路基土工試驗(yàn)教程

1、1 路基、路基病害與路基檢測本章介紹了新建鐵路、公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范對基床、路堤、地基等的規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，以及既有線的技術(shù)規(guī)則和要求，總結(jié)了既有線路基病害與危害的類型和特征，論述了路基檢測的目的和意義，說明了路基檢測的內(nèi)容、方法和技術(shù)。1 1 新建鐵路、公路路基路基是鐵路軌道和公路路面的基礎(chǔ)，是鐵路和公路系統(tǒng)的重要組成部分，隨著速度提高，車輛的安全、舒適和平穩(wěn)性要求更高，保證新線路基在填筑時的質(zhì)量愈顯重要。經(jīng)過多年試驗(yàn)和實(shí)踐，中國鐵路根據(jù)運(yùn)輸模式、新建鐵路和改造鐵路在經(jīng)濟(jì)性和舒適性方面平衡而提出了不同的技術(shù)要求，制訂了適用于不同類型和等級的新建鐵路的路基設(shè)計(jì)壓實(shí)指標(biāo)和檢測方法，對道床、基床

2、和路堤的填料、厚度、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)都有相應(yīng)的規(guī)定。世界各國對土體壓實(shí)質(zhì)量執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)不同，因此檢測方法也各異。各國現(xiàn)行路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)有10 種以上，均是以各個國家或部門根據(jù)自己多年經(jīng)驗(yàn)累積而得的。這些壓實(shí)指標(biāo)是互相關(guān)聯(lián)的，可歸納為兩大類，即測試土的物理指標(biāo)和測試土的力學(xué)指標(biāo)。力學(xué)指標(biāo)是反映土的強(qiáng)度和變形的綜合指標(biāo) , 如地基系數(shù)、二次變形模量Ev2 等，物理指標(biāo)是為滿足力學(xué)性能的輔助指標(biāo)，如壓實(shí)系數(shù)K、孔隙率n，因此，兩種指標(biāo)應(yīng)按需要配合使用，目的是確保路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定。目前中國鐵路路基工程中對不同等級的線路和填土主要使用6 種不同壓實(shí)質(zhì)量檢測指標(biāo)，即壓實(shí)系數(shù)K、孔隙率”、相對密度Dr 、地基系數(shù)K30

3、。、動態(tài)變形模量Evd 和二次變形模量Er2 。隨著鐵路路基工程建設(shè)的發(fā)展，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的檢測技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，中國的路基技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)會進(jìn)一步發(fā)展和完善。1 1 1 新建時速160km客貨共線鐵路2005 年 4 月 25 日發(fā)布實(shí)施的鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范，適用于鐵路網(wǎng)中客貨列車共線運(yùn)行、旅客列車設(shè)計(jì)行車速度等于或小于160km h、貨物列車設(shè)計(jì)行車速度等于或小于120km L 的 I 、U 級鐵路路基的設(shè)計(jì)。該規(guī)范對基床和路堤填料及其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)提出了具體要求，對路基的工后沉降也提出了要求。1基床路基基床總厚度為2 5 m，基床表層厚度為o 6m，基床底層厚度為1 9m?；蔡盍霞捌鋲簩?shí)標(biāo)準(zhǔn)分述如下。(1)

4、 基床表層I 級鐵路應(yīng)選用A 組填料 ( 砂類土除外，填料分組參見鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范，以下同) ，當(dāng)缺乏 A 組填料時，可采用級配碎石或級配砂礫石。級鐵路應(yīng)優(yōu)先選用A 組填料，其次為B 組填料。對不符合要求的填料，應(yīng)采取土質(zhì)改良或加固措施。填料的顆粒粒徑不得大于第 1 頁150 mm?；脖韺拥膲簩?shí)控制指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)見表1 1 和表 l 2。(2) 基床底層I 級鐵路應(yīng)選用A、B 組填料，否則應(yīng)采取土質(zhì)改良或加固措施。級鐵路可選用A、B、C 組填料。當(dāng)采用 C 組填料時，在年平均降水量大于500mm地區(qū)，其塑性指數(shù)不得大于12，液限不得大于32，否則應(yīng)采取土質(zhì)改良或加固措施。填料的顆粒粒徑不應(yīng)大于2

5、00mm，或攤鋪厚度的2 3?；驳讓拥膲簩?shí)控制指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)見表1 1。2路堤路堤基床以下部位填料，宜選用A、 B、C組填料。當(dāng)采用D 組填料時，應(yīng)采取加固或土質(zhì)改良；嚴(yán)禁使用E 組填料。路堤基床以下部位填料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)見表13。3地基軟土及其他類型松軟地基上的路基應(yīng)進(jìn)行工后沉降分析。路基的工后沉降量應(yīng)滿足I 級鐵路不應(yīng)大于200n1，路橋過渡段不應(yīng)大于10cm，沉降速率均不應(yīng)大于5cm/年；級鐵路不應(yīng)大于30cm。第 2 頁2 地基系數(shù) K30 檢測路基壓實(shí)質(zhì)量控制的目的是對路基的承載能力和沉降變形進(jìn)行控制，保持線路穩(wěn)定與平順，保證列車能安全、舒適、高速運(yùn)行，而控制和檢測壓實(shí)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)、方法和設(shè)

6、備，則是保證壓實(shí)質(zhì)量的途徑和措施。平板載荷試驗(yàn)被廣泛地應(yīng)用于鐵路、公路、機(jī)場和其他工業(yè)與民用建筑工程的地基檢測中。作為一種強(qiáng)度及變形指標(biāo)，地基系數(shù)能夠直觀地表征路基剛度和承載能力。中國自大秦重載鐵路修建開始，引入地基系數(shù)K，值作為路基填料壓實(shí)質(zhì)量的檢測控制指標(biāo)，在鐵路路基施工方面得到推廣應(yīng)用。K30 平板載荷試驗(yàn)是一種檢測路基壓實(shí)質(zhì)量有效的施工現(xiàn)場試驗(yàn)方法。目前，地基系數(shù)K。已成為現(xiàn)行新建鐵路控制基床和路堤填料壓實(shí)質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。本章內(nèi)容主要包括K30的概念與發(fā)展、試驗(yàn)的適用條件和要求、試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算和試驗(yàn)儀器校驗(yàn)方法。2 1 概念與發(fā)展2 1 1地基系數(shù)K3，的概念地基

7、系數(shù)K“是表示土體表面在平面壓力作用下產(chǎn)生的可壓縮性的大小。它是用直徑為300mm的剛性承載板進(jìn)行靜壓平板載荷試驗(yàn)，取第一次加載測得的應(yīng)力位移(q-s)曲線上 s 為 1 25mm時所對應(yīng)的荷載Qs，按 K30 Qs 125 計(jì)算得出，單位是MPam。試驗(yàn)采用的承載板面積不盡相同，通常采用直徑750mm或 762mi'il的圓形載荷板。使用的載荷板直徑不同，測得的地基系數(shù)也不同，一般以載荷板直徑加注說明。例如，載荷板直徑分別為300111HI ，600mm，750mm的地基系數(shù)分別以K30，K60,K75 表示。因此， Ka30 是地基系數(shù)的一種。日本為了試驗(yàn)的省力和操作亡的方便，使用

8、 300mm直徑荷載板， 并取 K30 作為標(biāo)準(zhǔn)值， 使用其他直徑載荷板測定的地基系數(shù)，可按相關(guān)公式換算為標(biāo)準(zhǔn)K30值。2 1 2 K30 平板載荷試驗(yàn)的發(fā)展從 20 世紀(jì) 30 年代開始，美國提出壓實(shí)度指標(biāo)，即壓實(shí)系數(shù) K、相對密度 D，或孔隙率 n，至今仍然作為世界各國路基設(shè)計(jì)及施工控制的土的壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。雖然壓實(shí)度為參數(shù)的路基壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)具有擊實(shí)試驗(yàn)指導(dǎo)現(xiàn)場施工、現(xiàn)場檢測簡便等優(yōu)點(diǎn)，但是，對于高速鐵路或其他對強(qiáng)度指標(biāo)要求嚴(yán)格的情況，僅靠壓實(shí)度參數(shù)來反映填土的壓實(shí)質(zhì)量是有其局限性的。為了保證路基填土的強(qiáng)度指標(biāo)， 20 世紀(jì) 7080 年代，許多國家開始用強(qiáng)度及變形指標(biāo)作為路基填土質(zhì)量控制參

9、數(shù)，即所謂的抗力檢測法。其中包括美國的CBR(加州承載比值 ) 標(biāo)準(zhǔn)，德國、法國、奧地利和瑞士等國家的靜態(tài)變形模量Ev2 標(biāo)準(zhǔn)，日本的地基系數(shù)K3。標(biāo)準(zhǔn)等。第 26頁可見，采用強(qiáng)度及變形參數(shù)作為控制指標(biāo)是路基質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一大進(jìn)步。中國鐵路系統(tǒng)自1985 年大秦線施工引入Ks。平板載荷試驗(yàn)以來，在鐵路建設(shè)中已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用。從K30 在中國鐵路系統(tǒng)應(yīng)用的情況來看，無論是儀器設(shè)備、試驗(yàn)方法，還是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均已趨于成熟。地基系數(shù)K3。已成為新線鐵路控制基床和路堤填料壓實(shí)質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，并已正式列入鐵路路基工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)(TBl0414 2003) 和鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(TBlOOOl 一 200

10、5) 。K30 平板載荷試驗(yàn)作為一種強(qiáng)度及變形指標(biāo)，能夠直觀地表征路基剛度和承載能力。中國參照日本公路的平板載荷試驗(yàn)方法(JISAl215 1995 年修訂版 ) 和德國的平板載荷試驗(yàn)(DINl8134 1993年修訂版 ) ，并吸收近年來的科研成果和施工經(jīng)驗(yàn)，同時針對實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，制訂了K30 平板載荷試驗(yàn)方法，該方法首次正式納入鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程(TBl0102 2004) 。2 2 K30 平板載荷試驗(yàn)的適用條件和要求對乎板載荷試驗(yàn)測試值大小的影響因素很多。包括填料的性質(zhì)、級配，壓實(shí)系數(shù)、含水率、碾壓工藝、最大干密度、最佳含水量、試驗(yàn)操作方法及測試面子整度等。為了規(guī)范試驗(yàn)過程，

11、提出了平板載荷試驗(yàn)的適用條件和要求。2 21測試對象的顆粒級配K30平板載荷試驗(yàn)適用于粒徑不大于載荷板直徑1 4 的各類土和土石混合填料。由于K30的荷載板直徑只有300mm。因此對所填路基土的顆粒粒徑和級配有一定的限值，否則顆粒粒徑過大，級配不均勻，K30 的測試結(jié)果就會帶來較大的誤差，難以真實(shí)反映路基的壓實(shí)情況。根據(jù)秦沈客運(yùn)專線的經(jīng)驗(yàn)，適用于均勻地基土( 如粗、細(xì)粒土) 的地基系數(shù)K30 檢測，對于拌和較均勻的級配碎石也是符合測試要求的，而對于顆粒不均勻的碎石土，其K30 檢測就難以得出準(zhǔn)確可靠的測試結(jié)果。2 22有效測試深度K30 平板載荷試驗(yàn)的測試有效深度范圍為400 500nlm。由

12、于 K30平板載荷試驗(yàn)結(jié)果所反映的是壓板下大約15 倍壓板直徑深度范圍內(nèi)地基土性狀，因此要想真實(shí)全面地反映更深土層的情況，尚需結(jié)合其他的檢測手段進(jìn)行綜合評定。2 2 3 含水量變化的影響對于水分揮發(fā)快的均粒砂，表面結(jié)硬殼、軟化，或因其他原因表層擾動的土，平板載荷試驗(yàn)應(yīng)置于擾動帶以下進(jìn)行。影響 K30測試結(jié)果的因素很多，但含水量變化是造成K30 測試結(jié)果偶然誤差的主要因素，也就是說K30 測試結(jié)果具有時效性。一般來說，控制在最佳含水量附近施工，路基壓實(shí)系數(shù)較高，路基質(zhì)量好，基床表面剛度較大，K30 測試結(jié)果較高。但是由于受季節(jié)及天氣氣溫變化的影響，其水分的蒸發(fā)程度不同，含水量差別較大，因而含水量

13、為一變量。實(shí)踐證明，碾壓完畢后，路墓含水量高時，K30 測試結(jié)果就?。缓康蜁r，K30 測試結(jié)果就大。由于擊實(shí)土處于不飽和狀態(tài)，含水量對其力學(xué)性質(zhì)的影響很大，這就造成K30測試結(jié)果因含水量變化而離散性大、重復(fù)性差，為此，現(xiàn)場測試應(yīng)消除土體含水量變化的影響。3二次變形模量Ev2 檢測Er2 是德國、法國及歐洲其他國家一直沿用的、成熟的路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。2005 年 10 月，我國客運(yùn)專線無碴軌道鐵路路基設(shè)計(jì)開始引入Er2 作為路基壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)。二次變形模量Ev2 的檢測，是在施工現(xiàn)場通過圓形承載板和加載裝置對土路基進(jìn)行靜態(tài)平板載荷試驗(yàn)，一次加載和卸載后，再進(jìn)行二次加載，用測得的二次加載應(yīng)力一位

14、移(a-s)曲線來計(jì)算Er2 值的試驗(yàn)方法。由于土是彈塑性體，在乎板載荷試驗(yàn)中，一次加載后的卸載Q-S 曲線上， Q為零時“并不為零，即土體由于塑性的存在發(fā)生了不可恢復(fù)的殘余變形。二次加載時，由于已消除了土體的部分塑性變形，得到的二次加載a-s曲線更能反映土體的彈性變形能力。理論上，如果反復(fù)卸載、加載、再卸載、冉加載，循環(huán)下去，則土體的塑性逐漸消除，最后得到的rS-S 曲線更接近于直線，就可反映出來土體的彈性性能。但通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若循環(huán)反復(fù)進(jìn)行加一卸載試驗(yàn)需要大量的時間，給施工帶來很大的不便，而二次加載曲線與后幾次加載曲線的形狀差別較小，可以認(rèn)為二次加載曲線基本上可以反映土體自身的彈性性能。因

15、此，用測得的二次加載曲線來計(jì)算土體在力的作用下抵抗變形的能力二次變形模量Er2 ，并采用Ev2 作為路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是比較科學(xué)、合理的。本章說明了Er2 的概念與發(fā)展，基本規(guī)定，儀器設(shè)備，檢測步驟，檢測結(jié)果分析，計(jì)算和表示，并給出了應(yīng)用實(shí)例。3 1 概念與發(fā)展311 概念1 平板載荷試驗(yàn)平板載荷試驗(yàn)的白的在于測出應(yīng)力一位移曲線，并對地面的變形量與承載力的關(guān)系進(jìn)行分析計(jì)算，通過應(yīng)力一位移曲線得出變形模量Ev。在試驗(yàn)過程中，通過一圓形承載板和加載裝置對地面進(jìn)行反復(fù)依次地加載和卸載，將測得的承載板下的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力do 同與之相應(yīng)的逐個位移s 以應(yīng)力一位移曲線的形式顯示在圖表上。2變形模量 Ev土體的變形模量

16、正，值是通過一次加載或重復(fù)加載測得的應(yīng)力一位移曲線上o 3aomax。和 0.7Qomax 之間的位移割線斜率來確定的。3二次變形模量 Er2由一次加載曲線求得的變形模量值為一次變形模量，用Ev1 表示；由二次加載曲線求得的變形模量值為二次變形模量，用Ev2 表示。3 1 2 發(fā)展現(xiàn)狀在平板載荷試驗(yàn)應(yīng)用過程中，常用的加載方式有單循環(huán)靜載和二次循環(huán)靜載。單循環(huán)靜第 34頁載是按每級80kPa 加載，當(dāng)每級加載完成后，每間隔1rain讀取百分表1 次，直至兩次讀數(shù)符合沉降穩(wěn)定要求，才能轉(zhuǎn)到下一級荷載，直至試驗(yàn)最大荷載為止。二次循環(huán)靜載也是按每級80kPa 加載，分級加載到最后一級荷載的沉降穩(wěn)定后，

17、開始卸載，卸載梯度按最大荷載的o 5 或 o 25 倍逐級進(jìn)行，全部荷載卸除后，記錄其殘余變形，之后又開始另一加載循環(huán)。采用直徑為30cm的荷載板試驗(yàn)計(jì)算變形模量時，荷載一直加到沉降值達(dá)5mm或承壓板正應(yīng)力達(dá)到0 5MPa為止。為了更有效地分析土的變形性質(zhì)和承載能力，德國標(biāo)準(zhǔn)采用了二次循環(huán)靜載法，其結(jié)果采用二次變形模量Ev2 表示。 Ev2 是德國、法國及歐洲其他國家一直沿用的、成熟的路基壓實(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)，德國鐵路路基規(guī)范DS836(Ril 836) 中規(guī)定了 Ev2 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，且二次變形模量Ev2 的試驗(yàn)規(guī)程執(zhí)行德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)平板載荷試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(DINl8134)(2001年修訂版 )

18、 。中國在新發(fā)布的 客運(yùn)專線無碴軌道鐵路設(shè)計(jì)指南中采用了正。 路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。 在參照德國 平板載荷試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(DINl8134)(2001年修訂版 )的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)情況，鐵道部組織編制了中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)變形模量Er2 檢測規(guī)程 ( 試行 ) ( 鐵建設(shè) (2005)188 號 ) ，并于 2005 年10 月 29 口發(fā)布實(shí)施。3 2 基本規(guī)定l.變形模量 Er2 試驗(yàn)適用于粒徑不大于承載板直徑l 4 的各類土和土石混合填料。2變形模量 Er2 試驗(yàn)應(yīng)采用直徑300mm承載板。變形模量正。的計(jì)量單位為MPa。3 試驗(yàn)場地及環(huán)境條件應(yīng)符合下列要求：(1) 對于水分揮發(fā)快的中粗砂，表面

19、結(jié)硬殼、軟化或因其他原因表層擾動的土，變形模量正。試驗(yàn)血置于其影響以下進(jìn)行，下挖深度應(yīng)不大于承載板直徑。(2) 對于粗、細(xì)粒均質(zhì)土，宜在壓實(shí)后2 4h 內(nèi)開始檢測。(3) 測試面應(yīng)水平無坑洞。對于粗粒土或混合料填層造成的表面凹凸不平，承載板下應(yīng)鋪層厚約2 3mm的干燥中砂或石膏膩?zhàn)印?4) 試驗(yàn)時測試點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離震源。(5) 雨天或風(fēng)力大于 6 級的天氣不得進(jìn)行試驗(yàn)。4 變形模量Ev2 測試儀測量應(yīng)采用自動采集、數(shù)字顯示儀器。5. 承載板的沉降量應(yīng)采用中心單點(diǎn)測量。3 3 儀器設(shè)備1 變形模量Ev2 測試儀器應(yīng)包括承載板、反力裝置、加載裝置、荷載量測裝置及沉降量測裝置。(1) 承載板應(yīng)符合下列要求

20、：承載板直徑應(yīng)為(3004-0 2)mm，厚度應(yīng)為 (254-O 2)mm，材質(zhì)應(yīng)為Q345鋼。承載板上應(yīng)帶有水準(zhǔn)泡。承載板加工表面粗糙度Ra 不應(yīng)大于 6 3um。(2) 反力裝置的承載能力應(yīng)大于最大試驗(yàn)荷載lokN 以上。(3) 加載裝置應(yīng)符合下列要求：4 動態(tài)變形模量Evd 檢測動態(tài)變形模量Evd 能夠反映列車在高速運(yùn)行時產(chǎn)生的動應(yīng)力對路基的真實(shí)作用狀況，是高速鐵路路基填筑壓實(shí)控制的主要指標(biāo)。Evd 動態(tài)平板載荷試驗(yàn)屬于動力荷載試驗(yàn)，是一種快速、 方便檢測路基動荷載特性的承載力指標(biāo)的新試驗(yàn)方法。中國自秦沈客運(yùn)專線路基檢測中引入了動態(tài)變形模量Eva，經(jīng)過幾年的試驗(yàn)研究，在Evd 動態(tài)平板載

21、荷試驗(yàn)儀器、方法等方面取得了進(jìn)展，Evd 動態(tài)平板載荷試驗(yàn)已納入鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程(TBl0102 2004) ， Evd 已成為京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定( 上、下 ) ( 鐵建設(shè) (2004)157 號 ) 、新建時速200 250 公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定( 上、下 ) ( 鐵建設(shè) E2005)140 號 ) 和客運(yùn)專線無碴軌道鐵路設(shè)計(jì)指南( 鐵建設(shè)函 2005)754號 ) 中控制基床表層和過渡段路基壓實(shí)質(zhì)量的指標(biāo)之一。本章說明了動態(tài)變形模量Eva 的概念，國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，特點(diǎn)與應(yīng)用前景，儀器設(shè)備，檢測方法, 并給出了應(yīng)用實(shí)例。41概述4 1. 1動態(tài)變形模量Evd動態(tài)變形模量Ev

22、d(dynamicmodulus 。 fdeformation)是指土體在一定大小的豎向沖擊力Fx 和沖擊時間乙作用下抵抗變形能力的參數(shù)。它由平板壓力公式 (4-1) 計(jì)算得出。Evj 15·r ·d s (4 1)式中 Eva 動態(tài)變形模量(MPa)，計(jì)算至o 1MPa；r 圓形剛性荷載板的半徑(mm)；q 荷載板下的最大動應(yīng)力，它是通過在剛性基礎(chǔ)上，由最大沖擊力F， 707 kN 且沖擊時間r ， 17ms時標(biāo)定得到的，即，O 1MPa；S- 實(shí)測荷載板下沉幅值(mm)；1 5荷載板形狀影響系數(shù)。實(shí)測結(jié)果可采用下列簡化公式：4 1 2 召。動態(tài)平板載荷試驗(yàn)法Evd動態(tài)平

23、板載荷試驗(yàn)法是采用正。動態(tài)變形模量測試儀來監(jiān)控檢測土體壓實(shí)指標(biāo)動態(tài)變形模量Evj值的試驗(yàn)方法。4 1 3 z，d 動態(tài)變形模量測試儀及工作原理Evd動態(tài)變形模量測試儀也稱輕型落錘儀( 德文縮寫：LFG)，是用于檢測土體壓實(shí)指標(biāo)動第 43頁態(tài)變形模量正。的專用儀器，見圖41。該儀器的工作原理是利用落錘從一定高度自由下落在彈簧阻尼裝置上，產(chǎn)生的瞬間沖擊荷載，通過彈簧阻尼裝置及傳力系統(tǒng)傳遞給300 1nill的承載板，在承載板下面( 即測試面) 產(chǎn)生符合列車高速運(yùn)行時對路基面所產(chǎn)生的動應(yīng)力，使承載板發(fā)生沉陷；，即阻尼振動的振幅，由沉陷測定儀采集記錄下來。沉陷值5 越大，則被測點(diǎn)的承載力越?。环粗?，越

24、大。4 14適用范圍適用于粒徑不大干荷載板直徑14 的各類土、土石混合填料、非膠結(jié)路面基層及改良土，測試有效深度范圍為400-500 into。廣泛適用于鐵路、公路、機(jī)場、城市交通、港口、碼頭及工業(yè)與民用建筑的地基施工質(zhì)量監(jiān)控測試，也能適用于場地狹小的困難地段的檢測，如路橋 ( 涵) 過渡段及路肩的檢測。4 2 發(fā)展現(xiàn)狀鐵路路基壓實(shí)質(zhì)量是保持線路穩(wěn)定與平順、保證列車能高速、安全運(yùn)行的重要條件，而控制和檢測壓實(shí)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)、方法和設(shè)備，則是保證壓實(shí)質(zhì)量的重要措施。幾十年來，國內(nèi)外均沿用20 世紀(jì) 30 年代美國提出的壓實(shí)度指標(biāo)，即壓實(shí)系數(shù)K、相對密度Dnr，或孔隙率n 作為路基設(shè)計(jì)及施工控制的土的

25、壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。雖然壓實(shí)度為參數(shù)的路基壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)具有擊實(shí)試驗(yàn)指導(dǎo)現(xiàn)場施工、現(xiàn)場檢測簡便等優(yōu)點(diǎn)，但是，對于高速鐵路或其他對強(qiáng)度指標(biāo)要求嚴(yán)格的情況，僅靠壓實(shí)度參數(shù)來反映填土的壓實(shí)質(zhì)量是有其局限性的。為了保證路基填土的強(qiáng)度指標(biāo)，20 世紀(jì) 70 一 80 年代，許多國家開始用強(qiáng)度及變形指標(biāo)作為路基填土質(zhì)量控制參數(shù)，即所謂的“抗力檢測法”，其中包括美國的CBR(加州承載比值 ) 標(biāo)準(zhǔn)，德國、法國、奧地利和瑞士等國家的靜態(tài)變形模量Ev2 標(biāo)準(zhǔn)，日本的地基系數(shù)K”標(biāo)準(zhǔn)等。中國自大秦重載鐵路修建時開始引用日本的K3，標(biāo)準(zhǔn)，并且在新建干線鐵路和準(zhǔn)高速鐵路上得以應(yīng)用?？梢?，采用強(qiáng)度及變形參數(shù)作為控制指標(biāo)是路基質(zhì)

26、量標(biāo)準(zhǔn)的一大進(jìn)步。然而，無論是靜態(tài)變形模量Ev2，還是地基系數(shù)K30，兩者都是采用300mm的靜態(tài)平板載荷試驗(yàn)儀，通過在壓實(shí)填土表面做靜壓試驗(yàn)測得的，二者反映的都是靜態(tài)應(yīng)力作用下土體抵抗變形的能力。眾所周知，鐵路路基承受的是列車運(yùn)行時產(chǎn)生的動荷載，特別是高速列車的出現(xiàn)，動荷載產(chǎn)生的沖擊力對路基的影響更為明顯，而K30 和 Ev2 值都不能完全反映列車在高速運(yùn)行條件下所產(chǎn)生的動應(yīng)力對路基的真實(shí)作用狀況。為了解決上述問題，20 世紀(jì) 90 年代德國開始采用新型路基壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)變形模量Evd 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的最大特點(diǎn)是能夠反映列車在高速運(yùn)行時產(chǎn)生的動應(yīng)力對路基的真實(shí)作用狀況。動態(tài)變形模量Eva 從

27、研究開發(fā)至今已有20 多年的歷史 ( 圖小 2) ，在歐洲普遍采用的是具有代表性的德國HMP公司開發(fā)的LFG系列正。動態(tài)變形模量測試儀，也稱輕型落錘儀(LFG) 。動態(tài)變形模量Evd 標(biāo)準(zhǔn)在德國首先應(yīng)用于道路建設(shè)、路面墊層、管道和電纜溝槽、5承載比 (CBR)試驗(yàn)CBR(CaliforniaBeatingRatio)又稱加州承載比，由美國加利福尼亞州公路局首先提出。CBR用于評定路基土和路面材料強(qiáng)度，在美國和日本被廣泛應(yīng)用于路基和路面設(shè)計(jì)。隨著中國高速公路和鐵路建設(shè)的發(fā)展，CBR試驗(yàn)被納入公路22 試驗(yàn)規(guī)程， CBR指標(biāo)被列入公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范、公路路基施工技術(shù)規(guī)范，作為路基填料選擇的依據(jù)。鐵路

28、路基施工也采用CBR作為評價填料強(qiáng)度的輔助指標(biāo)。CBR試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是能測出填料浸水后的強(qiáng)度，這一指標(biāo)對鐵路浸水路基非常重要。CBR用于評定基層、墊層或土基材料的相對承載力，是一項(xiàng)反映土體抗垂直位移和抵抗局部荷載壓人變形能力的指標(biāo)，當(dāng)接近極限平衡條件時，兼可反映土體抗剪強(qiáng)度的相對量度。CBR值反映了路基填筑材料的水穩(wěn)性和整體強(qiáng)度的大小，不僅可與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)作為無機(jī)結(jié)合材料的試驗(yàn)補(bǔ)充，還解決了砂和砂礫類建筑材料因顆粒間沒有粘聚力，無法利用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的問題。根據(jù)試驗(yàn)的不同目的和對象及試驗(yàn)的場所和方法、試樣的狀態(tài)等，承載比試驗(yàn)分為室內(nèi)CBR和現(xiàn)場 CBR試驗(yàn)，現(xiàn)場CBR試驗(yàn)又分為現(xiàn)場CBR

29、試驗(yàn)和落球儀快速測定現(xiàn)場CBR試驗(yàn)。5 1 室內(nèi) CBR試驗(yàn)5 11 試驗(yàn)原理所謂 CBR值，就是試料貫入量達(dá)到25mm或 511111 時的單位壓力與標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時標(biāo)準(zhǔn)荷載強(qiáng)度(7MPa 或 105MPa)的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。試驗(yàn)中，材料的承載能力越高，對其壓入一定貫入深度所需施加的荷載越大。試驗(yàn)時，按路基施工時的最佳含水量及壓實(shí)度要求在試桶內(nèi)制備試件，加載前飽水4 晝夜，其目的是預(yù)測路基土或基層填料在使用期間經(jīng)歷氣象變化和長年運(yùn)行過程中的含水量變化以及在最惡劣情況下來推算CBR值，浸泡 96h 的試樣飽和度一般可達(dá)75一 95。在浸水過程中及貫入試驗(yàn)時，在試件頂面施加荷載板，使

30、試樣在受到一定約束力的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，其目的是模擬路面結(jié)構(gòu)施加于試樣表面的上部壓力，各國統(tǒng)一采用施加50N 荷載的標(biāo)準(zhǔn)方法。室內(nèi) CBR試驗(yàn)適用于在規(guī)定的試桶內(nèi)制件后，對各種土和路面基層、底基層材料所進(jìn)行的試驗(yàn)，試樣的最大粒徑宜控制在25Him 以內(nèi)，最大不得超過 3xmm。一般以擊實(shí)簡內(nèi)徑的l 4 一 l 3 作為粒徑成分的最大尺寸界限，即對 150mm內(nèi)徑的擊實(shí)筒， 容許最大粒徑為381lniil。為保匪試驗(yàn)材料CBR值的準(zhǔn)確，試驗(yàn)時應(yīng)盡量避免CBR試筒中的大顆粒，因?yàn)樾拚牟牧蠌?qiáng)度特性會明顯不同于原始材料，另外含有大顆粒材料的試驗(yàn)結(jié)果較細(xì)顆粒的材料試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性差。第 52頁5 1 2

31、主要儀器設(shè)備室內(nèi) CBR試驗(yàn)儀見圖5l 。1圓孔篩：孔徑 38mm、25mitt、20nun 和 5mill篩各一個。2試筒：內(nèi)徑 152ram、高 170mm的金屬圓筒；套環(huán)，高 50mm；筒內(nèi)墊塊，直徑151mm、高 50mm；夯擊底板，同擊實(shí)儀。試筒的型式和主要尺寸如圖 5 2 所示。3夯錘和導(dǎo)管：夯錘的底面直徑50mm，總質(zhì)量4.5kg 。夯錘在導(dǎo)管內(nèi)的總行程為450mm，夯錘的形式和尺寸與重型擊實(shí)試驗(yàn)法所用的相同。4貫人桿：端面直徑 50mm、長約 100mm的金屬桿。5路面材料強(qiáng)度儀或其他荷載裝置：重力小于50kN，能調(diào)節(jié)貫人速度至 l mm rain ，可采用測力計(jì)式，如圖5 3

32、 所示。6 落錘式彎沉儀檢測道路和鐵路道床表面在荷載作用下的彎沉值可以反映路面的結(jié)構(gòu)承載能力，是反映路面和道床強(qiáng)度最主要的力學(xué)指標(biāo)，也是應(yīng)用最廣泛的路面結(jié)構(gòu)狀況評價指標(biāo)之一，其檢測技術(shù)的發(fā)展十分迅速。落錘式彎沉儀(FallingWeight Deflectmeter，簡稱 FWD)是目前世界上公隊(duì)的先進(jìn)的路面承載能力動載評定設(shè)備，在60 多個國家和地區(qū)先后得到應(yīng)用，特別是在美國和西歐等發(fā)達(dá)國家，F(xiàn)WD應(yīng)用十分廣泛，取得了非常顯著的效果。落錘式彎沉儀也是目前國際上最先進(jìn)的路面強(qiáng)度無損檢測沒備之一，其應(yīng)用已步入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的階段。美國聯(lián)邦公路局經(jīng)過分析對比，確認(rèn)FWD是較好的路面承載能力評定設(shè)備

33、，并選定FWD為路面強(qiáng)度評定的重要設(shè)備。殼牌石油公司已正式將FWD列入殼牌路面設(shè)計(jì)手冊。中國從20 世紀(jì)80 年代中后期起引進(jìn)FWD，結(jié)合其開發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)行了大量的理論和試驗(yàn)研究工作，并已取得了一些重要成果。路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程 (J 丁 J 059 95) 已將 FWD列為彎沉檢測設(shè)備。由于彎沉值能夠體現(xiàn)路面強(qiáng)度現(xiàn)時的實(shí)際狀況，因此除被用來評價道路的使用狀況，同時還是新建和改建道路的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，例如在我國設(shè)計(jì)規(guī)范中所使用的容許彎沉和設(shè)計(jì)彎沉。落錘式路基動剛度檢測，由于在鐵路既有線上基床系數(shù)K的測試不容易實(shí)現(xiàn)，可以采用落錘式動剛度檢測儀測試基床動剛度，并可換算相應(yīng)的 K：。值，以此評價路基基

34、床質(zhì)量。該方法需要扒開部分道碴進(jìn)行操作，影響行車，普查或有資料可查時，也可在路肩測試，然后推測軌道下方的相應(yīng)參數(shù)。6 1 發(fā)展概況彎沉 (Deflection)是表征路基路面整體強(qiáng)度的重要參數(shù)，雖然世界各國測試彎沉的設(shè)備和方法有所不同，但對彎沉基本概念的理解是相同的。彎沉定義一般是指路基或路面表面在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)車的荷載作用下輪隙位置產(chǎn)生的總垂直變形值( 總彎沉 ) 或垂直回彈變形值( 回彈彎沉) ，單位為o01mm。針對落錘式彎沉儀而言，彎沉是指與落錘重量對應(yīng)的當(dāng)量荷載使路表面產(chǎn)生的瞬時變形值。彎沉測試技術(shù)是隨著機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和激光等高科技技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步的，其發(fā)展階段大致體現(xiàn)為3 種測試方式

35、：初級人工測試、機(jī)械自動化測試和高速激光測試。彎沉測試的目的是要測出路面在荷載作用下的垂直位移量，最初是利用橫梁、百分表等簡單工具，通過杠桿原理進(jìn)行人工測量，這就是我們所熟知的貝克曼梁測試儀。這種儀器構(gòu)造及操作簡單，成本低廉，容易掌握和普及，但存在的問題是測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性受人為及其他因素影響較大，測試效率低，當(dāng)測試路段距離較長，采樣點(diǎn)數(shù)量比較大時，難以滿足要求。為了降低人的勞動強(qiáng)度，提高測試效率，增加采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，英、法等國在計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，于 20 世紀(jì) 70 年代研制出了自動彎沉儀。自動彎沉儀以位移傳感器第 64頁自動測試彎沉信號，通過設(shè)置程序控制測量機(jī)構(gòu)自動運(yùn)作，減輕了

36、操作人員的勞動強(qiáng)度。靜態(tài)彎沉在結(jié)構(gòu)沒計(jì)和性能評價上存在著局限性，隨著對高等級公路路基路面結(jié)構(gòu)和材料的不斷研究，為得到更符合實(shí)際結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)特性的動態(tài)彎沉，又開發(fā)出落錘式彎沉儀(FWD)。其動態(tài)彎沉測試信號通過位移傳感器采集，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高?；诔休d板實(shí)驗(yàn)原理所測得的動態(tài)彎沉及彎沉盆數(shù)據(jù)推算回彈模量是目前正待研究的課題，一些設(shè)計(jì)單位已經(jīng)將FWD的動態(tài)彎沉數(shù)據(jù)應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)過程中。落錘式彎沉儀產(chǎn)生于20 世紀(jì) 70 年代初，與傳統(tǒng)的貝克曼梁(Benkelman Beam，簡稱 BB)測量彎沉相比，具有使用方便、快速、安全、節(jié)省人力、模擬實(shí)際情況施加動態(tài)荷載，且適于長距離、連續(xù)測定的特點(diǎn)。FWD是

37、一種脈沖動力彎沉儀，它模擬車輛荷載對路面或道床施加的瞬時沖擊作用，得到路面或道床瞬時變形情況，其測量結(jié)果比較精確，信息量大。一般可記錄三方面數(shù)據(jù)：1 落錘點(diǎn)最大彎沉；2 以落錘點(diǎn)為中心的彎沉盆曲線；3 彎沉盆各點(diǎn)隨時間變化的時程曲線。FWD作為一種動態(tài)檢測設(shè)備，同路面實(shí)際的工作狀態(tài)和材料的性質(zhì)是相符的，這對于研究路面的動態(tài)特性是有潛力的。路面在動力荷載和靜力荷載作用下的反應(yīng)是不同的，而目前國內(nèi)的設(shè)計(jì)方法采用的是靜態(tài)設(shè)計(jì)理論，國外不少設(shè)計(jì)方法已采用動態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)。為使國內(nèi)路基路面的設(shè)計(jì)參數(shù)更能反映路基結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，與國際接軌，有必要系統(tǒng)地進(jìn)行材料動態(tài)性能的研究和動態(tài)參數(shù)試驗(yàn)。利用FWD實(shí)測彎

38、沉盆來反算路面結(jié)構(gòu)各層的動態(tài)模量，是研究、試驗(yàn)的重要手段和途徑。落錘式彎沉儀能夠模擬行車荷載作用，檢測路面的動態(tài)彎沉盆。隨著研究工作的不斷深入，F(xiàn)WD的測試與應(yīng)用將逐步標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，以取代現(xiàn)行的貝克曼梁式彎沉儀，從而適應(yīng)道面結(jié)構(gòu)快速、非破損評定的需要。近年來，彎沉量測及分析技術(shù)發(fā)展很快，從單一的最大彎沉值發(fā)展到對整個彎沉盆的分析，從靜態(tài)荷載下的彎沉發(fā)展到對模擬行車輪載下彎沉的研究。6 2 路面結(jié)構(gòu)承載能力測定方法及其評價在彎沉量測技術(shù)的發(fā)展過程中，彎沉測定儀器一直是研究的重點(diǎn)，因?yàn)樗?guī)定著對應(yīng)的測試水平與分析技術(shù)。不同類型的設(shè)備，測試彎沉的技術(shù)原理不同，并具有不同的工作方式。按測試技術(shù)原理可

39、分為靜態(tài)彎沉和動態(tài)彎沉兩大類，按工作測試方式可分為固定采樣和行駛采樣兩類。6 2 1 貝克曼梁彎沉儀這類設(shè)備屬于固定采樣、靜態(tài)彎沉類，其使用時間最早，范圍最廣，技術(shù)要求最簡單。貝克曼梁是通過簡單的杠桿原理進(jìn)行工作的，以支撐在表架上的百分表讀取測試粱后臂端點(diǎn)的位移，進(jìn)而推算出前臂端點(diǎn)所測出的輪隙處回彈彎沉，測得結(jié)果僅為單側(cè)或雙側(cè)測點(diǎn)靜態(tài)彎沉的最大峰值。公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程規(guī)定了貝克曼梁測試的技術(shù)條件和操作規(guī)程。貝克曼梁測試的主要儀器包括標(biāo)準(zhǔn)車，貝克曼梁( 圖 6 1) 、百分表、表架和溫度計(jì)等。國7 地質(zhì)雷達(dá)探測地質(zhì)雷達(dá) (GroundPenetratingRadar，簡稱 GPR，也稱探地

40、雷達(dá) ) 是淺層地球物理勘探的一種重要工具，是一種高分辨探測技術(shù)。近年來，隨著高頻微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法水平的不斷提高，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)得到了長足地進(jìn)步。目前，地質(zhì)雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)和領(lǐng)域，包括鐵道與道路工程、地質(zhì)工程與巖iT_ 程勘察、建筑工程、隧道工程、采礦工程、水利水電工程、管線工程、環(huán)境工程、考古等。近年來，國內(nèi)外的探測實(shí)踐證明，地質(zhì)雷達(dá)也非常適用于層狀結(jié)構(gòu)的路基檢測，既可用于新線路基檢測，也適用于既有線路基檢測。由于其具有無損、快速、精度高等突出優(yōu)點(diǎn)，在路基檢測中用途廣泛，工程應(yīng)用已取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，進(jìn)一步應(yīng)用前景廣闊。本章主要內(nèi)容包括地質(zhì)雷達(dá)檢測路基的技術(shù)發(fā)展、原

41、理、功能和現(xiàn)場實(shí)施，以及電磁波在路墓各層介質(zhì)中的傳播特性，路基各層介質(zhì)的雷達(dá)圖像特征。以單道雷達(dá)波形為基礎(chǔ)，說明路基結(jié)構(gòu)界面的提取方法，研究道碴陷槽、翻漿冒泥病害的雷達(dá)圖像特征和識別方法，并給出地質(zhì)雷達(dá)檢測鐵路路基病害的實(shí)例和應(yīng)用方法。7 1地質(zhì)雷達(dá)探測路ti技術(shù)的發(fā)展1904年，德國人Htilsmeyer首先用電磁波發(fā)現(xiàn)地表金屬物體。1926 年， Hulsenbeck注意到電磁波會在不同介電常數(shù)的媒質(zhì)界面產(chǎn)生反射這一事實(shí)，首先提出了用脈沖技術(shù)確定地下目標(biāo)的位置，其后50 年，用脈沖技術(shù)探測地下目標(biāo)得到了迅速發(fā)展。20 世紀(jì)70 年代以來， 高速脈沖形成技術(shù)，取樣接收技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)

42、用，使電磁波探測地下目標(biāo)迅速發(fā)展。地質(zhì)雷達(dá)探測路基技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了試驗(yàn)研究和初步實(shí)用化的過程。7 11 鐵路路基20 世紀(jì)70 年代末，美國地球物理勘探公司(GeophysicalSurveySystems，Inc 簡稱GS S1)為試驗(yàn)其SIR 系列產(chǎn)品探測鐵路的適用性和效果，首先開始了地質(zhì)雷達(dá)探測鐵路的實(shí)踐。探測結(jié)果不但給出沿鐵路縱向路基結(jié)構(gòu)剖面，而且識別出道碴下砂層中水流的位置和狀態(tài)。19841985 年，該公司為試驗(yàn)其SIR-8型地質(zhì)雷達(dá)的性能，進(jìn)行了鐵路路橋過渡段等復(fù)雜結(jié)構(gòu)路基檢測，實(shí)踐證明，探測效果良好，GPR探測鐵路有無損、快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)，有發(fā)展?jié)摿?。作為世界上最早研制生產(chǎn)

43、和目前少數(shù)幾個生產(chǎn)商用地質(zhì)雷達(dá)的廠家之一，SIR 系列產(chǎn)品一直是地質(zhì)雷達(dá)的主導(dǎo)產(chǎn)品，特別在鐵路、公路，橋梁交通線檢測中占有絕對優(yōu)勢，其最新型SIR20 型地質(zhì)雷達(dá)代表新一代地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)展趨勢，掃描速率高達(dá)每秒800 次。認(rèn)識到地質(zhì)雷達(dá)檢測鐵路具有一系列優(yōu)點(diǎn)，20 世紀(jì)90 年代末，世界上許多重要的工業(yè)化國家開始進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)和研究工作。1美國第 75頁美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)(University。 f Nebraska)用車載 SIR 10B 地質(zhì)雷達(dá)試驗(yàn)了100MHz、400MHz和 900MHz三種頻率天線的探測效果，試驗(yàn)了GPR探測結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好和曾受水流侵蝕、沖刷的路基結(jié)構(gòu)，證明能給出準(zhǔn)確的路

44、基結(jié)構(gòu)分層，能給出路基內(nèi)異常點(diǎn)的位置。美國 CarnegieMellon大學(xué)研究了一種評估鐵路線路質(zhì)量的自動化分類方法，對道碴面以下結(jié)構(gòu)狀態(tài)主要采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測，將地質(zhì)雷達(dá)安裝在運(yùn)行速度為lms 的軌道平板車上，檢測結(jié)果將道床分為好、差和不清楚三種情況，綜合激光掃描得出的道床表面狀況( 主要是軌枕狀況 ) ，自動對線路狀態(tài)進(jìn)行評估。美國 Selig公司采用裝備在軌道車上的地質(zhì)雷達(dá)正在進(jìn)行檢測道床狀況( 包括道碴臟污率和含水量) 的試驗(yàn)，還用地質(zhì)雷達(dá)檢測出發(fā)生下沉的區(qū)段。2英國(1) 英國愛丁堡大學(xué)(University。(Edinburgh)進(jìn)行廠雷達(dá)評估道床狀態(tài)的模擬試驗(yàn)。首先，用廢棄道

45、碴 (4m) 、混合道碴 (2 9m)和新道碴(3 8m)分段堆成厚335mm、總長 107m的道床，下有砂墊層，上鋪標(biāo)準(zhǔn)軌道，然后，人力拖動裝備雷達(dá)的簡易拖車進(jìn)行檢測。為模擬道碴在自然氣候條件下的工作狀態(tài)，將試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭糜谑彝?。結(jié)果顯示，地質(zhì)雷達(dá)不但能識別路基界面，而且能識別道碴損壞和臟污的程度，清晰地區(qū)分出混碴、復(fù)合道碴和清碴。試驗(yàn)的另一項(xiàng)內(nèi)容是評價 500MHz和 900MHz兩種頻率天線檢測道床的適用性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 500MHz天線的探測效果更理想。試驗(yàn)還表明，當(dāng) GPR天線與鋼軌之間距離大于50nlnl時，不會對檢測結(jié)果產(chǎn)生不利影響，混凝土軌枕內(nèi)的鋼筋對雷達(dá)檢測也無影響。其他結(jié)論還有，

46、電磁波傳播速度降低則表明道碴中含水率的增加，道碴中小于14mm的細(xì)顆粒的增加則表明介電常數(shù)增加。(2)PaulGrainger參與了ScottWilsonPavementEngineering有限公司(SWPE)與諾丁漢大學(xué)為研究鐵路軌道所進(jìn)行的合作。SWPE最近的研究表明，決定軌道質(zhì)量的最主要影響因素是軌下結(jié)構(gòu)的變化情況，尤其是道碴的狀況和其下臥各層的剛度特性。為準(zhǔn)確探測出道床的狀況，采用了3 種新的檢測技術(shù)，分別是地質(zhì)雷達(dá)、道床取樣和彎沉試驗(yàn)(The FallingWeightDeflectometer， FWD)。地質(zhì)雷達(dá)主要用來確定鐵路路基各層不同材料之間的界面，給出道碴的臟污區(qū)段的位

47、置和范圍及道碴囊的位置和范圍，給出路基結(jié)構(gòu)的連續(xù)剖面信息。(3) 劍橋大學(xué)的一個二人小組在 Aperio 公司的支持下應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對斯文頓至格洛斯特之間的雙線鐵路進(jìn)行了檢測，主要是對曾經(jīng)出現(xiàn)問題的區(qū)段進(jìn)行檢測，以確定道碴的厚度及滑坡的位置和范圍，此外還用地質(zhì)雷達(dá)來確定道碴臟污的區(qū)段和路基中含水量增加的區(qū)段。(4) 英國 IMC地球物理有限公司采用手推式軌行地質(zhì)雷達(dá)檢測裝置，從1998 年到現(xiàn)在已檢測了350km的英國鐵路，檢測速度為1 mile h，檢測結(jié)果能夠提供：道床連續(xù)剖面，區(qū)別道床良好和需維修或應(yīng)進(jìn)一步調(diào)查段，道碴臟污率，道碴清篩前后質(zhì)量指標(biāo)。3瑞士1997 年夏，瑞士聯(lián)邦材料測試研究

48、實(shí)驗(yàn)室受瑞士聯(lián)邦鐵路(SBB) 的委托，對3 條鐵路總共15 1 km 長的線路進(jìn)行車載式地質(zhì)雷達(dá)檢測，檢測總的目的是評價地質(zhì)雷達(dá)檢測鐵路的優(yōu)點(diǎn)和不足，具體目標(biāo)是探測道床厚度和確定基床翻冒的區(qū)段。為了驗(yàn)證雷達(dá)探測結(jié)果和與傳統(tǒng)挖探方法進(jìn)行比較，SBB按常規(guī)方法挖了77 個點(diǎn)，另外，根據(jù)雷達(dá)探測結(jié)果有選擇地挖了41 個點(diǎn)。結(jié)果證明，雷達(dá)探測結(jié)果提供的道床厚度與挖探結(jié)果之間的誤差在4cm以內(nèi)。挖探出的19 段基床翻冒區(qū)，雷達(dá)檢測確定出其中的12 段；其余7段有 2 段雷達(dá)判斷為可能翻冒段；另58 動力觸探試驗(yàn)動力觸探試驗(yàn) (DynamicPenetrationTest，簡稱 DPT)是以用一定質(zhì)量的穿心錘和一定的自由落距，將一定規(guī)格的圓錐形實(shí)心探頭貫人土中一定深度并測記貫人過程中錘擊數(shù)的測試方法。動力觸探具有設(shè)備簡單、測試方便，精度較好、工效較高、適應(yīng)性廣等