高速铁路路堤边坡压实质量检测技术研究.pdf

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高速铁路路堤边坡压实质量检测技术研究1 高速铁路路堤边坡压实质量检测技术研究2 高速铁路路堤边坡压实质量检测技术研究3 高速铁路路堤边坡压实质量检测技术研究4 高速铁路路堤边坡压实质量检测技术研究5
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高速铁路路堤边坡压实质量检测技术研究邢亮(中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600)・线路/路基・摘要高速铁路路堤边坡压实质量对路基整体稳定性、耐久性具有重要影响,合理的检测评估手段是控制边坡压实质量的必要条件。本文通过对高速铁路路堤边坡压实质量检测标准、方法、仪器的现状分析,提出路堤边坡压实质量检测新方法(可变能量贯入法);通过理论分析及现场试验研究,得出贯入阻力q。与现行指标动态变形模量‰E小地基系数、压实系数K的相关关系,论证了可变能量贯入法用于边坡压实质量检测的可行性;结合现行验收标准,提出采用可变能量贯入法评价高速路堤边坡压实质量的建议标准。关键词边坡压实质量可变能量贯入阻力中图分类号U213.13文献标识码A——文章编号10094539(2016)0l一000104TechnologyResearchonDetectingtheCompactionQualityofEmbankmentSlopeinHigh-speedRailwayXingLiang(ChinaRailwayFifthSurveyandDesignInstituteGroupCo.Ltd.,Beijing102600,China)AbstractThecompactionqualityofembankmentslopeinhigh・・speedrailwayhasallimportantinfluenceonoverallstabili・・tyanddurabilityofsubgrade.ThereasonablemethodofdetectionandevMuationisthenecessaryconditionofcontroUingslopecompactionquality.Byanalyzingthepresentsituationofthestandards,methodsandinstrumentsforinspectingthecompactionqualityofembankmentslopein—hishspeedrailway,thisarticleproposesanewmethodofcompactionqualityde-tectiononembankmentslope,namely,variableenergypenetrationmethod.Thro.shtheoreticalanalysisandfieldtests,thisarticlereachestothecorrelationsbetweendynamicdeformationmodulusEvd,subgradecoefficient如,compactionCO-efficientKandthepenetrationresistanceq。,anddemonstratesthefeasibilityofslopecompactionqualitydetectionwiththevariableenergypenetrationmethod.Basedoncurrentacceptancecriteria,itproposesthesuggestedstandardofevaluatingthecompactionqualityofembankmentslopein—highspeedrailwaywiththevariableenergypenetrationmethod.Keywordsslope;compactionquality;variableenergy;penetrationresistance1引言高速铁路路堤边坡的施工质量对路基的稳定性和耐久性有着重要的影响。虽然路堤边坡不直接承受列车行驶的动荷载和线路上部结构的静荷载,但如果路堤边坡的压实质量不能满足要求,则—收稿13期:2015一1111基金项目:科技部科研院所专项资金项目(2013EGl23040)易产生边坡溜塌、路肩下沉等路基病害。边坡压实质量不足,一方面,在雨水的冲刷下易形成冲沟或淘空路基;另一方面,会减小土体自身的黏聚力和摩擦角,降低抗剪强度,从而降低路堤边坡和路堤整体的稳定性。相关资料显示,路基的不少病害是由路堤边坡引起,济南铁路局工务部门曾对京九线“路基病害机理进行试验研究,并提出封闭及加固基床表层与提高路基边坡压实质量、提高边坡抗冲铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(oi)万方数据・线路/路基・刷能力相结合,是整治京九粉土路基病害的根本出多角度贯人等优点,更适于铁路路堤边坡压实质量路¨’卜。可见,控制路堤边坡压实质量,对提高路基检测。整体的稳定性、耐久性至关重要。可变能量贯入法与法国、?、目前,我国铁路路堤边坡主要采用加宽超填,标准XPP94.105中动力触2一’填筑完成后刷坡而成,超填宽度不宜小于50cm。∞探试验方法1及我国《公路’_当路堤边坡高度较高时,为了控制分层填筑质量,路基路面现场测试规程》i一:提高路堤边坡抗雨水冲刷能力,避免产生边坡浅层(JTGE60)中动力锥贯人仪.一4塌滑,通常在边坡不小2.5m范围铺设土工合成材测定路基路面回弹模量试验…一~,一。料。对路堤边坡压实质量的检验,《高速铁路路基№方法],原理具有相似之处,≯≯~一参臻i露戮臻j?工程施工质量验收标准》(TB“10751)规定:路堤边因此借鉴二者提出可变能量’‘j』..,j#i、Iv二坡应平顺、密实、稳固。检验方法:用钢钎探查坡面贯入法操作要点如下:’’:~I|、!j・,-ti’’是否有松土心]。该检验方法未量化高速铁路路堤(1)试验前准备。检查图1可变能量贯入测边坡压实质量。测试仪器,探杆顺直、探杆端试仪结构示意对于路堤边坡压实质量的检测,由于其检测位部丝扣状况,将试验信息及仪器参数输入测试仪置处于斜坡上,传统的路基压实质量检测仪器和检主机。测方法不适用于路堤边坡检测或操作困难不易实(2)锤击贯人。使用标准锤锤击探杆顶部的锤现。地基系数憋o、二次变形模量E,:试验,试验中需击座,从而对探杆施加冲力,该冲力经探杆传输至要反力装置,难以在边坡开展检测;动态变形模量探头,并将探头贯人土中。试验过程中,第一节探E,a试验,检测速度快、操作便捷,为现行标准中路基杆贯人土体后,可增加加长探杆,但需保证在贯入压实质量主控指标之一,但用于边坡检测时一方面过程中方向不变。需平整测试面,另一方面检测结果影响深度有限,(3)停止贯人。难以反映深层土体状态;瑞雷波速测试,通过瑞雷①当贯人深度达到预定深度时;波速度的频散特性,建立波速与土体密度的相关②当连续5次冲击,每次冲击贯人深度不超过性,判断土体压实特性,可达到无损、快速检测的目0.】cm时.的,但该方法属于间接测试手段,分辨率较低,难以(4)试验后检查。试验结束后,拔出探杆及固对边坡状态做出定量判断。定式探头,拔出时应检查探杆,以保持探杆顺直、丝因此,为了能有效检测高速铁路路堤边坡的压扣处于良好的状态。实质量,提高路基的耐久性和稳定性,有必要对高f5、结累计笪速铁路路堤边坡压实质量检测方法、检测仪器及相根据动量守恒定律、能量守恒定律及冲量定关标准进行研究。理,假定探杆摩阻力忽略不计;锤击能量全部传给2可变能量贯入法探头,则:锤击后标准锤及被锤击部分向下贯人能…....…....量应等于土体贯入阻力做功,每次锤击的贯入阻力基于传统检测方法存在的不足,借鉴国内外路^。斗,¨‘基检测技术3l,本文提出采用可变能量贯人法检测则武L1几“/r。。:高速铁路路堤边坡压实质量。其主要原理如下:采I‘JOMJm.+m:,,、用固定质量的标准锤锤击探杆顶部的锤击座,将探“’2Aem2m2、7杆贯人土中,通过检测每次锤击的能量及贯人深式中,q。为每次锤击的贯人阻力(Pa);F为冲击力度,计算土体贯入阻力H]。可变能量贯入测试仪结(N);T为冲击时间(s);m。为标准锤质量(kg);m:构如图1所示。与传统仪器相比,可变能量贯入测为被锤击部分的质量(kg);4为锥形探头的截面积—试仪具有检测深度大(测试范围03m)、速度快(m2);e为每次锤击的锥形探头贯入量(m)。(约5min/m)、仪器轻巧(约10kg)、数据准确客观、每次锤击结束后,数据采集装置将会自动计算2铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(01)万方数据・线路/路基・出当次锤击的贯人阻力q。,则该点的贯人阻力q。可用式(2)表示。ga_粤譬(2)吼2可“’式中,g。为测试点贯入阻力(MPa);q。为每次锤击的贯入阻力(MPa);e为每次锤击的锥形探头贯入量(m)。3对比试验研究3.1贯入阻力qa与动态变形模量E。。、地基系数K孙压实系数K对比试验为进一步研究可变能量贯入法用于铁路路堤边坡压实质量检测的可行性以及采用贯入阻力评价路基边坡压实质量的评价标准,课题组在津保铁路、贵广铁路等新建铁路路基施工现场进行贯人阻力q。与‰动态变形模量E小地基系数、压实系数K的对比试验研究(《高速铁路路基工程施工质量验收标准》‰规定,路基压实质量检测的主控指标为地基系数鼻、动态变形模量E,。及压实系数K)。在待检的路基面上,选取有代表性的位置进行贯…入阻力试验,试验点布置如图2所示。在其等距300mm的位置分别进行动态变形模量‰E小地基系数及压实系数K试验,试验方法按《铁路工程土工试验规程》(TB10102)图2对比试验布点规定,贯入阻力试验方法按前文所述,其中停止贯入的条件为当贯人深度达45em时旧1(动态变形模量E,。及地基系数K如试验的有效测试深度约为承载板直径的1.5倍,即45cm)。通过在现场试验,共取得有效数据67组,绘制散点图,见图3、4。理论上,动态变形模量E小地基系数如反映了路基一定深度内荷载与下沉量的相关关系,而贯人阻力g。值表示一定深度土体的贯人阻力,也是荷载与下沉量的相关关系的一种反∞映一J。因此,动态变形模量E小地基系数K与贯入阻力口。检测结果应具有一定的相关性。由图3、图4拟合的直线关系可得,贯人阻力g。与动态变形‰模量E小地基系数相关系数分别为0.82、0.80,相关关系较高,其相关关系式分别为b=9.48a一43.6、b=26.6a一104.3,其中b分别表示动态变形模量E。。(MPa)及地基系数如(MPa/m),a表示贯人阻力q。(MPa)。因此,从理论分析及试验结果的相关程度上看,以贯入阻力q。作为力学指标来评价高速铁路路堤边坡压实质量具有可行性。贯入阻力g/MPa图3贯入阻力q。与动态变形模量£,。相关关系散点图图4贯入阻力qa与地基系数k相关关系散点图进一步分析贯入阻力g。与物理指标压实系数K相关性,绘制散点图如图5所示。理论上,在土质均匀的状态下,土体的力学指标与物理指标应具有一定的相关性HJ。从现场试验结果上看,贯入阻力q。与压实系数相关关系为b=2.0256a+72.51,其中b表示压实系数(%),a表示贯人阻力q。(MPa),相关系数为0.83,相关性较好,与理论分析一致。图5贯入阻力q。与压实系数相关关系散点图3.2垂直坡面与垂直水平方向贯入阻力对比试验为研究采用可变能量贯人测试仪进行路堤边铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(01)3万方数据・线路/路基・坡检测时的贯入方向对贯入阻力的影响,在以上对比试验的基础上,进行垂直水平方向与垂直坡面方向贯人阻力的对比试验研究。在已刷坡的路堤边坡上,任取一点进行垂直水平方向贯人阻力试验,在与该点等高且距离不大于10cm的位置进行垂直坡面方向贯人阻力试验¨0I。垂直坡面方向贯入深度根据边坡角度应略深于水平方向,深度可按式(3)计算。¨熹(3)式中,h。为垂直坡面方向贯人深度(m);h。为垂直水平方向贯人深度(m);仅为边坡角度(。)。本次试验共取得有效试验数据20组,分别绘制折线图、散点图如图6、7所示。图6垂直坡面与垂直水平贯入阻力相关关系折线图图7垂直坡面与垂直水平贯入阻力相关关系散点图理论上,垂直坡面贯人时,受土压力及土体摩擦力的影响,贯入阻力值应略大于垂直水平方向贯入阻力。从现场检测结果上看,由折线图可知,对比试验点的垂直水平方向贯人阻力均小于垂直坡面方向贯人阻力,且二者具有共同增大及减小的趋势,与理论分析相吻合。由散点图可知,二者的相关性为0.88,相关性较高,相关关系式为b=0.79a+0.86,a为垂直水平方向贯人阻力,b为垂直坡面方向贯入阻力。4结论与建议(1)高速铁路路堤边坡压实质量对路基整体稳定性、耐久性具有重要影响。合理的检测评估…手段是控制压实质量的必要条件j。本文提出采用可变能量贯入法,检测路堤边坡压实质量,具有检测速度快、深度大、操作便捷、结果准确客观等优点。检测指标贯人阻力g。与现行控制指标动态变形模量E小地基系数K,。反映土体性质相近,相关关系较高,因此,采用可变能量贯人法得出的贯人阻力g。评价高速铁路路堤边坡压实质量具有可行性。(2)根据《高速铁路路基工程施工质量验收标准》(TB10751)对基床以下路堤、基床底层及基床≥表层压实质量的规定(基床表层如190MPa/m、‰≥基床底层150≥MPa/m及基床以下路堤k130MPa/m),以及对比试验得出的贯人阻力g。与地基系数如的相关关系,提出了采用可变能量贯人法检测路堤边坡的评定标准,建议路基基床表层、基床底层和基床以下路堤边坡的贯入阻力分别不低于11.1MPa、9.6MPa、8.8MPa。(3)理论分析及现场试验结果表明,采用可变能量贯人测试仪进行检测时,贯入杆垂直水平方向贯人阻力均小于垂直坡面方向贯入阻力,且二者相关性较高。考虑现行路基压实质量检测中动态变形模量E小地基系数如指标均为垂直水平方向检测方法,仅可与垂直水平方向贯人阻力值建立相关关系。因此,建议在路堤边坡检测中应以垂直水平方向贯人阻力值控制压实质量,当采用垂直坡面方向贯入阻力值时应换算成对应的垂直水平方向贯人阻力值。(4)建议通过对不同填料、不同线路进行对比试验¨21,进一步研究可变能量贯人测试法与现行检测指标的对应关系,并完善可变能量贯入测试仪及其试验方法,以便该方法纳入铁路相关标准,并能在铁路路堤边坡检测中推广应用。参考文献[1]任成进,李志刚,刘运桥.京九线粉土路基病害机理—研究[J].铁道标准设计,2008(9):711.(下转第8页)4铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(01)万方数据・线路/路基・陵山区,亦为绍兴、台州两市唯一不通铁路的县市,由于受地理环境、交通条件等因素的制约,社会经济发展滞后,人民物质文化生活水平相对较低,为两市经济凹地所在。本项目的修建,将极大地改善地区交通基础条件,实现沿线地区对外便捷的交通和有利于形成本线所形成的走廊城市和谐发展旧J,对方便人员出行、提高人民的物质文化生活水平起到积极地促进作用,有利于构建社会主义和谐社会。随着通苏嘉铁路过江通道的打通,中线方案可实现与通苏嘉铁路的贯通,本线将成为沿海快速客运通道的组成部分归J,同时预留温州延伸至福州的条件,最终组成沿海快速铁路通道。中线方案预留天台经磐安、横店、东阳至义乌城际的条件,最终实现本地区县县通高铁的铁路网络。可与在建新金温、规划金义城际等共同行成浙中城际环线¨…。综合分析比较杭州至温州铁路走向方案暂推荐中线方案。5结束语铁路走向方案的研究确定,关乎国家战略和地方经济发展,是铁路设计前期工作需要重点解决的重难点问题之一。铁路走向除考虑长度、投资效益、地形地质条件外¨¨,更重要的是应符合国家战略需要,服从国民经济发展的需要。从运输结构合理出发,考虑铁路建设与沿线经济发展的关系,近远期的关系u2|,以期发挥铁路交通建设应有的社会、政治、经济的作用。参考文献[1]中铁第五勘察设计院集团有限公司.新建杭绍台铁路预可行性研究报告[R].北京:中铁第五勘察设计院集团有限公司,2015:1.“”[2]刘润生,余建忠.高铁效应对长三角城市群的规划挑战与机遇[C].2011中国城市规划年会论文集,—2011:72757279.[3]中华人民共和国铁道部.中长期铁路网规划(2008年调整)[M].北京:中华人民共和国铁道部,2008.[4]刘维翔.宜西线选线设计浅谈[J].铁道建筑技术,2014(8):40.[5]浙江省地质局.中华人民共和国区域地质调查报告—[R].杭州:浙江省地质局,1978:2030.[6]中铁第五勘察设计院集团有限公司.新建金台铁路可行性研究报告[R].北京:中铁第五勘察设计院集团有限公司,2014:1.[7]任伟.甬台温铁路开行海铁联运集装箱班列的可行性—分析[J].铁道货运,2009(12):4142.[8]汪淳,李王鸣.甬台温走廊城市布局研究[J].长江流—域资源与环境,2006(6):803807.[9]王刚.通苏嘉城际铁路车站分布方案研究[J].铁道—建筑技术,2010(S2):1112.[10]宋文祥.杭甬铁路客运专线选线研究[J].铁道建筑—技术,2012(12):4042.[11]谢智泓.沪昆铁路客运专线杭长段线路总体走向研究—[J].铁道标准设计,2009(8):46.[12]国家铁路局.TB—106212014高速铁路设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2015:2.———————・-.+--.-I.-.--4-.--4---+-.--4.---++-++一卜-+-+一卜+一++一+-+一+-+一+-+-+一+(上接第4页)[2]中华人民共和国铁道部.TB—107512010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,2010:85.[3]I.angtonDD.ThePandalightweightpenetrometerforsoilinvestigationandmonitoringmaterialcomPaction[J].Ground—Engineering,1999(35):3337.[4]孙嘉良.既有线铁路路基密实状态检测方法研究[J].—铁道建筑技术,2015(1):13.[5]MethodusingavariableenergydynamicpenetrometerXP——P94105[S].France,1994:315[6]中华人民共和国交通运输部.JTG—E602008公路路基路面现场测试规程[s].北京:人民交通出版社,—2008:5861.莹铁道罄篦技术——————————+卜+一+-+一+-+-+一卜-卜一卜一卜-・+_一・卜[7]中华人民共和国铁道部.TB—101022010铁路工程土工试验规程[S].北京:中国铁道出版社,2010:273—291.[8]姜景山.动力锥贯入仪在路基检测中的应用综述[J].—路基工程,2011(6):136139.[9]程培峰,吕鹏磊,陈景龙,等.Panda2在公路路基强度—检测中的应用[J].公路,2013(3):3437.[10]任建荣,秦迎春,马冬云,等.使用法国便携式贯入仪—检测实例介绍[J]山西交通科技,2000(6):1314.[11]仇金庭.高速铁路路基病害成因分析[J].铁道建筑—技术,2014(1):2326.[12]铁道部科学技术司,铁道部科技信息所,铁道第三勘察设计院,等.国外高速铁路工务工程技术文献[G].—北京:[出版者不详],2003:3237.RAII_WAyC0^,S丁尺UC丁『O~兀_cf_,NOf0Gy20T6(olJ万方数据
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