1、京廣線提速路基穩定性檢測報告京廣線提速路基穩定性檢測報告 中國鐵路工程總公司一九九八年一月目  錄一、前言 2二、工點選擇 2三、檢測方法及原理 2四、檢測檢測設備和野外工作方法 4五、檢測結果與初步分析 5六、結論 12七、結束語 13圖（1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7）附圖（01、02、03、04、05、06、07、08）附彩色成果圖（03、04）一、前言   1.1、 在我國，鐵路承擔著絕大部分關系到國計民生運輸任務，隨著社會經濟的發展

2、和人民生活水平的日益提高，國內對運輸的需求不斷增長，運輸市場競爭加劇，實際上鐵路發展滯后已經成為國民經濟進一步發展的“瓶頸”，提高鐵路行車速度，以適應國民經濟的迅猛發展，滿足人民對時效要求勢在必行。在列車提速運行的新荷載作用下，路基能否繼續保持穩定，不產生任何危及正常運行的變形，首先要了解路基的受力條件，尤需對提速的干線路基穩定性進行檢測。在額定軸重條件下，列車速度與路基穩定性有密切關系，干線提速后，動荷載增加，既有線原處于穩定的路基在新荷載作用下，要發生新的變形，大多數路基經過一定時間適應后，將逐漸趨于穩定，但部分軟弱路基將發生變形，在新的動力荷載的作用于下，產生不均勻沉降，局部路基沉降量大

3、，道碴可能楔入基床內，容易形成道碴槽、道碴囊等病害，進而導致路基面下陷、邊坡坍滑、翻漿冒泥等病害，成為事故隱患，危及行車安全，同進養護維修費用加大。      1.2 為確保火車提速后列車安全運營，中國鐵路工程總公司承擔了干線提速后路基穩定性檢測方法實驗和研究，目的是通過實驗選出一組適合經濟、快速檢測路基穩定性的有效方法，檢測出路基病害存在與否，提速后路基能否繼續保持良好狀態，詳細了解現有基床現狀。并在此基礎上，評估既有線路路基質量，提出治理建議。二、工點選擇     

4、60;2.1 在鄭州鐵路局武漢鐵路分局廣水工務段、漯河工務段的密切配合下，對京廣線既有線下行路基漯河駐馬店K855+000K857+000段路基下沉地段，廣水孝感K1116+500K1119+500段翻漿冒泥病害段的路基基床進行檢測試驗。   2.2 駐馬店漯河工點K855+000857+000段，路基現狀為路堤寬約8米，其中道碴厚0.81.1米、邊坡長3.00.6米，路堤填土為粘性土。據調查，此地段在七十年代遭受水庫潰壩，將鐵路沖毀，經緊急搶修后恢復通車。路堤填土為粘性土，由于未經很好壓實，在列車與路堤自重動荷載作用下路基發生沉降，后期壓縮沉

5、降在短時間難以完成，路堤沉降量較大，在大里程一側，部分地段采用石灰樁加固。檢測的目的是對現有路基質量進行評價，并對加固與未加固的地段進行對比，提出加固后路基質量狀況。   2.3 廣水孝感工點K1116+500K1119+500段，路基現狀為低路堤，其表面與地表持平，路堤的下行路肩建有一深0.5米排水溝，上行路肩為鄉間公路，表面為碎石所覆蓋。路基道碴厚0.40.8米。路基基床為粘性土，地下水豐富，其下約4.0米處存在粘土隔水層，基床排水不暢。由于基床土被降雨或地下水軟化后，基床土質量差，在列車動荷載作用于下，造成路基下沉，泥漿通過道碴孔隙被抽吸到道床表面

6、伴生成道碴囊等病害，翻漿冒泥的存在不僅降低道碴層的彈性，而且會加劇路基沉降，并使相鄰的路肩產生不均勻的形變，成為路基病害段。三、檢測方法及原理   在既有線上檢測工作要求安全、無損、原位、快捷：   3.1.1 采用新技術以綜合物探彈性波理論為主，采用瑞雷波法和塊體基礎振動測試為主，輔以電法。   3.1.2 利用傳統方法輕型動力觸探N10、荷載板K30、孔內剪切波測井、重型動力觸探N63.5剪切波測井、土工試驗等對新技術檢測成果進行驗證。   3.2.1

7、 瑞雷波沿地面表層傳播，表層的厚度約為一個波長，因此，同一波長的瑞雷波的傳播特性反映了地質條件在水平方向的變化情況，不同波長的瑞雷波的傳播特性反映著不同深度的地質情況。采用瑞雷波是基于土體中的礦物成分、結構、密度、孔隙度等是決定瑞雷傳播速度的主要因素，土體中含水量的大小，使得土體的物理力學性質有較大變化，因此土體中含水飽和度對瑞雷波VR值影響較大，各層次地基土和物理力學性質不同，瑞雷波在土層的傳播速度就有差異，土質疏松，孔隙比大，比重小的土層，波速度值VR就小，反之VR就大，參照其它有關指標，與巖土各項物理力學指標采用一元回歸方程，建立相關關系。瑞雷波產生是在地表產生一瞬時沖擊力，產

8、生一定頻率范圍的瑞雷波，不同頻率的瑞雷波疊加在一起，以脈沖形式向前傳播，瞬態法記錄的信號要經過頻譜分析相位譜分析，把各個頻率的瑞雷波分離開來，從而得到一條VRf曲線、或VRlR曲線，瑞雷波勘探采用縱觀測系統即激振點和檢波器排列在一條直線上。   3.2.2 塊體基礎振動測試是通過對塊體給基礎體系加一外力，使基礎體系產生振動，通過對塊體基礎體系振動的測試，得到該基礎體系和振動頻率、振動的振幅值A和振動的加速度等，通過計算提供基礎體系剛度系數和承載力等。   3.2.3 基床土強度與填土的密實度、含水量、土類等因素有關

9、，在實際檢測中，取得這些參數來確定其強度是相當困難的，K30試驗通過大秦線的推廣應用，普遍認為在一定條件下用它來測定土的強度、控制填土密實度、強度是有效和方便的。   3.2.4 輕型動力觸探N10可確定基床土表層的承載力，而且能確定某一深度處土的強度。   3.2.5 孔內剪切波測井、重型動力觸探N63.5剪切波測井，利用剪切波所取得不同深度橫波成果，與所取相應不同深度的瑞雷波進行對比驗證，提高資料的可靠性。具體檢測工作程序如下圖：   3.3 利用瑞雷波法測試得到瑞雷波波

10、速，與部分檢層法所得橫波波速進行對比驗證，對比后瑞雷波與輕型動力觸探、承載力等建立相關關系，再利用國家“八五”科技攻關項目，鐵道部科學研究院的高速鐵路路基設計技術條件研究成果與列車的運行速度建立相對應的關系，提出既有路基的質量。四、檢測儀器設備和野外工作方法   4.1 所采用的儀器設備   1 電法儀；   2 水電部SWS-1型瑞雷波儀；    3 三分量電纜；     4

11、 荷載板試驗（K30）設備；   5 北京東方振動噪聲研究所生產INV-306數據采集分析系統、891-1磁電式拾振器及激振系統。   4.2此次工作各種方法所投入的工作量大小取決于其有效性和合理性。外業工作于1997年12月1日開始至1997年12月31日結束，完成檢測既有線路長5KM，完成各項工作量如表1： 4.3 此次檢測工作著重在京廣線既有線下行路基基床進行，部分電法工作在路基道碴鋼軌邊、路基道碴邊路肩上進行。具體位置詳見提速路基穩定性檢測平面布置圖（圖01、圖02）。 

12、60; 4.4 有關試驗的幾點說明：   1 由于具體條件的限制，部分K30試驗各級荷載下，土體沉降穩定時間不足，荷載板一面為道床荷載，一面為無側限邊坡，上述諸情況都將使測得的地基系數K30值偏小，其幅度不易估計準確，本文未做修正。   2 N10試驗在道床碴石邊路肩上進行，考慮到表層測試數據可能不太準確，N10取貫入1060cm之間擊數綜合考慮，并利用塊體測試和K30值進行修正。   4.5 動荷載計算依據國家“八五”科技攻關項目高速鐵路路基設計技術條件

13、研究成果，通過準高速條件下的動應力實測和模擬計算、建議路基設計動應力幅值，按下式計算：   s = 60（1+0.004V）,式中V（km/h）為列車行駛速度。   通過分析計算基床的受力條件，結合既有線路的試驗調查資料，推算出既有線基床應力的界限值，基床應力計算與所需的強度計算見表2、表3。考慮到表層測試數據可能不太準確，基床面表層0.00.5米以內綜合考慮，并安0.5米對提速路基所需的基床強度和基床應力進行評價，也就是說提速120 km/h ，基床面0.00.5米，基床面所需的基床總應力為9

14、8kpa；提速160 km/h ，基床面0.00.5米，基床面所需的基床總應力為107kpa，才能滿足提速路基所需的強度要求。五 檢測結果與初步分析   5.1 廣水孝感段，針對路基存在翻漿冒泥的道碴囊，檢測時采用自行開發的精度較高的電法儀，在野外數據采集時采用加長電極、加密電極距施測，室內經計算機程序處理，得到深度與微分電阻率曲線，經綜合分析得出路基（病害）道碴囊斷面圖，如圖1-11-6。   5.2 從京廣線提速路基檢測地段，路基基床地質調查結果匯總表（表4、表5）可以看出，路基基

15、床土質按鐵路路基設計規范TBJ1-85規定，表層細粒土填料塑性指數不得大于12，液限不得大于32%，但是所調查的19個試樣，均屬C、D組，加之土的含水量偏高，大部分不能滿足路基規范要求?；矐τ嬎闩c所需的強度要求 5.3 在路肩上施測瞬態瑞雷波勘探經綜合分析所取得的瑞雷波層速度，與通過剪層法測井所取得橫波波速如圖A、B進行對比，對比結果如表6、7、8、9：從表上可以看出瑞雷波與剪切波有良好的對應關系，VR/VS平均值約為0.92，在路基上施測瑞雷波勘探基本上在同一邊界條件下取得的，具有系統性，經專家論證，采用瑞雷波勘探系統在路肩上檢測路基是可行的。5.4.1 從

16、圖5、6、7、8的瑞雷波等視速度斷面圖和輕型動力觸探等值線圖相對比，可以看出輕型動力觸探等值線圖和瑞雷波等視速度斷面圖具有較好的相似性，輕型動力觸探值小的對應瑞雷波視速度低，反之輕型動力觸探值大對應瑞雷波視速度高，將輕型動力觸探值與瑞雷波層速度相關關系，繪于圖C、D，盡管此圖中離散點較多，但還是觀測到所調查基床土的標準貫入擊數與瑞雷波之間有一個合理的相關關系。圖C漯河駐馬店段根據140組數據，得出N10VR之間相關關系。圖D為廣水孝感段根據190組數值，得出N10VR之間相關關系。表層0.00.5米的基床容許承載力結合K30和塊體基礎振動測試的成果。根據既有線基床應力計算與所需的強度要求表可知

17、，提速120km/h，基床面0.00.5米，基床面所需應力為98kpa，結合塊體和K30的成果與輕型動力觸探N10相對應，得出N10=10相對應的容許承載力為100kpa。從所統計N10VR之間關系曲線可以看出，N1010，N10VR關系曲線為線性關系，N10 10，N10VR的關系曲線為非線性關系，這些與輕型動力觸探N10的相關規范有一定出入。依據土力學原理分析認為，由于大部分鐵路路基無側限，路堤填土為機器分層壓實、并在自重和列車動荷載的作用下具有一定密實度的粘性土，土體的天然結構被破壞重新堆填起來；這與天然地基條件下，有側限半無限空間總結N10與承載力的關系曲線有一定的差別；并且

18、天然地基條件下，存在較強的孔隙水壓力，而基床土的結構破壞使土喪失加固內聚力，故路堤粘性土的抗剪強度低于同樣樣和含水量的原狀土，粘性土受擾動，其強度降低的原因主要有兩個方面：一方面是破壞了顆粒表面結合水分子的定向排列，破壞了顆粒間的原始粘性。此部分降低的強度隨著時間是可以逐漸恢復的。另一方面破壞了顆粒間的膠結物質，使強度降低，此部分降低的強度一般是不能恢復的。土的密實度、強度問題，實際就是抗剪強度問題，當地基受到荷載作用下，土中產生法向應力和剪切應力。若某點的剪切力達到該點的抗剪強度，土即沿著剪應力作用方向產生相對滑動，該點強度破壞。如荷載繼續增加，則剪應力達到抗剪強度的區域愈來愈大，最后形成連

19、續的滑動面，基礎產生很大的沉降和傾斜，成為事故隱患。由此可知，路基土由于長期受列車動荷載的剪應變的作用，應變增大，土體抗剪強度降低，反映抗剪強度的瑞雷波波速亦低。所以N10VR與承載力的關系（N10=10近似N10=15，下部粘性土符合現行規范）是符合客觀實際的。   5.4.2 在路肩檢測僅用瑞雷波的層速度VR和相應輕型動力觸探值兩個指標，用簡單的數字定量很難對路基基床土強度進行定量衡量，還應結合基床填土密實度、強度分布狀況加以評價?；蔡钔撩軐嵍?、強度分布狀況，依據土力學原理，實際就是抗剪強度的分布狀況，剪應力達到抗剪強度的區域愈來愈大，形成連續的滑

20、動面，即基床密實度、強度偏低的地質體，基礎將產生沉降變形。瑞雷波速值高低反映土的抗剪強度大小、瑞雷波波速高，基床土抗剪強度高，基床土的密實度、強度高；基底瑞雷波VR等值線分布形態，反映了基床土剪切強度，即基床土密實度、強度的分布形態。瑞雷波VR等值線表現為均勻分布，基床土密實度、強度較好，說明基底的穩定性較好；瑞雷波VR等值線表現為非均勻分布，說明基底密實度、強度非均勻分布，基底穩定性不好。如存在瑞雷波波速偏低的基床土，基床產生不均勻的沉降形變；相鄰路肩基床土也將產生相應的變化；通過試驗，利用相鄰路肩基床土的變化來推斷路基基床的形變是可行的。圖C 京廣線漯河駐馬店間K855+000K

21、857+000段N10與瑞雷波速關系曲線圖圖D   京廣線孝感K1116+500K1119+500段N10與瑞雷波速關系曲線圖   5.5 現將就二個工點分述如下：      5.5.1 漯河駐馬店段，從測試統計的N10VR的關系曲線可以看出，N10=10對應VR=95m/s（相對應VS=95/0.92=103m/s），N1010，N10VR關系曲線為線性關系，N10 10，N10VR的關系曲線為非線性關系，表層0.5米以上由于表層強度小，受無側

22、限的影響，K30值偏?。欢鴫K體振動測試基本上反映了基床土具體情況，因此表層采用塊體和部分K30等成果進行補充，基床面表層0.00.5米的動荷載按0.5米提速路基所需的基床應力進行曲評價，提速120km/h基床面0.00.5米所需的基床總應力為98kpa；由N10VR 的關系曲線可知，輕型動力觸探N1010，瑞雷波波速VR95m/s，基本滿足基床應力所需的強度要求；提速160km/h，基床面0.00.5米所需的基床總應力為107kpa。根據N10VR的關系曲線可知，輕型動力觸探 N1014，瑞雷波波速 VR120m/s，基本滿足基床應力所需的強度要求。從此段檢測成果

23、圖03中可以看出，基床面以下2.5米局部地段存在軟弱體，基床面2.5米以下滿足提速路基所需的強度要求（成果圖03中綠、藍色部分）。   5.5.2 現就提速120km/h對路基基床土進行綜合分析，在K855+000K856+200段，表層瑞雷波波速值 95m/s（相對應VS=95/0.92=103m/s），局部存在低速凹槽及透鏡體（成果圖03中此段紅色部分）。低速透鏡體里程為K855+150K855+186埋深0.61.35米、K855+680K855+720埋深1.52.2米（成果圖03此段紅色部分），其瑞雷波波速為8595m/s 

24、，并且大部分輕型動力觸探值N10 10，透鏡體密實度、強度相對偏低；但表層塊體振動測試容許承載力值大于100kpa，瑞雷波 VR等值線基本呈均勻分布，表層雖存在低速密實度低的基床土，但道碴層較厚，路堤狀態良好，但應加強養護。   5.5.3 在K855+240K855+530段埋深0.01.15米、K855+850K856+240段埋深0.01.8米基床表層存在低速凹槽（成果圖03中此段紅色部分），低速凹槽的基床土瑞雷波波速為8595m/s，大部分輕型動力觸探值N10 10，透鏡體密實度、強度相對偏低；表層塊體振動測試容許承

25、載力值小于100kpa。基床土表層密實度、強度稍差，并分布不均勻，產生不均勻沉降，路堤狀況稍差；但隨著行車密度增加平均軸重和速度的提高，估計會產生路堤下沉的病害。     5.5.4 在K855+000K857+000段表層除上述地段外，雖存在瑞雷波波速值小于95m/s的相對密實度偏低的表層，但瑞雷波VR等值線基本呈均勻分布，基床土密實度、強度分布較為均一，再加之道碴層厚度0.81.3大于規范所要求道碴厚（0.350.40），應力傳遞到基床下降幅度約85%，按此計算基床土滿足提速路基所需強度要求，路堤狀態良好。  

26、    5.5.5 而在K856+200K857+000采用石灰樁加固路基基床土地段，經檢測可以看出，作為劃分路基基床土強度指標的瑞雷波波速較K855+000K856+200段瑞雷波波速有顯著提高，相應路基強度提高的幅度比較大，K855+000K856+200段瑞雷波波速為 95m/s，層厚0.01.9米，大于加固段相應波速段層厚0.01.0米，其下各層波速的底界面埋深均有較大程度的提升，K855+000K856+200段瑞雷波層速度形態呈復雜的線形分布，其間局部存在低速透鏡體；而加固地段基床面瑞雷波層速度形態呈單一線形分布，其間局部

27、存在與K855+000K856+200段相反瑞雷波高速的透鏡體，推測為石灰可以將土顆粒膠結在一起并結合成土中的粘土塊，阻塞土粒的孔隙，并凝固成骨架結構，改善了土體的強度，且層速度分布較為均勻，表層雖存在低速的基床土，但道碴層較厚，路堤狀態良好，基床土滿足提速路基的要求。   5.5.6 依據基床應力計算與所需的強度要求表（表3），對路基的狀況進行評價，成果圖03中黃色部分為不宜提速160km/h。   5.6.1 廣水孝感K1116+500K1119+500段，從所取得的瑞雷波層速度和輕型動力觸探資料做統計，取得N

28、10VR的關系曲線，可以看出N10=10對應VR=92m/s（相對應VS=92/0.92=100m/s）相應的容許承載力為100kpa，并且，N1010，N10VR關系曲線為線性關系，N10 10，N10VR的關系曲線為非線性關系，表層0.5米以上基床表層強度低，根據基床土具體情況，表層結合塊體和K30等成果綜合考慮。基床面表層0.00.5米的動荷載按0.5米提速路基所需的基床應力進行評價，提速120km/h基床面0.00.5米所需的基床總應力為98kpa；由N10VR的關系曲線可知，輕型動力觸探N1010，瑞雷波速VR92m/s；提速160km/h，基床面0.00.5米所需的基床總

29、應力為107kpa。根據 N10VR的關系曲線可知，輕型動力觸探N10 14，瑞雷波波速VR 120m/s，基本上滿足基床應力所需的強度要求。從此段檢測成果圖04可以看出，道碴層底面以下3.0米局部地段存在軟弱層，道碴層底面3.0米以下滿足提速路基所需的強度要求，成果圖04中綠、藍色部分。   5.6.2  經過分析通過電法資料可知，路基基床內道碴囊較發育，埋深2.03.0米（埋深含道碴層），路基地下水排泄不暢。現就提速120km/h基床應力所需的強度要求進行綜合分析，從取得瑞雷波層速度形態看，表層全部存在瑞雷波低

30、速凹槽和透鏡體（成果圖04中紅色部分），瑞雷波波速 92m/s，大部分輕型動力觸探值N10 10，塊體測試和K30容許承載力基本為80100kpa，不能滿足現行路基基床所需應力要求，表層瑞雷波VR等值線凸凹不平，基底剪切強度非均勻分布，路基基床密實度、強度亦非均勻分布，路基產生不均勻的沉降，應視為道碴囊較重翻漿冒泥路基病害段，路基不能滿足提速路基所需的基床強度的要求。具體的路基不均勻的沉降較重地段分布里程見表10：   5.6.3 依據基床應力計算與所需的強度要求表（表3），對提速160km/h路基的狀況進行評價，成果圖04中黃色部分

31、不宜提速160km/h。六、結論   6.1.1 漯河駐馬店K8558+000K857+000段基床面以下2.5米局部存在瑞雷波波速較低軟弱凹槽和透鏡體，表層基床面2.5米以下瑞雷波波速高，密實度、強度高（成果圖03綠、藍色部分）。基床面以下2.5米存在低速透鏡體，里程為K855+150K855+186埋深0.61.35米、K855+680K855+720埋深1.52.2米（成果圖03此段紅色部分），為低速、密實度、強度低的基床土，雖表層存在不能滿足基床應力所需的強度要求，但路堤道碴層較厚，路堤的狀態良好，無需整治。   6

32、.1.2 表層基床面以下2.5米基床土存在低速凹槽和透鏡體的里程K855+240K855+530埋深為0.01.15米、K855+850K856+240段埋深0.01.8米基床表層存在低速凹槽（成果圖03此段紅色部分），基床土的密實度偏低，且分布不均，強度偏低，基床產生不均勻沉降，路堤狀態稍差，需要整治。   6.1.3 在K856+200K857+700段采用石灰樁加固地段，經檢測基床土瑞雷波層速度有較大提高，分布較為均勻，路基密實度、強度提高幅度比較大，密實度、強度分布較為均一；表層雖存在低速的基床土，但道碴較厚，路堤狀態良好，基本滿足了提速路基所需的強度要求。   6.1.4 依據基床應力計算與所需的強度要求表（表3），提速16