浅谈铁路路基声波探测技术

潘世兴

（中铁二十五局集团有限公司质量检测中心，广州铁诚工程质量检测有限公司，广东 广州 510000）

随着我国铁路路基的技术标准、技术规范和质量检测标准的不断完善，许多国外和其他工程领域先进的检测设备和技术被引入路基检测，这些路基检测新技术的应用带来了巨大的经济和社会效益，检测速度和效率明显提高，显示出独特的优势和强大的生命力，引起了广泛的兴趣和关注。20世纪80年代以来,国内外均发展了波速法,由于波速与土的状态有良好的关系,可用于砂土的状态和液化性的判别。目前测定土体的波速的方法有很多种,包括跨孔法、上孔法、下孔法、面波法等。本文采用的声波测试法就是在波速测试的基础上进行改进后得到的方法。

1.声波测试原理

给路基一个冲击能量,就会在土体内部及表面产生弹性波,土壤密实程度不同,对该冲击能量的吸收不同,弹性波传播速度亦不同。路基土压实越密实,土体吸收的能量就越少,弹性波传播的速度就越快,传感器检测的冲击响应信号就越大。理论与实践表明,土体的密实程度、承载能力及土的物理力学性能与土中应力波的传播特性存在极大的相关性,因此可以通过测试应力波的传播速度等指标作为填土密实程度、路基承载能力及路基施工质量等的评价指标。声波测试法就是通过在路基两侧分别布置激发源和加速度传感器、计算机采集系统,通过手锤在路基一侧敲击激发源,路基另一侧的传感器将感应到的信号传递给采集系统可以得到波动曲线。由图中可以读出剪切波在该层土中传播的时间T,另外测出激发源和传感器之间的距离L,就可以得到该层土体的剪切波速V=L/T。测试的示意图见图1。

图1 声波测试法示意图

2.现场测试

进行声波测试的路基有两处,分别位于运营多年的广沪线路基段和线路状况良好新建武广线路基段。

2.1 广沪线路基段

（1）工点概况

测点为广沪线某处工点,地形平坦属冲、洪积平原区,以第四系全新统冲洪积层为主,上部主要是砂粘土与粉、细、中砂互层,下部为卵、砾石层或间夹卵砾石层。该处为路堑区段,路基存在路肩宽度不足、路基下沉、翻浆冒泥等病害。

（2）现场测试结果

通过对路基现状作系统的调查与分析,选择典型区段进行声波测试和便携式可变能动力触探。根据室内试验的结果,按照《铁路路基设计规范(TB1001)》的有关规定,确定该区段填料均属C组。

便携式可变能动力触探试验为一种新型的动力触探仪,以手锤方式打入探头,全程记录锥头贯入阻力。既有轻型动力触探试验既方便、灵活,又具有静力触探高分辨率的特点,用于调查道床厚度和基床的填筑情况及承载能力。便携式可变能动力触探测试曲线如图2所示,测得路堑区段锥尖阻力约1～3Mpa,相当于100～150kPa承载力。路堑区段承载力较低,与该区段存在翻浆冒泥相吻合。

采用声波测试对该处路基进行了几组声波测试,测得路基基床的剪切波速约为161～195m/s。同时测得剪切波速较低处正是出现病害的路基段,这个结果也与现场地质调查及便携式可变能动力触探所测得结果基本吻合。

图2 便携式可变能动力触探曲线

2.2 武广铁路路基段

（1）工点概况

武广线某处工点地基为冲洪积平原,地形平坦,第四系全新统粘土,砂粘土,中粗砂,圆砾土。路基填土高约6～8m,填料为A组填料。

（2）现场测试结果

通过对路基现状作系统的调查与分析,选择典型区段进行声波测试和便携式可变能动力触探。便携式可变能动力触探测试曲线见图3,锥尖阻力约7MPa,相当于250kPa承载力,路基承载力较高。采用声波测试对该处路基进行了声波测试,测得基床表层的剪切波速度为211.3m/s,剪切波速测试值也比较高,这与现场地质调查及便携式可变能动力触探所测得结果基本吻合,表明该处路基状况良好,路基承载力能够满足要求。

图3 便携式可变能动力触探曲线

声波测试结果与便携式可变能动力触探结果汇总如表1所示,由表1可以看出波速越高对应的锥尖阻力也越大,承载力值也越大,路基状况越好。

表1 声波测试与便携式可变能动力触探结果对比表

3.结束语

综上所述，在铁路路基现场测试，声波测试法操作简单,不影响行车,仪器轻便无需钻孔,可测得路基的力学指标。经胶新线、大秦线两处工点现场声波测试与便携式可变能动力触探试验对比分析,结果表明声波测试快速评价路基承载力状态是可行的。同时根据实测的结果,结合现场地质调查及少量的便携式可变能动力触探资料,可以对路基进行大面积的普查,对既有线提速路基力学状况可以做出快速评价。然而由于既有线路基的填料非均匀性及土体的多样性,该方法除了理论研究外,还需要大量的试验验证,为了更好的推广该测试方法,对声波测试进一步的研究也是很有必要的。

[1]刘耀民.山西省万家寨引黄工程国际一标岩体爆破效应的声波测试 [J].地下工程与隧道,2000,(04).

[2]金畅,何春茂,何连生.岩土原位测试及现场监测技术[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2010,(04).