CN101684631B - 运营路基安全状态快速无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运营路基安全状态快速无损检测的方法，通过使用地质雷达对检测路基进行全覆盖扫描，获得检测路基的地质雷达图像和路基的介电常数；使用瑞利波法检波器检测各检测点获得瑞利波速度V_R；使用轻型动力触探仪进行触探检测，记录锤击次数N₁₀；通过分析比较获得路基整体状态的信息。本发明提出了评价运营路基安全状态的无损检测方法与理论体系，能够广泛检测各种路基整体状态，具有应用范围广，评价指标全面的特点；同时，可在运营路基上应用，不破坏道路设施，大大缩短检测工期、降低检测费用。

Description

运营路基安全状态快速无损检测方法

技术领域

本发明属于土木建筑工程领域，尤其是一种运营路基安全状态快速无损检测方法。 

背景技术

路基病害及承载力不足等缺陷，直接影响到路基的安全运营。传统的路基评价方法，一般先通过地质调查，查找路基病害分布区域，通过钻探取样、灌砂法、K₃₀、动力触探以及室内化验等方法，确定路基病害类型和路基含水量、承载力、密度等指标，评价路基质量。传统方法缺点是测点少，仅反映路基一点或一孔的信息，因检测点不连续，不能评价路基整体质量。在铁路上不能检测到轨枕以下的路基，同时劳动强度高、检测周期长，对路基具有破坏性，容易破坏地下设施，安全风险大、危险因素多；在高速公路上要长时间封闭道路；在电气化铁路和高速铁路上，根本不能开展工作。传统方法已经不能适应现代道路交通的发展要求。 

近几年来，国内外有许多专家学者也对地质雷达检测法、瑞利波检测法和Evd检测法应用于道路施工、建筑物地基方面进行了大量的研究，出版了许多专著，如： 

《瑞利波检测公路粉喷桩复合地基研究》，赵冬、宋新初、曹获，工程勘察2006(11)，68-70； 

《地质雷达在铁路路基挡墙质量检测中的应用》，朱鲁、张利民，山东科技大学学报：自然科学版，2007，26(4)：10-13，等等。 

但是，在这些著作中仅就利用地质雷达检测法和瑞利波检测法其中的一种进行了研究和论述，没有给出如何综合应用已获得更佳检测效果的方法，同时，由于缺乏定量指标研究和动态检测系统对比试验研究，没有定量分析路基力学指标与隐患的技术标准，没有建立动态变形模量与地基系数等相关分析模型，因此，到目前为止，尚没有一种能够广泛对运营路基的路基安全状态进行全面快速无损检测的 方法。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在保证道路正常营运的前提下又不破坏道路设施的运营路基安全状态快速无损检测方法。 

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的： 

一种运营路基安全状态快速无损检测的方法，包括使用地质雷达对检测路基进行全覆盖扫描，获得检测路基的地质雷达图像和路基的介电常数；在路基一侧划定检测线，在检测线上间隔设置检测点，使用瑞利波法检波器检测各检测点获得瑞利波速度V_R；在上述检测线上使用轻型动力触探仪进行触探检测，记录锤击次数N10；其特征在于： 

(1).通过对地质雷达图像进行对比分析，确定路基病害的几何形态、病害深度和沿线路方向发展的规模，并通过公式： 

$\mathrm{\ω}=(1-\frac{7.7851}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}+4.9151})\×100\%$

计算出路基含水量，其中ω表示含水量，ε表示路基基层的介电常数； 

(2).通过公式：σ₀＝8×N₁₀-20，V_R＝A+B×N₁₀，得到瑞利波速度V_R和相对承载力的关系，即σ₀＝8×(V_R-A)/B-20，利用检测的瑞利波速度V_R计算出路基的相对承载力σ₀，式中A、B为常数； 

(3).分析瑞利波速度V_R和路基的相对承载力σ₀： 

①当瑞利波速度V_R＝90～110m/s，N₁₀<10～15击，σ₀<100kPa，路基基层为软弱层； 

②当瑞利波速度110m/s<V_R<160m/s，N₁₀>18击，100kPa<σ ₀<160kPa，路基基层为可发展软化层。 

③当瑞利波速度V_R>160m/s，N₁₀>23击，σ₀>160kPa，路基基层为硬化层。 

而且，所述瑞利波法检波器采用长腿支架。 

本发明的优点和有益效果为： 

(1).本运营路基安全状态快速无损检测方法通过对地质雷达产生的图像进行分析，根据地质雷达波反射能量变化可确定路基病害的几何形态、病害深度和沿线路方向发展的规模，并通过建立的数学模型 可定量计算出路基含水量，从而建立了地质雷达与路基隐患的相关分析体系；通过建立瑞利波波速与路基的相对承载力、路基压实系数间的数学模型，结合传统方法可计算出路基的强度，建立了瑞利波波速与路基强度的相关分析体系，从而可采用瑞利波法检波器和地质雷达检测路基，这些装置重量较轻，便携带、安装，数据采集快捷，危险因素少，具有检测周期短、不破坏场地、数据连续、检测覆盖面大等优点，适于在运营线路上工作。 

(2).本运营路基安全状态快速无损检测方法提供了一种评价运营路基安全状态的无损检测方法与理论体系，能够检测到传统方法不能达到的基床深层部位，特别是铁路轨枕下方的路基，全面反映路基现状质量。 

(3).本运营路基安全状态快速无损检测方法能够广泛检测各种路基整体状态，具有应用范围广，评价指标全面的特点。 

(4).本发明提出了评价运营路基安全状态的无损检测方法与理论体系，能够广泛检测各种路基整体状态，具有应用范围广，评价指标全面的特点；同时，可在运营路基上应用，不破坏道路设施，大大缩短检测工期、降低检测费用。 

附图说明：

图1为本发明所涉及的质量比较好的路基图像； 

图2为本发明所涉及的路基道碴陷槽病害的图象； 

图3为本发明所涉及的路基道碴与路基换填层分界面、换填层与原路基基床土分界面，在第二个分界面下为一软化层的图像； 

图4为本发明所涉及的路基存在严重翻浆冒泥病害的雷达图象； 

图5为本发明三种类型路基的瑞利波频散曲线图； 

其中： 

a图为整治后较好路基的瑞利波频散曲线 

b图为整治后又出现病害路基的瑞利波频散曲线， 

c图为没有整治路基的瑞利波频散曲线； 

图6是本发明路基基床物探测试成果的局部图。 

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种运营路基安全状态快速无损检测的方法，利用地质雷达检测法，通过对地质雷达产生的图像的比对观察，如下表： 

确定路基病害的几何形态、病害深度和沿线路方向发展的规模，并通过公式： 

$\mathrm{\&omega;}=(1-\frac{7.7851}{\sqrt{\mathrm{\&epsiv;}}+4.9151})\&times;100\%$

计算出路基含水量，其中ω表示含水量，ε表示基层的介电常数； 

要确定路基承载力的大小及其变化范围，需要将瑞利波波速V_R值转换为承载力σ₀值。因此，采集瑞利波数据的同时，在与瑞利波测点相对应的位置上作一部分轻型动力触探(N₁₀)来建立V_R和N₁₀的相关公式。 

利用N₁₀与σ₀的经验关系，导出V_R与σ₀的关系。 

V_R和N₁₀的关系可以用下面的线性方程表示 

V_R＝A+B×N₁₀

式中，A、B为常数。当其相关系数r＞0.7时，说明V_R与N₁₀是有相关关系的，可以用V_R代替N₁₀来计算相对承载力σ₀的大小，即： 

σ₀＝8×(V_R-A)/B-20 

根据此式可用V_R定量计算路基的相对承载力。 

实施例中采用地质雷达法、瑞利波法为主，配以轻型动力触探(N₁₀)等辅助手段。 

地质雷达法主要用于划分路基的道碴底面以及渗水土和基床土的界面。 

瑞利波法主要用于测试路基基床换填渗水土的厚度及其与原基床土的界面，并结合轻型动力触探成果评价渗水土和基床土的强度。 

测线布置在一侧路肩，雷达测试全部路基，瑞利波和轻型动力触探均为50m点距，遇异常路基则适当加密。 

1、地质雷达法检测： 

图1～图4是在本次测试中出现的典型雷达图像特征(图中纵坐标为时间轴，单位ns)。 

图1反映的是质量比较好的路基图像，路基压实度好，各层分布均匀，反射信号均匀连续，各层间没有杂乱无章或出现个别强反射信号。白色反射波组直观地反映了道碴层的厚度及深度变化。 

图2反映的是路基道碴陷槽病害的图象特征，表现为在道碴陷槽位置电磁波走时增加，道碴厚度变大，挤压下部软化土层沉陷，形成陷槽。 

在图3中，可以清晰分出路基道碴与路基换填层分界面、换填层与原路基基床土分界面，在第二个分界面下，仍有一些反射带存在，经轻型动力触探方法验证，该层为一软化层。 

图4是路基存在严重翻浆冒泥病害的雷达图象特征，图象反射波组紊乱，无法正确追踪。 

2、瑞利波法检测： 

瑞利波频散曲线呈现三种类型如图5，其中a图为整治后较好的路基，b为整治后又出现病害的路基，c为没有整治的路基。从三条曲线可以看出，a图曲线速度很高，b图曲线速度相对较高，在深度0.45～0.74m速度较低；c图曲线在深度0.5～0.71m速度很低。 

图6是路基基床物探测试成果的局部图。图中瑞利波速度变化反映了路基的现有状态，可以根据瑞利波速度V_R的变化定性分析测试范围内路基基床强度变化，即瑞利波速度V_R高的区域，路基基床强度高，V_R低的区域，路基基床强度低。 

结合地质雷达、瑞利波和轻型动力触探资料，对测试范围内的路 基质量做如下评价： 

①瑞利波速度VR＝90～110m/s，N₁₀<10～15击，σ₀<100kPa，定名为软弱层，需进一步整治加固。 

②瑞利波速度小于上覆及下伏土层的低速夹层，在频散曲线上有明显反映。为有利于路基的整治工作，划出此层，定名为弱软化层，其速度110m/s<V_R<160m/s，比其上、下层速度低20％，N₁₀>18击，100kPa<σ₀<160kPa，目前基床状态尚好，但如果不引起重视，有可能会发展成为软化层。 

③原路基基床土表层不存在低速度层的，即瑞利波速度V_R>160m/s，N₁₀>23击，σ₀>160kPa，可以认为此段路基状况较好，强度较高，定名为非软化层，即硬化层。 

本实施例采用地质雷达法探查出在基床换填渗水土与原基床顶面之间有一薄层软化层。根据瑞利波法和轻型动力触探(N₁₀)核实，该软化层的土体强度低，刚度很小，在列车动荷载作用下，极易产生剪切变形而下沉外挤，致使基床上部换填的渗水土层遭到破坏。因此，根治基床病害必须彻底清除这一软化层。 

利用瑞利波法检波器进行检测时，需解决的关键技术是路基道砟下检波器与路基面的耦合问题，本实施例采用给检波器设安装长腿支架的措施，有效地解决了该难题，取得了满意的效果。

Claims (2)

1.一种运营路基安全状态快速无损检测的方法，包括使用地质雷达对检测路基进行全覆盖扫描，获得检测路基的地质雷达图像和路基的介电常数；在路基一侧划定检测线，在检测线上间隔设置检测点，使用瑞利波法检波器检测各检测点获得瑞利波速度V_R；在上述检测线上使用轻型动力触探仪进行触探检测，记录锤击次数N₁₀；其特征在于：

(1). 通过对地质雷达图像进行对比分析，确定路基病害的几何形态、病害深度和沿线路方向发展的规模，并通过公式：

$\mathrm{\&omega;}=\left(\frac{7.7854}{\sqrt{\mathrm{\&epsiv;}}+4.9151}\right)\&times;100\%$

计算出路基含水量，其中ω表示含水量，ε表示路基基层的介电常数；

(2). 通过公式：σ₀＝8×N₁₀-20，V_R＝A+B×N₁₀，得到瑞利波速度V_R和相对承载力的关系，即σ₀＝8×(V_R-A)/B-20，利用检测的瑞利波速度V_R计算出路基的相对承载力σ₀，式中A、B为常数；

(3). 分析瑞利波速度V_R和路基的相对承载力σ₀：

①当瑞利波速度V_R＝90～110m/s，N₁₀<10～15击，σ₀<100kPa，路基基层为软弱层；

②当瑞利波速度110m/s<V_R<160m/s，N₁₀>18击，100kPa<σ₀<160kPa，路基基层为可发展软化层。

③当瑞利波速度V_R>160m/s，N₁₀>23击，σ₀>160kPa，路基基层为硬化层。

2.根据权利要求1所述的运营路基安全状态快速无损检测的方法，其特征在于：所述瑞利波法检波器采用长腿支架。

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