將承載板放置于測試地面上，應使承載板與地面良好接觸，必要時可鋪設一層 2 ～ 3mm 薄干砂。應注意保持試驗主體的原始狀態(tài)，避免松動大顆粒的碎石或石塊，安裝時不得對測點表面進行壓實，當測試面處于斜坡上時，應將承載板支撐面做成水平面。
?。?）安裝加載裝置和測量裝置
先放置承載板，利用承載板上水準泡或水平尺來調(diào)整承載板水平，將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動，承載板外側邊緣與反力裝置支撐點之間的距離不得小于 1m；然后將千斤頂放在承載板的中心位置，使千斤頂保持垂直，用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼，組裝時應保持千斤頂垂直不出現(xiàn)傾斜；再安置測橋，測橋支撐座應設置在距離荷載板外側邊緣及反力裝置支承點 1m以外，測表的安放必須相互對稱，并且應與荷載板中心保持等距離。
?。?）加載試驗
預先施加 0.01MPa 荷載約 30s，穩(wěn)定后卸除荷載，讀取百分表讀數(shù)作為下沉量的初始讀數(shù)或將百分表調(diào)零；再以 0.04MPa 的增量逐級加載，每增加一級荷載，當 1min 的沉降量不大于該級荷載產(chǎn)生的沉降量的 1％時，讀取荷載強度和下沉量讀數(shù)，然后增加下一級荷載。當總下沉量超過規(guī)定的基準值，或荷載強度超過估計的現(xiàn)場實際最大接觸壓力，或達到地基的屈服點，試驗即可終止。
3）資料處理
（1）繪圖及計算工作
根據(jù)試驗結果繪制荷載強度與下沉量 ( σ −S)關系曲線，如圖 1，并按式K30=σs /Ss進行計算地基系數(shù)：
式中：K30—地基系數(shù)(MPa/m)，計算取整數(shù)；
σs—荷載強度 (MPa)；
Ss—下沉量基準值。
2.2 變形模量 Ev2 試驗
1、檢測儀器 ：變形模量 Ev2 測試儀器應包括承載板、反力裝置、加載裝置、荷載量測裝置及沉降量測裝置。
?。?）荷載量測裝置的量測表量程應達到最大試驗荷載的 1.25 倍，最大誤差應不大于 1％，顯示值應能保證承載板上的荷載有效位至少達到0.001MPa。
?。?）沉降量測裝置應符合以下要求：測橋的測量臂可采用杠桿式或垂直抽拉式 ,測量臂應有足夠的剛度。承載板中心至測橋支撐座的距離應大于 1.25m。杠桿式測量臂杠桿比可在 1:1 至 2:1 范圍內(nèi)選擇，選定后不得改變。沉降量測表最大誤差不應大于 0.04mm，分辨率應達到 0.01mm，量程不應小于 10mm。
2、現(xiàn)場檢測
?。?）場地測試面應進行平整，并使用毛刷掃去表面松土。當測試面處于斜坡上時，應將承載板支撐面做成水平面。
?。?）測試儀器安裝應符合下列要求：先將承載板放置于測試點上，使承載板與地面完全接觸，必要時可鋪設一層2～3mm薄干砂，同時利用承載板上水準泡來調(diào)整承載板水平；然后將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動。承載板外側邊緣與反力裝置支撐點之間的距離不得小于 0.75m；再將千斤頂放在承載板的中心位置，使千斤頂保持垂直，用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼。
試驗過程中測橋和反力裝置不得晃動，沉降量測裝置應用遮陽擋風設施。預加載時，應預先加 0.01MPa 荷載約 30s，待穩(wěn)定后卸除荷載，將沉降量測表讀數(shù)調(diào)零。加載與卸載應符合以下要求：變形模量 Ev2試驗第一次加載應至少分 6 級，并以大致相等的。卸載后，按照第一次加載的操作步驟，并保持與第一次加載時各級相同的荷載進行第二次加載，直至第一次所加最大荷載的倒數(shù)第二級。每級加載或卸載過程必須在 1min內(nèi)完成。加載或卸載時，每級荷載的保持時間為2min，在該過程中荷載應保持恒定。
3、資料處理
根據(jù)試驗結果繪制應力 - 沉降量曲線，應力- 沉降量曲線上應用箭頭標明受力方向。第一次加載和第二次加載所得到的應力 - 沉降量曲線，可用下式表達：
式中：
σ—承載板下應力 (MPa)；
S —承載板中心沉降量 (mm)；
a0—常數(shù)項 (mm)；
a1—次項系數(shù) (mm/MPa)；
a2—次項系數(shù) (mm/MPa)
應力 - 沉降量曲線方程的系數(shù)是將測試值按最小二乘法計算得到的。
2.3 壓實系數(shù)和孔隙率
1、現(xiàn)場檢測
先將選定試坑位置處的地面鏟平，其面積略大于試坑直徑 150mm，按試坑直徑劃出坑口輪廓線，在輪廓線內(nèi)下挖至要求深度 200mm 處，邊挖邊將挖出的土放入盛土容器內(nèi)，稱土的質量，然后取代表性土樣測定含水率。再向容砂瓶內(nèi)灌滿標準砂，關閥門，稱灌滿標準砂的密度測定器的總質量。最后將密度測定器倒置于挖好的坑口上，打開閥門，使密度測定器內(nèi)的標準砂流入坑內(nèi)，當密度測定器內(nèi)標準砂停止流動時關閉閥門，稱密度測定器和剩余標準砂的質量，并計算灌滿試坑所用標準砂的質量。
2、資料處理
根據(jù)下列公式計算：
濕密度： ρ= m p /V p (b)
干密度： ρd=ρ/1+0.01w(c)
壓實系數(shù)： K =ρd/ρd max(d)
孔隙率： n=1−ρd/ G(f)
在我國K30、Ev2 是考慮路基承受靜荷載的現(xiàn)場試驗檢測方法，而 Evd 則是考慮到路基承受動荷載作用下的檢測方法。
結語
路基的施工質量關系到整個工程的質量、進度和列車運行安全，而運用科學的試驗檢測方法是保證路基工程施工質量的重要措施之一。在路基工程施工中，土體壓實是一個最基本的問題，通過對以上試驗檢測方法的分析，可以看出僅用密實度指標來檢測和判斷路基的質量有其局限性。所以鐵路路基施工質量的檢測不僅要考慮靜荷載作用下的檢測，同時也應當考慮到動荷載的作用下的檢測。
