铁路路基病害与检测技术的探讨
2015-06-01
铁路路基是铁路线路的重要组成部分，路基施工质量的好坏直接影响着铁路的行车安全，近年来随着铁路运力的不断提升，对铁路路基的要求有了更高的提升，为了提高既有线路基病害检测水平，因此本文归纳介绍了铁路既有线路基常见的病害及其成因，探讨了适合既有线铁路路基病害调查及检测的检测技术，并在兰州局兰青线、宝中线、以及兰武线柳家台车站路基病害检测中进行了实际验证，此检测技术适合既有线铁路路基病害调查、快速检测，此路基综合检测法，对行车干扰小，安全可行，效果良好。
1 常见铁路路基病害及成因
铁路路基病害主要是由于铁路路基基地处理当或路基基床填料不良、排水不畅、水的浸入以及列车荷载长期作用造成的，常见铁路路基病害一般指导致路基基床本体破坏，从而使得路基承载力下降，危机行车安全。常见铁路路基病害主要有翻浆冒泥、路基下沉、路基挤出、路基冻害。
（1）翻浆冒泥。
翻浆冒泥主要是由于基床脏污，排水不畅等因素造成基床受脏污污染地段软化成泥浆从基床表层冒出，从而使得路基承载力下降，危及行车。
（2）路基下沉。
路基下沉主要是由于基床填筑料密度不够、强度低，以及压实度不足或外在因素导致路基承载力不足所引起路基沉降。
（3）路基挤出。
路基挤出主要是由于基床强度不足而导致基床本体产生剪切破坏，使得基床向外蹦出或着隆起导致路基完整性破坏。
（4）路基冻害。
路基冻害主要是由于路基填筑料透水性较差，当路基基床含水率较高且温度较低，使得土体发生不均匀冻胀，从而使得基床破坏，路基承载力降低。当冻胀土融化时又引起路基不均匀沉降。冻害多发生在严寒地带，且路基基床含水率较高的地段。
2 既有线铁路路基病害检测技术
根据铁路既有线的特点，对铁路路基病害检测应最大程度的减少对行车的干扰，因此需要采用的检测手段应力求准确、可靠、便于操作且能快速的进行现场检测，从而为路基病害整治工作提供准确可靠的路基病害情况。经过多次试验，既有线路基病害检测可采用地质雷达探测法、用动力触探或EVD动态平板载荷试验、灌水法综合应用来对路基病害进行检测，综合评判路基病害情况。
（1）检测位置及检测内容的确定。
根据现场病害情况或需要检测的路基地段确定现场检测里程，做好现场直观检查检测、记录、简单分析判断路基病害及其成因，然后在选定的路基里程范围内按如下要求确定检测位置及检测项目。
①采用地质雷达进行路基断面填筑料质量（包括均匀性、密实度及软弱夹层、空洞）等病害的检测，初步判明路基病害情况。②在基床表层线路中心处（双线2个测点，单线1个测点）进行动力触探试验或EVD动态平板载荷试验检测路基基床承载力情况。③在路基中线处，基床表层或开挖0.6 m、1.2 m、1.8 m深（按基床填筑深度确定）进行灌水法检测基床表层或基床底层深度的填料密度或路基压实系数。
（2）检测原理。
①采用地质雷达法对检测区段内的路基进行地质雷达扫描检测路基内在病害缺陷。
地质雷达主机通过发射天线在路基道床表面向道床内部及基床发射电磁波，当电磁波遇到不同的路基填料及病害界面时便会发生反射和透射，反射波又被接收天线接收。此时雷达主机记录下电磁波从反射到接收的双程走时t，电磁波的传播速度v可标定出来，所以地质雷达探测路基深度d=v×t/2，所以得到反射面的深度即可判断道床和基床的厚度，路基病害位置。
当雷达波向路基传播时遇到不同填料以及路基基床表层、基床底层各层分界面、病害地段时，都会发生不同程度的反射、折射和散射，产生不同程度的波能吸收和衰减衰减，集中反映在波形和波阻特征变化上。分析研究接收回波的特征差异就可以判断路基病害缺陷及范围。
实际路基断面检测时保持150兆雷达天线离开道床表面不超过20 cm，沿路基纵向连续扫面检测和横向连续扫面检测相结合的方法进行检测，采用打标方式进行定位，雷达主机实时记录每个测点的时间、深度和振幅值，构成连续雷达剖面，应用雷达分析软件，分析雷达剖面图上反射波同相轴的波形和波阻特征就可以探明路基结构的分层情况，探测到路基病害类型、范围和具体位置。
②动力触探或EVD动态平板载荷试验检测路基各层的承载力。
因既有线路基病害调查及检测既要求要快速准确查明路基病害，又要尽量减少对行车的干扰，以确保行车安全，通过现场试验验证，在既有线路基检测中可采用动力触探或EVD动态平板载荷试验代替K30法检测路基各层的承载力，Evd值与K30值转换关系如（表1）。
动力触探是利用一定的落锤能量将与触探杆相连接的探头打入土中根据打入的难易程度表示为贯入度或贯入阻力来判断土的工程性质的一种原位测试方法可用于确定各种填筑料路基的承载力，还可用于查明路基在水平和垂直方向上的均匀程度确定路基土的承载力，一般对路基基床以下黏性土可用轻型动力触探检测，对路基基床本体部分可用重型或特重型触探检测，因现场路基行车、或其路基病害整治等原因可能造成路基基床填料有不确定性，因此在实际既有线路基检测种根据现场路基情况现场确定采用何种动力触探检测。
动力触探实际检测时先清开石碴，再用钻具钻至路基表层，然后对所需试验路基基床进行触探。
试验时，穿心锤落距为50 cm，使其自由下落，将探头竖直打入土层中，记录每打入土层30 cm的锤击数，进而推算出路基的承载力。 EVD动态平板载荷试验是采用动态变形模量测试仪来监控检测土体承载力指标—— 动态变形模量EVD的试验方法。它通过落锤试验和沉陷测定来直接测出反映路基填料动态特性的指标EVD，计量单位为MPa。EVD动态平板载荷试验用于检测最大粒径小于63 mm的粗粒料和混合级配料的基床、基底土以及砾石基层动态变形模量EVD，方法简单、快捷。动态变形模量是反映细骨料或级配料、回填料、石灰土等基层和地基承载力的重要指标。
③灌水法测定路基基床压实系数。
灌水法是通过在现场选定的测点处开挖一定尺寸的试坑，提取试样并称出试样的重量，然后用略大于试坑容积的塑料薄膜袋装水测出试坑的体积。通过现场采集的现场试样的重量和试样体积，并对试样进行实验室烘干处理后再次进行烘干后的重量测量，从而即可计算出试样的湿密度ρ、干密度ρd和孔隙比e0，结合不同填料土的室内试验确定的最小干密度ρdmin与最大干密度ρdmax计算出相对密度Dr或基床压实系数Kh。
3 工程实例
兰州局管内兰青线K42+300～K42+350地段，路基突然下沉，列车被采取限速通行，为了查清路基病害及范围，我们采用地质雷达综合检测法、动力触探或EVD动态平板载荷试验检检测、灌水法对限行地段进行检测。
首先我们利用地质雷达SIR2000对病害地段进行地质雷达检测，发现路基表层以下1.2 m处有路基存在空壳不密实异常区域。
在找到路基空壳异常区域位置后，对路基空壳不密实异常区域进行开挖，分层夯实回填处理，然后对处理后的路基进行地质雷达综合检测，经处理后未在地质雷达图上发现路基异常区。
其次对处理后的路基基床表层及表层以下0.6 m处分别进行灌水法及动力触探和EVD动态平板载荷试验检测。
根据综合检测结果得知兰青线K42+300～K42+350路基下沉是由于路基基床表层以下1.2 m处存在一个空壳不密实异常区域，由于列车冲击震动，空壳不密实异常区域塌陷导致路基突然下沉，经对病害路基抢修处理后再次采用地质雷达综合检测法、动力触探或EVD动态平板载荷试验检检测、灌水法检测，发现路基空壳不密实异常消除，各项压实指标符合要求，达到正常行车条件，申请列车恢复常速，此次采用地质雷达SIR2000检测法、动力触探及EVD动态平板载荷试验检检测、灌水法综合检测法在兰青线病害检测的应用，验证了这种综合检测技术适合于既有线路基病害检测。
4 结语
本文从介绍常见铁路路基的病害及成因出发，探讨了适用于既有线路基病害检测的检测技术，并在实际路基病害检测中用以验证，取得良好的效果，目的在于抛砖引玉，引起同行们的兴趣，共同探讨，提高既有线铁路路基病害检测水平。
