淺談鐵路路基聲波探測(cè)技術(shù)

潘世興

（中鐵二十五局集團(tuán)有限公司質(zhì)量檢測(cè)中心，廣州鐵誠(chéng)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著我國(guó)鐵路路基的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，許多國(guó)外和其他工程領(lǐng)域先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)被引入路基檢測(cè)，這些路基檢測(cè)新技術(shù)的應(yīng)用帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，檢測(cè)速度和效率明顯提高，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大的生命力，引起了廣泛的興趣和關(guān)注。20世紀(jì)80年代以來,國(guó)內(nèi)外均發(fā)展了波速法,由于波速與土的狀態(tài)有良好的關(guān)系,可用于砂土的狀態(tài)和液化性的判別。目前測(cè)定土體的波速的方法有很多種,包括跨孔法、上孔法、下孔法、面波法等。本文采用的聲波測(cè)試法就是在波速測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后得到的方法。

1.聲波測(cè)試原理

給路基一個(gè)沖擊能量,就會(huì)在土體內(nèi)部及表面產(chǎn)生彈性波,土壤密實(shí)程度不同,對(duì)該沖擊能量的吸收不同,彈性波傳播速度亦不同。路基土壓實(shí)越密實(shí),土體吸收的能量就越少,彈性波傳播的速度就越快,傳感器檢測(cè)的沖擊響應(yīng)信號(hào)就越大。理論與實(shí)踐表明,土體的密實(shí)程度、承載能力及土的物理力學(xué)性能與土中應(yīng)力波的傳播特性存在極大的相關(guān)性,因此可以通過測(cè)試應(yīng)力波的傳播速度等指標(biāo)作為填土密實(shí)程度、路基承載能力及路基施工質(zhì)量等的評(píng)價(jià)指標(biāo)。聲波測(cè)試法就是通過在路基兩側(cè)分別布置激發(fā)源和加速度傳感器、計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng),通過手錘在路基一側(cè)敲擊激發(fā)源,路基另一側(cè)的傳感器將感應(yīng)到的信號(hào)傳遞給采集系統(tǒng)可以得到波動(dòng)曲線。由圖中可以讀出剪切波在該層土中傳播的時(shí)間T,另外測(cè)出激發(fā)源和傳感器之間的距離L,就可以得到該層土體的剪切波速V=L/T。測(cè)試的示意圖見圖1。

圖1 聲波測(cè)試法示意圖

2.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

進(jìn)行聲波測(cè)試的路基有兩處,分別位于運(yùn)營(yíng)多年的廣滬線路基段和線路狀況良好新建武廣線路基段。

2.1 廣滬線路基段

（1）工點(diǎn)概況

測(cè)點(diǎn)為廣滬線某處工點(diǎn),地形平坦屬?zèng)_、洪積平原區(qū),以第四系全新統(tǒng)沖洪積層為主,上部主要是砂粘土與粉、細(xì)、中砂互層,下部為卵、礫石層或間夾卵礫石層。該處為路塹區(qū)段,路基存在路肩寬度不足、路基下沉、翻漿冒泥等病害。

（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

通過對(duì)路基現(xiàn)狀作系統(tǒng)的調(diào)查與分析,選擇典型區(qū)段進(jìn)行聲波測(cè)試和便攜式可變能動(dòng)力觸探。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果,按照《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(TB1001)》的有關(guān)規(guī)定,確定該區(qū)段填料均屬C組。

便攜式可變能動(dòng)力觸探試驗(yàn)為一種新型的動(dòng)力觸探儀,以手錘方式打入探頭,全程記錄錐頭貫入阻力。既有輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)既方便、靈活,又具有靜力觸探高分辨率的特點(diǎn),用于調(diào)查道床厚度和基床的填筑情況及承載能力。便攜式可變能動(dòng)力觸探測(cè)試曲線如圖2所示,測(cè)得路塹區(qū)段錐尖阻力約1～3Mpa,相當(dāng)于100～150kPa承載力。路塹區(qū)段承載力較低,與該區(qū)段存在翻漿冒泥相吻合。

采用聲波測(cè)試對(duì)該處路基進(jìn)行了幾組聲波測(cè)試,測(cè)得路基基床的剪切波速約為161～195m/s。同時(shí)測(cè)得剪切波速較低處正是出現(xiàn)病害的路基段,這個(gè)結(jié)果也與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查及便攜式可變能動(dòng)力觸探所測(cè)得結(jié)果基本吻合。

圖2 便攜式可變能動(dòng)力觸探曲線

2.2 武廣鐵路路基段

（1）工點(diǎn)概況

武廣線某處工點(diǎn)地基為沖洪積平原,地形平坦,第四系全新統(tǒng)粘土,砂粘土,中粗砂,圓礫土。路基填土高約6～8m,填料為A組填料。

（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

通過對(duì)路基現(xiàn)狀作系統(tǒng)的調(diào)查與分析,選擇典型區(qū)段進(jìn)行聲波測(cè)試和便攜式可變能動(dòng)力觸探。便攜式可變能動(dòng)力觸探測(cè)試曲線見圖3,錐尖阻力約7MPa,相當(dāng)于250kPa承載力,路基承載力較高。采用聲波測(cè)試對(duì)該處路基進(jìn)行了聲波測(cè)試,測(cè)得基床表層的剪切波速度為211.3m/s,剪切波速測(cè)試值也比較高,這與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查及便攜式可變能動(dòng)力觸探所測(cè)得結(jié)果基本吻合,表明該處路基狀況良好,路基承載力能夠滿足要求。

圖3 便攜式可變能動(dòng)力觸探曲線

聲波測(cè)試結(jié)果與便攜式可變能動(dòng)力觸探結(jié)果匯總?cè)绫?所示,由表1可以看出波速越高對(duì)應(yīng)的錐尖阻力也越大,承載力值也越大,路基狀況越好。

表1 聲波測(cè)試與便攜式可變能動(dòng)力觸探結(jié)果對(duì)比表

3.結(jié)束語

綜上所述，在鐵路路基現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，聲波測(cè)試法操作簡(jiǎn)單,不影響行車,儀器輕便無需鉆孔,可測(cè)得路基的力學(xué)指標(biāo)。經(jīng)膠新線、大秦線兩處工點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)聲波測(cè)試與便攜式可變能動(dòng)力觸探試驗(yàn)對(duì)比分析,結(jié)果表明聲波測(cè)試快速評(píng)價(jià)路基承載力狀態(tài)是可行的。同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查及少量的便攜式可變能動(dòng)力觸探資料,可以對(duì)路基進(jìn)行大面積的普查,對(duì)既有線提速路基力學(xué)狀況可以做出快速評(píng)價(jià)。然而由于既有線路基的填料非均勻性及土體的多樣性,該方法除了理論研究外,還需要大量的試驗(yàn)驗(yàn)證,為了更好的推廣該測(cè)試方法,對(duì)聲波測(cè)試進(jìn)一步的研究也是很有必要的。

[1]劉耀民.山西省萬家寨引黃工程國(guó)際一標(biāo)巖體爆破效應(yīng)的聲波測(cè)試 [J].地下工程與隧道,2000,(04).

[2]金暢,何春茂,何連生.巖土原位測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,(04).