武　濤　李瑞峰

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津　300251)

Some Foreign Railway Study on Test and Evaluation of Embankment Subgrade bed

WU Tao　LI Rui-feng

某國外鐵路路基基床測試及評價

武濤李瑞峰

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300251)

Some Foreign Railway Study on Test and Evaluation of Embankment Subgrade bed

WU TaoLI Rui-feng

摘要根據(jù)國內(nèi)既有線路基檢測經(jīng)驗，對挖探、地質(zhì)雷達(dá)、瑞雷波、輕型觸探和土工試驗進行評價。結(jié)合某國外工程特點、地質(zhì)條件和修復(fù)改造的技術(shù)要求，提出該工程項目的勘探方法及評價原則，并對該國外既有路基進行基床評價。

關(guān)鍵詞既有鐵路檢測基床評價物探成果

該鐵路為我國援建工程，全長1 800余km，地跨兩國，于上世紀(jì)70年代交付使用。自運營以來，由于鐵路“只用不養(yǎng)”，導(dǎo)致線路多處出現(xiàn)病害，存在很大安全隱患。根據(jù)修復(fù)改造要求，“消除隱患，適當(dāng)提高”的原則，對既有線按“平原區(qū)時速120 km，山區(qū)時速80 km”的原則進行改造。該鐵路既有路基比重達(dá)98%以上，路基基床評價顯得十分重要。

1既有路基概況

1.1　地形地貌

區(qū)域內(nèi)主要為高原低山丘陵地貌、平緩高原地貌及斷陷盆地地貌。

K501+000至K583+000段屬于高原低山丘陵區(qū)。

K583+000至K975+911段屬于高原丘陵區(qū)，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，因而在地貌上呈階梯狀的平緩高原及高原上的斷陷盆地。

1.2　氣象特征

沿線平均氣溫在攝氏16 ℃～25 ℃之間，最高氣溫達(dá)40.6 ℃，最低氣溫為攝氏-1.1 ℃。6至10月為旱季，11月至5月為雨季。年降雨量平均在750～2 000 mm之間。

1.3　路基病害類型

總體來說，鐵路路基基床、路基邊坡、排水系統(tǒng)狀態(tài)完好，少量地段出現(xiàn)路基下沉、翻漿冒泥、路基洞穴等多種病害，個別地段已限速嚴(yán)重，影響行車安全。

2基床評價原則

2.1　路基填料評價原則

本次勘探主要根據(jù)TB1001—2005《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》對路基填料進行分類。可選用A、B、C組填料，當(dāng)為C組填料時，年均降水量大于500 mm地區(qū)，塑性指數(shù)不得大于12，液限不得大于32%[2，5]。

2.2　勘探

該鐵路已運營近40年，路基基床土體固結(jié)基本完成，本次勘探旨在查明路基基床填料類型及基床強度，擬采用挖探(小螺鉆、洛陽鏟)、釬探、物探(瑞雷波、地質(zhì)雷達(dá))等手段。

(1)勘探深度的確定

列車行駛時動載與靜載對路基基床結(jié)構(gòu)的影響不同，一般狀況下靜載的作用是明確的，而列車的動載受多方面因素的控制，如列車的行駛速度、軸重等。列車動載計算參考《新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》及文獻(xiàn)[6]中的計算方法，其計算公式為

(1)

式中：P為機車車輛的靜軸重/kN，本線取P=230 kN；α為速度系數(shù)，本線取α=0.003；V為列車速度(速度在300 km/h以內(nèi)時以實際速度計，超過300 km/h以300 km/h計)，本線設(shè)計提速至120 km/h。

經(jīng)計算，提速路基面動應(yīng)力為σ=81.4 kN，以此值作為基床評價的起始動應(yīng)力值。

隨著動應(yīng)力的衰減，在路基某一深度處，動應(yīng)力只占路基自重荷載的一小部分，對路基影響降低到很小。根據(jù)各行業(yè)經(jīng)驗及《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》TB10001—2005中規(guī)定，當(dāng)動應(yīng)力與路基自重之比為0.2時所對應(yīng)的深度為動應(yīng)力影響深度，即本次勘探深度。根據(jù)表1計算結(jié)果可知，在深度為2.5 m時，基床自重應(yīng)力為50 kPa，而列車動應(yīng)力為9.77 kPa，約為自重應(yīng)力的20%，因此將本次路基勘探深度定位為2.5 m。

(2)基床承載力的確定原則

路基所能承受的動強度很難測定，一般以承載力乘以某一動力折減系數(shù)確定，即動靜比

(2)

式中[q]——列車動荷載；

γ——動靜比(折減系數(shù))，一般取0.45～0.60；

σ——承載力。

動靜比一般與路基的填料、路基形狀、壓實度、養(yǎng)護條件、行車速度有很大關(guān)系，根據(jù)該鐵路的填料類別、路基情況、行車速度等因素[3]，對比國內(nèi)鐵道部及廣深鐵路的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，取γ=0.5[4]。經(jīng)計算，基床應(yīng)力分布情況見表2。

表1　基床應(yīng)力分布情況

表2　輕型觸探N10確定地基承載力　kPa

3物探評價原則

3.1　物探波速測試評價原則

(1)瑞雷波測試評價原則

根據(jù)波速及波速分布情況，對基床的強度、狀態(tài)進行評價(見表3)。

表3　瑞麗波測試評價原則

3.2　地質(zhì)雷達(dá)評價原則

通過識別雷達(dá)圖像中的頻率、振幅、同相軸形態(tài)等特征判釋異常，確定道砟厚度，劃分道砟陷槽、翻漿冒泥、基床沉降等病害路段，結(jié)合瑞雷波資料綜合評價路基狀態(tài)。

根據(jù)道碴厚度曲線判釋基床沉降有兩方面依據(jù)：

①道碴厚度偏厚，高于實際量測值。

②道碴厚度曲線變化劇烈。

3.3　本線物探測試情況

本次勘探，瑞雷波數(shù)據(jù)在既有線左、右側(cè)路肩采集，地質(zhì)雷達(dá)測線布設(shè)在線路左、右側(cè)軌枕端道砟上；共完成瑞雷波測試134個測點，計3 250 m，地質(zhì)雷達(dá)測線長度8 440 m。

4綜合分析評價

根據(jù)本線的改造要求、工程特點、工程地質(zhì)條件及病害類型，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、勘探結(jié)果、土工試驗、物探結(jié)果對既有線進行基床評價(見表4)。

分析結(jié)果如下：

①路基主要以細(xì)粒C組土為主要填料，僅兩處為B組土。C組土中僅8處為合格填料，29處為不合格填料，其中約35%為塑限或塑限指數(shù)不合格，導(dǎo)致填料不滿足要求。

②基床承載力30處承載力滿足要求，且約95%承載力大于200kPa；僅7處承載力不滿足要求，其中僅兩處基層<140 kPa，K564+180～240、K929+000～+970兩段基底承載力<80 kPa，不滿足要求。

③檢測段落中，填料、承載力及物探均滿足要求的僅3段，其余段落均存在著少許基床病害情況。

表4　基床綜合分析評價

5結(jié)論

(1)線路沿線地層多為太古界花崗巖及第三系膠結(jié)土層及火山巖，路基填料主要為以挖作填，填料多為花崗巖全—強風(fēng)化層，多成粉土狀，液限普遍大于30%，不適宜做降雨量大于500 mm地區(qū)的路基填料。

(2)目前路基基本固結(jié)完成，承載力基本能滿足要求，但由于常年“只用不養(yǎng)”，導(dǎo)致路基病害多發(fā)，造成路基表層凹凸不平，形成砟囊，導(dǎo)致排水不暢，建議道砟清篩時進行修復(fù)，對路基承載力過低地段進行加固處理。

(3)釬探勘探為點狀，具有離散性，獲取數(shù)據(jù)直接；物探為線狀，獲取數(shù)據(jù)具有連續(xù)性；將釬探和物探結(jié)合，二者相輔相成，可以全面反應(yīng)路基既有狀態(tài)，利于對基床做出客觀評價。

參考文獻(xiàn)

[1]TB10018—2003鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程[S]

[2]TB10102—2004鐵路工程土工試驗規(guī)程[S]

[3]TB 10012—2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[4]韓建文.淺談鐵路提速與路基[J].路基工程，2002(2)

[5]TB10001—2005 J447—2005鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S]

[6]TB10621—2009 J971—2009高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S]

[7]宮全美，王炳龍，周順華，等.滬寧線提速鐵路路基的強度條件[J].同濟大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，2(34)

[8]趙鳳林，張劍.既有線鐵路路基基床評價與測試研究[J].鐵道工程學(xué)報，2011(4)

[9]劉建新.瞬態(tài)瑞利波技術(shù)檢測既有鐵路路基基床[J].鐵道工程學(xué)報，2008(1)

[10]楊新安，等.論鐵路既有線路基檢測[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2003，22(增1)

中圖分類號：P642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)01-0054-03

作者簡介：第一武濤(1982—)，男，2009年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)巖土工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2014-11-13