某国外铁路路基基床测试及评价
2015-03-12李瑞峰
武 涛 李瑞峰
(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)
Some Foreign Railway Study on Test and Evaluation of Embankment Subgrade bed
WU Tao LI Rui-feng
某国外铁路路基基床测试及评价
武涛李瑞峰
(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)
Some Foreign Railway Study on Test and Evaluation of Embankment Subgrade bed
WU TaoLI Rui-feng
摘要根据国内既有线路基检测经验，对挖探、地质雷达、瑞雷波、轻型触探和土工试验进行评价。结合某国外工程特点、地质条件和修复改造的技术要求，提出该工程项目的勘探方法及评价原则，并对该国外既有路基进行基床评价。
关键词既有铁路检测基床评价物探成果
该铁路为我国援建工程，全长1 800余km，地跨两国，于上世纪70年代交付使用。自运营以来，由于铁路“只用不养”，导致线路多处出现病害，存在很大安全隐患。根据修复改造要求，“消除隐患，适当提高”的原则，对既有线按“平原区时速120 km，山区时速80 km”的原则进行改造。该铁路既有路基比重达98%以上，路基基床评价显得十分重要。
1既有路基概况
1.1 地形地貌
区域内主要为高原低山丘陵地貌、平缓高原地貌及断陷盆地地貌。
K501+000至K583+000段属于高原低山丘陵区。
K583+000至K975+911段属于高原丘陵区，断裂构造十分发育，因而在地貌上呈阶梯状的平缓高原及高原上的断陷盆地。
1.2 气象特征
沿线平均气温在摄氏16 ℃～25 ℃之间，最高气温达40.6 ℃，最低气温为摄氏-1.1 ℃。6至10月为旱季，11月至5月为雨季。年降雨量平均在750～2 000 mm之间。
1.3 路基病害类型
总体来说，铁路路基基床、路基边坡、排水系统状态完好，少量地段出现路基下沉、翻浆冒泥、路基洞穴等多种病害，个别地段已限速严重，影响行车安全。
2基床评价原则
2.1 路基填料评价原则
本次勘探主要根据TB1001—2005《铁路路基设计规范》对路基填料进行分类。可选用A、B、C组填料，当为C组填料时，年均降水量大于500 mm地区，塑性指数不得大于12，液限不得大于32%[2，5]。
2.2 勘探
该铁路已运营近40年，路基基床土体固结基本完成，本次勘探旨在查明路基基床填料类型及基床强度，拟采用挖探(小螺钻、洛阳铲)、钎探、物探(瑞雷波、地质雷达)等手段。
(1)勘探深度的确定
列车行驶时动载与静载对路基基床结构的影响不同，一般状况下静载的作用是明确的，而列车的动载受多方面因素的控制，如列车的行驶速度、轴重等。列车动载计算参考《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》及文献[6]中的计算方法，其计算公式为
(1)
式中：P为机车车辆的静轴重/kN，本线取P=230 kN；α为速度系数，本线取α=0.003；V为列车速度(速度在300 km/h以内时以实际速度计，超过300 km/h以300 km/h计)，本线设计提速至120 km/h。
经计算，提速路基面动应力为σ=81.4 kN，以此值作为基床评价的起始动应力值。
随着动应力的衰减，在路基某一深度处，动应力只占路基自重荷载的一小部分，对路基影响降低到很小。根据各行业经验及《铁路路基设计规范》TB10001—2005中规定，当动应力与路基自重之比为0.2时所对应的深度为动应力影响深度，即本次勘探深度。根据表1计算结果可知，在深度为2.5 m时，基床自重应力为50 kPa，而列车动应力为9.77 kPa，约为自重应力的20%，因此将本次路基勘探深度定位为2.5 m。
(2)基床承载力的确定原则
路基所能承受的动强度很难测定，一般以承载力乘以某一动力折减系数确定，即动静比
(2)
式中[q]——列车动荷载；
γ——动静比(折减系数)，一般取0.45～0.60；
σ——承载力。
动静比一般与路基的填料、路基形状、压实度、养护条件、行车速度有很大关系，根据该铁路的填料类别、路基情况、行车速度等因素[3]，对比国内铁道部及广深铁路的经验数据，取γ=0.5[4]。经计算，基床应力分布情况见表2。
表1 基床应力分布情况
表2 轻型触探N10确定地基承载力 kPa
3物探评价原则
3.1 物探波速测试评价原则
(1)瑞雷波测试评价原则
根据波速及波速分布情况，对基床的强度、状态进行评价(见表3)。
表3 瑞丽波测试评价原则
3.2 地质雷达评价原则
通过识别雷达图像中的频率、振幅、同相轴形态等特征判释异常，确定道砟厚度，划分道砟陷槽、翻浆冒泥、基床沉降等病害路段，结合瑞雷波资料综合评价路基状态。
根据道碴厚度曲线判释基床沉降有两方面依据：
①道碴厚度偏厚，高于实际量测值。
②道碴厚度曲线变化剧烈。
3.3 本线物探测试情况
本次勘探，瑞雷波数据在既有线左、右侧路肩采集，地质雷达测线布设在线路左、右侧轨枕端道砟上；共完成瑞雷波测试134个测点，计3 250 m，地质雷达测线长度8 440 m。
4综合分析评价
根据本线的改造要求、工程特点、工程地质条件及病害类型，结合现场调查、勘探结果、土工试验、物探结果对既有线进行基床评价(见表4)。
分析结果如下：
①路基主要以细粒C组土为主要填料，仅两处为B组土。C组土中仅8处为合格填料，29处为不合格填料，其中约35%为塑限或塑限指数不合格，导致填料不满足要求。
②基床承载力30处承载力满足要求，且约95%承载力大于200kPa；仅7处承载力不满足要求，其中仅两处基层<140 kPa，K564+180～240、K929+000～+970两段基底承载力<80 kPa，不满足要求。
③检测段落中，填料、承载力及物探均满足要求的仅3段，其余段落均存在着少许基床病害情况。
表4 基床综合分析评价
5结论
(1)线路沿线地层多为太古界花岗岩及第三系胶结土层及火山岩，路基填料主要为以挖作填，填料多为花岗岩全—强风化层，多成粉土状，液限普遍大于30%，不适宜做降雨量大于500 mm地区的路基填料。
(2)目前路基基本固结完成，承载力基本能满足要求，但由于常年“只用不养”，导致路基病害多发，造成路基表层凹凸不平，形成砟囊，导致排水不畅，建议道砟清筛时进行修复，对路基承载力过低地段进行加固处理。
(3)钎探勘探为点状，具有离散性，获取数据直接；物探为线状，获取数据具有连续性；将钎探和物探结合，二者相辅相成，可以全面反应路基既有状态，利于对基床做出客观评价。
参考文献
[1]TB10018—2003铁路工程地质原位测试规程[S]
[2]TB10102—2004铁路工程土工试验规程[S]
[3]TB 10012—2007铁路工程地质勘察规范[S]
[4]韩建文.浅谈铁路提速与路基[J].路基工程，2002(2)
[5]TB10001—2005 J447—2005铁路路基设计规范[S]
[6]TB10621—2009 J971—2009高速铁路设计规范(试行)[S]
[7]宫全美，王炳龙，周顺华，等.沪宁线提速铁路路基的强度条件[J].同济大学学报：自然科学版，2006，2(34)
[8]赵凤林，张剑.既有线铁路路基基床评价与测试研究[J].铁道工程学报，2011(4)
[9]刘建新.瞬态瑞利波技术检测既有铁路路基基床[J].铁道工程学报，2008(1)
[10]杨新安，等.论铁路既有线路基检测[J].岩石力学与工程学报，2003，22(增1)
中图分类号：P642
文献标识码：A
文章编号：1672-7479(2015)01-0054-03
作者简介：第一武涛(1982—)，男，2009年毕业于中国地质大学(武汉)岩土工程专业，硕士，工程师。
收稿日期：2014-11-13
