朔黄重载铁路路桥过渡段加固路基的检测与分析

2016-12-27赵旭辉四川交通职业技术学院四川成都610000

低碳世界 2016年34期

赵旭辉（四川交通职业技术学院，四川成都610000）

赵旭辉（四川交通职业技术学院，四川成都610000）

目前，重载铁路以及高速铁路已经成为了我国铁路建设的主要发展方向，而在我国重载铁路的建设过程中，路堤、桥梁和涵洞等结构性建筑物是重载铁路建设中的薄弱部分，在建设时如果路堤、桥梁、与涵洞的刚性相差较大，会容易导致轨道的刚度出现变化，就会出现重载铁路的轨道面不平整等问题，进而会在一定程度上影响着重载铁路的安全性与稳定性。而为了避免出现这种情况，本文就结合朔黄重载铁路来研究路桥过渡段的加固路基的检测与分析。

朔黄重载铁路；过渡段；加固路基；检测方法；分析

引言

近些年来，我国的铁路事业在不断地飞速发展，而其飞速发展依赖着重载铁路的建设，由于重载铁路的承载性较强，是加快铁路事业发展的主要路径，而对应地，如果无法确保重载铁路的质量，那么就直接关系到交通运输的安全性，并与驾驶员的生命安全紧密相关，基于我国重载铁路的作用力与影响力，有关道路单位应该积极地对重载铁路的路桥过渡段的加固路基进行检测与分析，以便及时发现加固路基出现的问题，并采取科学的解决方式，以确保重载铁路的安全性。

1 朔黄重载铁路概述以及路桥过渡段加固路基检测方式

1.1 朔黄重载铁路概述

朔黄重载铁路西起于山西省神池南站，和神朔铁路相连接，东至河北省黄骅港口货场。全线长大约600km，设计为我国一级干线、重载路基，双线电气重载铁路线，其设计的年运输量近6800万t，远期达1亿t。朔黄铁路于1997年11月25日正式动工，竣工于2002年11月1日，总投资额达150亿元，是目前我国投资规模和建设规模都最大的一条铁路线，也是我国西煤东运工程的第二通道，同时也是我国神华集团路、矿、电、港、电、油、航一体化工程的主要组成部分，在我国路网系统中占据重要的地位，尤其是对强化沿线地方的经济发展、确保东南沿海、华东海地区的能源供应、增强煤炭出口量等方面都具备非常重要的战略意义。目前，朔黄重载铁路整体的路基面基本完好，但有些部分的路桥过渡节点的路基损坏非常严重，拿安国市内的170号桥为例，该桥段是双线的钢筋混凝土桥，T型桥高约711m。桥台的高度为612m，过渡路基的填土高度为6m，该桥段基床表层填充的是中砂粉土，类属于B组土质；基床的底层以及以下部分填充的是粉土和细砂类的土质，类属于C组土质；路基的顶面宽11m，硬路宽17m，路堤的坡度为1比115，路堤两侧的边坡采用的是拱形骨架及格形骨架，骨架内部栽种植物防护。该路段重车方向的路桥过渡段内的路基下层厚度显著增加，纵向线路不平整；轻车路线的路基下沉不显著，路线情况维持较好。

1.2 朔黄重载铁路路桥过渡段加固路基的检测方式

1.2.1 K30平板载荷检测方式

在众多检测方式中，K30检验方式属于静态的平板载荷检测，使用的是直径30cm载荷板，以每次增加0.04MPa的方式逐渐增加，待沉降平稳之后，就可以得到荷载强度和下沉量的关系曲线，由沉降量1.25mm时相对应的荷载量分析看出，单位是MPa/m，其有效的深度范围是400～500mm。而在进行K30检验方式时需要使用很大吨位的反力装备，在检测过程中要扒开部分的道砟，检测装备相对而言也较为庞大，在狭小条件下进行比较困难，此外，因为静载检测需要分级施加荷载量，并且需要等到前级荷载变形平稳之后才可以增加下级荷载量，所以每次检测过程需要花费较长的时间。K30检验方式能直接反应出重载铁路路基在静荷载作用下的力学指标，但是检测费力费时，并且只能反应出一定路基深度的状况。

1.2.2 轻型动力触探检测方式

与K30检验方式检测方式不同的是，轻型动力触探检测方式是用10kg的落锤，以50cm的距离来自由下降，把探头嵌入土层内，经过每次嵌入30cm的锤击数，来确定路基土质表层的承载能力以及某深度土地基的强度，通常用N10来表示。《建筑地基基础设计规范》中规定用N10来测验地基的承载能力。在检测朔黄重载铁路过程中，轻型动力触探点需要安置在铁路轨枕的端部，在清除检测点位置的道砟之后就可以开始检测。在检测有砂垫层位置时市从顶面向下锤击，而在检测无砂垫层位置时则是从填土层顶面向下锤击，嵌入的深度通常不大于1.2m。轻型动力触探检测方式的优点是其需要的设备比较简单、操作简便、勘探速度较快，能在一定程度上降低朔黄重载铁路正常运行中产生的干扰，在对重载铁路路桥过渡段加固路基的质量检测工作中会被经常性用到，但该检测方式容易受到介质不匀的不良影响。

2 朔黄重载铁路路桥过渡段加固路基的试验检测

2.1 K30检测

（1）测点的布置

在采用K30检测方式时，是在不影响朔黄铁路正常运行的基础上，对路桥过渡阶段的后段采取间隔取点的方式检测，间隔距离分别是3m、6m、10m、15m、20m，位于路桥轨道的外侧，两轨之间，取直径为40cm的范围，相关测点的布置如图1所示。

（2）试验结果分析

依据以上的检测数据，采用数学方式来确定沉降和强度间的关系，得到下沉量基准值是1125mm，在路基表面的每个测试点的荷载强度值σs。

由K30=σs/1125，将加固前和后各个测点的K30的值，如表1所示。

据表1显示，在范围20m的路桥过渡段内，随着检测点与桥台距离的不断增加，K30检测值也在不断增加，也就是说，距离路桥桥台位置越远的土体承载性越高。相比于加固前，路桥过渡阶段不同地方的K30值会提升大概15～40%。

表1 各测点的地基系数K30值

以朔黄重载铁路的路基表层K30值应超过110MPa/m作为标准，则该检测段75%检测点的K30检测值超过110MPa/ m，基本上满足重载铁路路基的质量标准。而距离路基桥台6m范围内的K30检测值偏低，应成为今后朔黄重载铁路加固路基的重点范围。

2.2 轻型动力触探检测

在做完K30检测之后，在载荷板处来进行轻型动力触探检测，主要是对上行方向各个检测点进行检测，由其检测结果分析如图2所示。

图2 上行方向各测点的动力触探试验结果

从结果看出，上行方向桥东和桥西在距离桥台3m和6m的检测结果大致相同，在30左右，相比距离路桥桥台位置越远的土体承载性要低，这个检测结果和K30检测的结果相同。在距离桥台位置偏远的位置处，上行方向桥西的轻型动力触探值要低于上行方向桥东的触探值，这说明，上行桥西的路基质量要显著低于上行桥东的路基质量，其路基密实度也要低于上行方向桥东的路桥过渡段加固路基的密实度。

依据相关的原则及标准的规定，地基的承载力必须满足fk＞150kPa的要求，根据路基N10和地基承载力fk的关系如下：

试验结果：

N10应该大于36击，据对各个测点的轻型动力触探试验结果分析，N10的离散型比较大，值的最大达到63击，最小到28击，80%的测点经过轻型动力触探试验的结果都满足标准的要求。

2.3 土样的物理性质检测

检测结束之后，在各个检测点用环刀法来取土样，测试土样的含水量、密度等，并进行土样的击实性测验，得出上行桥西不同检测点土样的检测结果如下：

表2

朔黄重载铁路170号桥路桥过渡阶段的填充物是B组粉土，其最佳的含水量是1211%，最大的干密度市1194g/cm3。而从以上结论中看出，过渡阶段的含水量约918～1418%，与最佳含水量较为接近。而压实系数范围是0179～0192，未满足朔黄重载铁路路基表面压实系数大于0197的标准，各个物理指标值和加固之前相比其差距较小。土样压实系数的大小取决于填充物的室内击实检测方式、击实度、检测标准等因素，影响因数过多，所以，不能单独使用压实系数作为检测路桥过渡段的指标。

3 朔黄重载铁路路桥过渡段加固路基的检测分析

由以上检测结果可以得出以下三个分析结论：①K30可以较为直观地表现出路基的承载能力以及刚性，可以综合地反映出压实土层的变形状况和强度。而加固之后，朔黄重载铁路170号桥段过渡段不同地方的地基检测值K30值能提升15～40%左右，而采用斜向高压喷桩加固方式对治理朔黄重载铁路路桥过渡阶段的沉降有较为明显的效果。而75%检测点的170号桥段路桥过渡阶段的K30值都超过110MPa/m，达到了路基的质量要求。而随着检测点距桥台距离的不断增大，K30检测值呈现出逐渐增大的趋向，即距离桥台位置低处的土质承载性要低于距桥台位置远处的土质，而距桥台位置6m范围内，K30检测值偏低，这就是今后路基加固的重点部位；②依据《大秦线重载铁路路基设计原则和标准》中规定，地基的承载性应达到基本要求，而如有轻型动力触探检测方式进行试验，其检测结果应该大于36击，而80%检测点的170号桥段路桥过渡阶段的检测结果都满足此标准；③为了提升路基过渡段检测的实际效果、降低检测过程对铁路正常运营的干扰、减少检测成本，对朔黄重载铁路路桥过渡阶段的路基质量进行试验时，应该进行大单位的轻型动力触探检测，并了解路基的整体情况，再用K30检测值对触探检测结果进行校验。