铁路工程路基施工过程中质量管理探讨

1 铁路路基施工质量检测方法

1.1 压实系数K

1930年美国工程师Proctor通过试验首先提出, 世界各国均以此压实理论和试验方法指导施工, 并且都以填料的压实系数 (压实系数K等于现场填料压实干密度除以室内击实试验最大干密度) 控制压实标准, 以判断压实土的强度和变形特性。填土密度的现场量测早些时候采用环刀法、灌砂法及注水法进行, 均属对压实土面的破坏性量测方法。

1.2 CBR值

在既有道路的使用中发现, 在交通荷载作用下, 铁路垫层石碴有可能被压人下覆的填土层中, 从而使路基面损坏, 因此, AASHTO首先提出了加州承载比试验 (CBR1。它是将规定尺寸 (直径5cm) 的探头贯入土中, 在一定的贯人深度时, 以其对应的荷载程度和CBR基准比较, 来确定地基承载能力的相对值。对铁路而言, 由于现场CBR试验的探头尺寸与道碴的尺寸相近且探头贯人土中的过程与道碴在列车荷载作用下挤陷入基床表层的现象相似, 因此, 将CBR试验作为铁路路基施工质量的检测手段是比较合理的。

1.3 地基系数K30

1867年, 捷克工程师文克勒 (E.Winkler) 在研究铁路路基上部结构时提出了对弹性地基的假设:地基上任何点的沉降取决于作用在同一点上所受的压力, 而与邻近的压力作用无关。用公式表示为:

式中:P为基底应力, MPa;

Kn为地基系数, 即引起单位沉降量所需作用于基底单位面积上的力, MPa/m;

S为沉降量, m。

根据文克勒的理论, 地基系数是表征弹性层状地基的刚度和变形性质的一种参数。它的值不仅与土的性质有关, 而且也与荷载面积大小、形状、加载方式有关。当确定了荷载面积、尺寸、加载方式后, 便可测试各种地基在标准下沉量时的地基系数值。地基系数K30就是采用直径为30cm的荷载板进行试验时, 用单位面积压力除以荷载板相应的下沉量, 计算时选用的沉降量为0.125cm。日本最早使用地基系数K3 0进行路基填土压实控制, 我国从大秦线开始使用, 目前地基系数K30已列入铁路路基规范要求。

1.4 动弹性模量E

铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载, 动荷载产生的冲击力对路基的影响更为明显。为保证列车的安全、舒适运行, 必须对路基的动变形加以控制。因此, 为了反映列车对路基所产生的动应力真实作用状况, 近几年国外提出了新的路基质量控制指标——动弹性模量E标准, 动弹性模量E是路基中某点的动应力与动应变之比, 它描述了一定状态下该点抵抗动荷载产生动变形的能力。

2 铁路路基施工质量控制方法

2.1 路基土料控制

路基主要是由土、石填筑而成, 路基质量的好坏, 路基填料是基础。根据《铁路路基设计规范》填料按外形分为岩块、粗粒土、细粒土;按性质和适用性分为下列几组填料。

A组——优质填料。包括硬石块、级配良好和细粒土含量小于l5%的漂石土、卵石土、碎石土、圆粒土、角砾土、粗砂、中砂。

B组——良好填料。包括不宜风化的软块石 (胶结物为硅质和钙质) , 级配不良的漂石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土、砾砂粗砂、中砂, 细粒土含量在l5%~30%的漂石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土和细砂、黏砂、砂粉土、砂粘土。

C组——一般填料。包括易风化的软块石 (胶结物为泥质) 、细粒土含量在30%的漂石土、卵石土、碎石土、圆砾士、角砾土、粉粘土。

D组——严禁使用的劣质填料。包括有机土。

选择土源场地应对其地形、地貌、土性及地下水等情况进行详细调查。土源场地应选择在地下水位底、含水量适中, 土的类别高、性质好的地方。当初步选定一个土源场地时, 取代表性土样送试验室做土工试验。

根据规范规定, 路基基床以下部位应选择C组及以上填料, 基床以上部位宜选用A组或B组填料。通过试验确定土的类别和等级, 判定填料是否合格, 以此确定该土源是否设置为取土场。

对于填料应有一个原则, 那就是决不能使用不合格的填料, 优先选用等级高的填料。填料等级的高低是决定路基质量好坏的基础。确定好土源场地后, 如为细粒土, 须做好标准击实试验, 求出最佳含水量, 在施工中控制填料含水量;求出最大干容重, 以此为参照标准, 控制好压实度。

2.2 压实度控制

(1) 保证土的最佳含水量。土在最佳含水量时进行压实才能达到最大密实度, 因此, 在路基填土压实过程中, 必须控制土的含水量。当含水量过大时, 应晾晒风干至最佳含水量再碾压。施工过程应连续作业, 减少雨淋、暴晒, 防止土壤中的含水量发生大的变化。

(2) 合理选用压实机具。土层填土厚度以不超过30cm为宜, 分层铺筑压实。施工中尽可能采用重型压实机具施工。现行普遍采用的重型压机械 (如50T震动压路机) , 每层压实厚度不超过30cm, 而采用吨位更大的羊角碾时, 它的压实功可以增加, 而其所能达到的压实度可以进一步提高, 同时由于压实功的增加, 施工时土的含水量又可以降低。土基密实度的提高、含水量的降低可以提高路基的回弹模量。利用羊角碾进行压实, 应注意采用复合碾压方式。羊角碾在拖动碾压后, 表面呈松散状态, 会出现表面不密实、不均匀, 再填土时压实层增厚, 在交界面形成一薄弱层。光轮压路机的表面压实效果较好, 可以弥补羊角碾压实的不足。

2.3 防水控制

水对铁路路基使用性能的影响较大, 可降低路基的强度。铁路一般设计路堤较高, 且多有硬路肩, 路基内的水害不严重, 所以主要应防止整体道床水下渗, 引起整体道床结构的破坏。

路基基床分为表层和底层, 不同等级的铁路工程由不同的底表层厚度。如I级铁路规定表层为0.6m, 底层为1.9m。基床直接承受道床压力, 它的质量好坏, 直接影响着道床和轨道的稳定, 因此它的施工质量要求是最高的。

首先基床表层填料不得大于15cm, 另外压实度也高出路堤本体其他部位的压实度。如细粒土的压实系数K, 基床表层为0.91, 底层为0.89。基床在压实过程中, 其表面平整度是控制压实质量的重要因素。因此, 铁路施工规范中有明确的规定数值, 即不大于l 5 mm, 施工过程中要严格控制表面平整度, 才能达到较好的压实质量。如路面局部不平的, 应铲除重压, 或个别地方下挖重新补填压实。

摘要：新时期, 随着我国铁路快速发展, 对铁路路基的质量提出了新的要求。文章首先探讨了当前可运用于铁路路基施工质量检测的几种方法, 然后对我国铁路路基施工质量控制方法进行了探索。

关键词：铁路,路基,质量检测,质量控制