京廣線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、檢測檢測裝置和野外工作方法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係到國計民生運輸任務，隨著社會經濟的發展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，實際上鐵路發展滯後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。在列車提速執行的新荷載作用下，路基能否繼續保持穩定，不產生任何危及正常執行的變形，首先要了解路基的受力條件，尤需對提速的幹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係，幹線提速後，動荷載增加，既有線原處於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後，將逐漸趨於穩定，但部分軟弱路基將發生變形，在新的動力荷載的作用於下，產生不均勻沉降，區域性路基沉降量大，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為確保火車提速後列車安全運營，中國鐵路工程總公司承擔了《幹線提速後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，提速後路基能否繼續保持良好狀態，詳細了解現有基床現狀。並在此基礎上，評估既有線路路基質量，提出治理建議。
二、工點選擇
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+000~k857+000段路基下沉地段，廣水~孝感k1116+500~k1119+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+000~857+000段，路基現狀為路堤寬約8公尺，其中道碴厚0.8~1.
1公尺、邊坡長3.0~0.6公尺，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，經緊急搶修後恢復通車。路堤填土為粘性土，由於未經很好壓實，在列車與路堤自重動荷載作用下路基發生沉降，後期壓縮沉降在短時間難以完成，路堤沉降量較大，在大里程一側，部分地段採用石灰樁加固。檢測的目的是對現有路基質量進行評價，並對加固與未加固的地段進行對比，提出加固後路基質量狀況。
2.3廣水~孝感工點k1116+500~k1119+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公尺排水溝，上行路肩為鄉間公路，表面為碎石所覆蓋。
路基道碴厚0.4~0.8公尺。
路基基床為粘性土，地下水豐富，其下約4.0公尺處存在粘土隔水層，基床排水不暢。由於基床土被降雨或地下水軟化後，基床土質量差，在列車動荷載作用於下，造成路基下沉，泥漿通過道碴孔隙被抽吸到道床表面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，並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採用新技術——以綜合物探彈性波理論為主，採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、孔內剪下波測井、重型動力觸探n63.5剪下波測井、土工試驗等對新技術檢測成果進行驗證。
3.2.1瑞雷波沿地面表層傳播，表層的厚度約為乙個波長，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。
採用瑞雷波是基於土體中的礦物成分、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，土質疏鬆，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，與岩土各項物理力學指標採用一元回歸方程，建立相關關係。瑞雷波產生是在地表產生一瞬時衝擊力，產生一定頻率範圍的瑞雷波，不同頻率的瑞雷波疊加在一起，以脈衝形式向前傳播，瞬態法記錄的訊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vr~f曲線、或vr~lr曲線，瑞雷波勘探採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係數和承載力等。
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，在實際檢測中，取得這些引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孔內剪下波測井、重型動力觸探n63.
5剪下波測井，利用剪下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。具體檢測工作程式如下圖：
3.3利用瑞雷波法測試得到瑞雷波波速，與部分檢層法所得橫波波速進行對比驗證，對比後瑞雷波與輕型動力觸探、承載力等建立相關關係，再利用國家「八五」科技攻關專案，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》與列車的執行速度建立相對應的關係，提出既有路基的質量。
四、檢測儀器裝置和野外工作方法
4.1所採用的儀器裝置
○1電法儀；
○2水電部sws-1型瑞雷波儀；
○3三分量電纜；
○4荷載板試驗（k30）裝置；
○5北京東方振動雜訊研究所生產inv-306資料採集分析系統、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於其有效性和合理性。外業工作於2023年12月1日開始至2023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）。
4.4有關試驗的幾點說明：
○1由於具體條件的限制，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係數k30值偏小，其幅度不易估計準確，本文未做修正。
○2n10試驗在道床碴石邊路肩上進行，考慮到表層測試資料可能不太準確，n10取貫入10～60cm之間擊數綜合考慮，並利用塊體測試和k30值進行修正。
4.5動荷載計算
依據國家「八五」科技攻關專案《高速鐵路路基設計技術條件研究成果》，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。考慮到表層測試資料可能不太準確，基床面表層0.0～0.
5公尺以內綜合考慮，並安0.5公尺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120km/h，基床面0.0～0.
5公尺，基床面所需的基床總應力為98kpa；提速160km/h，基床面0.0～0.5公尺，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，檢測時採用自行開發的精度較高的電法儀，在野外資料採集時採用加長電極、加密電極距施測，室內經電腦程式處理，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1-1～1-6。
5.2從京廣線提速路基檢測地段，路基基床地質調查結果彙總表（表4、表5）可以看出，路基基床土質按《鐵路路基設計規範tbj1-85》規定，表層細粒土填料塑性指數不得大於12，液限不得大於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範要求。
基床應力計算與所需的強度要求
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下波有良好的對應關係，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，採用瑞雷波勘探系統在路肩上檢測路基是可行的。
5.4.1從圖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係，繪於圖c、d，儘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乙個合理的相關關係。
圖c漯河～駐馬店段根據140組資料，得出n10～vr之間相關關係。圖d為廣水～孝感段根據190組數值，得出n10～vr之間相關關係。表層0.
0～0.5公尺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，提速120km/h，基床面0.
0～0.5公尺，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n10～vr之間關係曲線可以看出，n10≥10，n10～vr關係曲線為線性關係，n1010，n10～vr的關係曲線為非線性關係，這些與輕型動力觸探n10的相關規範有一定出入。
依據土力學原理分析認為，由於大部分鐵路路基無側限，路堤填土為機器分層壓實、並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與承載力的關係曲線有一定的差別；並且天然地基條件下，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於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下應力。若某點的剪下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，最後形成連續的滑動面，基礎產生很大的沉降和傾斜，成為事故隱患。由此可知，路基土由於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n10～vr與承載力的關係（n10=10近似n10=15，下部粘性土符合現行規範）是符合客觀實際的。
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