淺析灌砂法檢測鐵路路基壓實系數提效方案

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1 引言

路基壓實系數檢測是鐵路路基路面施工質量檢測的一項關鍵指標，間接反映了路基密實性和承載力，其指標對保證鐵路線路穩定，列車運行安全性和舒適性都有著重要意義。路基壓實質量一般要通過壓實試驗檢測方法、標準及設備來保證，其中灌砂法是檢測路基壓實系數有效的現場檢驗方法之一，已經成為現行鐵路路基施工質量控制的一種主要手段，但灌砂法試驗過程繁瑣，試驗周期較長，現場試驗環境復雜。經調查統計：試驗人員每完成200m6處測點的試驗（本文以Φ200mm×300mm試坑為例），需要約為210min 的時間，每人每天最多可以檢測兩個檢驗批次，那如何能高效地為施工現場提供準確的檢測數據，給施工質量控制提供真實可靠的依據，就成為了試驗檢測中急需解決的一個難題。筆者憑借路基檢測經驗，通過長期跟蹤觀察，統計試驗各環節耗時，分析影響檢測效率的因素，實施優化改進方案，提高檢測效率。

2 試驗方法［1］

灌砂法適用于現場測定最大粒徑小于75mm 的土的密度。試驗流程見圖1，首先根據設計要求及現場情況確定方案，再根據土樣中的最大粒徑確定試坑尺寸，選定試坑位置并清整，邊挖邊將取出的土放入 可密封的容器內，并稱扣除容器后土的質量m1，然后從中取出代表性土樣進行含水率w%測定。安放已稱量過的灌滿量砂的密度測定器m2，將密度測定器中的量砂流入試坑，當量砂不在下流時，移出并量取密度測定器和器中余砂合計質量m3，將坑內量砂挖出，回填試坑并夯實。通過標定得到的量砂密度ps 和灌滿漏斗所需量砂質量m4，計算出流入試坑量砂的質量m5（m2-m3-m4）及試坑體積v（m5/ps），再通過土樣質量m1、含水率w%及試坑體積v 計算出現場土樣干密度Pd，試驗完畢。壓實系數K（Pd/Pdmax）通過現場土樣干密度Pd和室內試驗得到土樣的最大干密度Pdmax比值得出。

圖1 灌砂法檢測流程圖

3 檢測效率影響因素

由表1 可見，在灌砂法試驗影響因素中，試驗過程及試驗結果整理需用時180min，占了總用時的85.7%。為此只要減少試驗過程和結果整理的耗時，就可以明顯縮短灌砂法試驗的總用時，從而提高檢測效率。

廣泛收集現場試驗員在試驗過程中遇到的問題，進行實地測算和全面分析，總結有以下三個重要影響因素：一是試驗過程中挖好每個（Φ200mm×300mm）的試坑約需25min，主要是因為傳統的挖坑工具落后，在滿足試坑要求的前提下，消耗了過多人員體力和時間；二是數據處理過程中采用手工處理方式，用計算器計算不僅耗時長，還容易按錯，達不到100%正確率。三是不同廠家生產、同廠不同批、同廠同批不同袋的量砂質量存在著一定的差異和在標定過程中不規范等因素，會對試驗檢測結果產生影響，導致檢測過程中需重復驗證，耗時費力。

表1 灌砂法各試驗環節耗時統計

4 解決方案

4.1 挖坑工具落后的解決方案

采用機械化作業替代利用現有工具的人工鑿土方式，利用改裝的鉆芯機（加裝螺旋鉆桿）進行試坑挖掘作業，解決挖掘試坑耗時過長，體力消耗大的問題，提高了作業效率。

改造鉆芯機方案：

圖2 套筒

圖3 鉆桿

圖4 鉆桿結構圖

（1）選定鉆芯機：確定其有效行程為 400mm，再根據鉆芯機螺桿螺紋規格，加工螺紋套筒，使之能夠與鉆芯機螺桿連接（見圖2）。

（2）將螺紋套筒與鉆桿焊接在一起，兩者軸線需重合，避免鉆坑過程中鉆桿發生偏心轉動（見圖3）。

（3）根據灌砂法要求的試坑尺寸，制備出不同直徑鉆片的鉆桿（見圖4）；

通過多名不同的試驗人員分別利用原有的工具和改造好的鉆機反復做挖掘試驗，記錄每次挖坑耗時，并進行統計分析，證明使用改造好的試坑鉆機挖掘速度會大幅提升，每個（Φ200mm×300mm）試坑挖掘時間由25min縮短為13.5min（見表2），試坑形狀相較采用原有人工挖掘更規整，對試驗人員的體力消耗也大幅降低。

表2 挖坑耗時統計

4.2 數據處理緩慢的解決方案

在灌砂法試驗記錄表（Excel）數據單元格內編制計算公式，將現場試驗所得的數據輸入記錄表后，可以自動計算結果。數據處理能力大幅提升，并能及時出具現場施工可依據的試驗結果，也可以隨時檢查數據輸入是否錯誤。與使用計算器人工計算相比較，采用自動計算表大幅度減少試驗數據的處理時間（由原來人工處理的30min 縮短為8min），且避免計算器使用過程中出現數據錄入錯誤而導致試驗結果不準確的現象（見表3）。

表3 人工處理和自動計算對比

4.3 解決質量不一的量砂間差異及標定不規范對檢測結果產生影響等問題的方案：

4.3.1 每袋量砂啟封時，對其潔凈程度、干燥情況、粒徑區間進行外觀檢查、含水率測試、過篩檢測，結合密度測定器的標定確定量砂密度及灌砂漏斗所需量砂質量，將校驗結果制成標簽并掛牌。

避免不同廠家、不同批次生產的量砂混用，為后期試驗提供及時正確有效的基礎數據。表4 是筆者公司購買的北京中交工程儀器研究所生產的灌砂法專用砂的校驗記錄牌。

表4 灌砂法專用砂校驗記錄牌

4.3.2.標定量砂密度及灌砂漏斗所需量砂質量時的注意事項

（1）組裝密度測定器時螺紋接頭擰緊后做標記，日后組裝都要在此定位。

（2）測定容砂瓶中體積時，每次校驗用水的水溫需保證恒定（允差范圍內）。

（3）測定量砂密度過程中避免震動，當量砂停流時關閉閥門要迅速。

（4）測定灌砂漏斗所需量砂質量時要在潔凈平面上進行。

標定過程要規范操作，形成的校驗記錄存檔備查（見表5），有利于量值溯源及提高現場檢測時效。

5 結語

（1）通過對檢測路基壓實系數試驗（灌砂法）中主要節點的優化，節省了灌砂法試驗時間，經驗證：試驗人員完成每200m測試6個測點所需時間由210min減少到117min，檢測效率得到明顯提高。

（2）試驗中通過采用對試驗器具的改良和利用計算機智能計算，節省大量的人力物力，解決了路基工作量大、檢測任務重的難題。特別是對于土方填量大的工程，大大提高了現場路基的施工進度。

（3）對在庫量砂逐袋標定并掛牌。按掛牌取對應的密度測定器及標定的量砂數據進行試驗，不僅提高了灌砂法試驗效率，還可以減小試驗中的系統誤差，確保檢測結果準確可靠。

表5 灌砂法密度測定器校驗記錄表