專利名稱：運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木建筑工程領(lǐng)域，尤其是一種運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速 無損檢測方法。
背景技術(shù)：
路基病害及承載力不足等缺陷，直接影響到路基的安全運(yùn)營。傳 統(tǒng)的路基評(píng)價(jià)方法， 一般先通過地質(zhì)調(diào)查，査找路基病害分布區(qū)域，
通過鉆探取樣、灌砂法、K3。、動(dòng)力觸探以及室內(nèi)化驗(yàn)等方法，確定路 基病害類型和路基含水量、承載力、密度等指標(biāo)，評(píng)價(jià)路基質(zhì)量。傳 統(tǒng)方法缺點(diǎn)是測點(diǎn)少，僅反映路基一點(diǎn)或一孔的信息，因檢測點(diǎn)不連 續(xù)，不能評(píng)價(jià)路基整體質(zhì)量。在鐵路上不能檢測到軌枕以下的路基， 同時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度高、檢測周期長，對路基具有破壞性，容易破壞地下設(shè) 施，安全風(fēng)險(xiǎn)大、危險(xiǎn)因素多；在高速公路上要長時(shí)間封閉道路；在 電氣化鐵路和高速鐵路上，根本不能開展工作。傳統(tǒng)方法己經(jīng)不能適 應(yīng)現(xiàn)代道路交通的發(fā)展要求。
近幾年來，國內(nèi)外有許多專家學(xué)者也對地質(zhì)雷達(dá)檢測法、瑞利波 檢測法和Evd檢測法應(yīng)用于道路施工、建筑物地基方面進(jìn)行了大量的 研究，出版了許多專著，如
《瑞利波檢測公路粉噴樁復(fù)合地基研究》，趙冬、宋新初、曹獲， 工程勘察2006 (11)， 68-70;
《地質(zhì)雷達(dá)在鐵路路基擋墻質(zhì)量檢測中的應(yīng)用》，朱魯、張利民， 山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2007， 26 (4): 10-13，等等。
但是，在這些著作中僅就利用地質(zhì)雷達(dá)檢測法和瑞利波檢測法其 中的一種進(jìn)行了研究和論述，沒有給出如何綜合應(yīng)用已獲得更佳檢測 效果的方法，同時(shí)，由于缺乏定量指標(biāo)研究和動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)對比試驗(yàn) 研究，沒有定量分析路基力學(xué)指標(biāo)與隱患的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沒有建立動(dòng)態(tài) 變形模量與地基系數(shù)等相關(guān)分析模型，因此，到目前為止，尚沒有 一種能夠廣泛對運(yùn)營路基的路基安全狀態(tài)進(jìn)行全面快速無損檢測的
3方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在保證道路正 常營運(yùn)的前提下又不破壞道路設(shè)施的運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢 測方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測的方法，包括使用地質(zhì)雷達(dá) 對檢測路基進(jìn)行全覆蓋掃描，獲得檢測路基的地質(zhì)雷達(dá)圖像和路基的 介電常數(shù)；在路基一側(cè)劃定檢測線，在檢測線上間隔設(shè)置檢測點(diǎn)，使
用瑞利波法檢波器檢測各檢測點(diǎn)獲得瑞利波速度vR;在上述檢測線上
使用輕型動(dòng)力觸探儀進(jìn)行觸探檢測，記錄錘擊次數(shù)N^其特征在于:
(1) .通過對地質(zhì)雷達(dá)圖像進(jìn)行對比分析，確定路基病害的幾何形 態(tài)、病害深度和沿線路方向發(fā)展的規(guī)模，并通過公式
6> = (1-'./OJ1 )xl00% V^ + 4.9151
計(jì)算出路基含水量，其中W表示含水量，e表示路基基層的介電常數(shù)；
(2) .通過公式0。二8XNu)-20， VR=A+BXN1Q，得到瑞利波速度VR 和相對承載力的關(guān)系，即0(P8X(VfA)/B-20，利用檢測的瑞利波速 度VK計(jì)算出路基的相對承載力o。，式中A、 B為常數(shù)；
(3) .分析瑞利波速度Vb和路基的相対承裁力o q:
① 當(dāng)瑞利波速度VK=90 U0m/s，化。<10 15擊，o。<100kPa， 路基基層為軟弱層；
② 當(dāng)瑞利波速度110m/s<VB<160m/s，仏。>18擊，100kPa< o 。<160kPa ，路基基層為可發(fā)展軟化層。
③ 當(dāng)瑞利波速度VR〉160m/s，仏。>23擊，oQ〉160kPa，路基基 層為硬化層。
而且，所述瑞利波法檢波器采用長腿支架。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為
(1).本運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測方法通過對地質(zhì)雷達(dá)產(chǎn)生 的圖像進(jìn)行分析，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)波反射能量變化可確定路基病害的幾 何形態(tài)、病害深度和沿線路方向發(fā)展的規(guī)模，并通過建立的數(shù)學(xué)模型可定量計(jì)算出路基含水量，從而建立了地質(zhì)雷達(dá)與路基隱患的相關(guān)分
析體系；通過建立瑞利波波速與路基的相對承載力、路基壓實(shí)系數(shù)間
的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合傳統(tǒng)方法可計(jì)算出路基的強(qiáng)度，建立了瑞利波波速 與路基強(qiáng)度的相關(guān)分析體系，從而可采用瑞利波法檢波器和地質(zhì)雷達(dá) 檢測路基，這些裝置重量較輕，便攜帶、安裝，數(shù)據(jù)采集快捷，危險(xiǎn)因 素少，具有檢測周期短、不破壞場地、數(shù)據(jù)連續(xù)、檢測覆蓋面大等優(yōu) 點(diǎn)，適于在運(yùn)營線路上工作。
(2) .本運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測方法提供了一種評(píng)價(jià)運(yùn)營 路基安全狀態(tài)的無損檢測方法與理論體系，能夠檢測到傳統(tǒng)方法不能 達(dá)到的基床深層部位，特別是鐵路軌枕下方的路基，全面反映路基現(xiàn) 狀質(zhì)量。
(3) .本運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測方法能夠廣泛檢測各種路 基整體狀態(tài)，具有應(yīng)用范圍廣，評(píng)價(jià)指標(biāo)全面的特點(diǎn)。
(4) .本發(fā)明提出了評(píng)價(jià)運(yùn)營路基安全狀態(tài)的無損檢測方法與理論 體系，能夠廣泛檢測各種路基整體狀態(tài)，具有應(yīng)用范圍廣，評(píng)價(jià)指標(biāo) 全面的特點(diǎn)；同時(shí)，可在運(yùn)營路基上應(yīng)用，不破壞道路設(shè)施，大大縮 短檢測工期、降低檢測費(fèi)用。


圖1為本發(fā)明所涉及的質(zhì)量比較好的路基圖像； 圖2為本發(fā)明所涉及的路基道碴陷槽病害的圖象； 圖3為本發(fā)明所涉及的路基道碴與路基換填層分界面、換填層與 原路基基床土分界面，在第二個(gè)分界面下為一軟化層的圖像；
圖4為本發(fā)明所涉及的路基存在嚴(yán)重翻漿冒泥病害的雷達(dá)圖象；
圖5為本發(fā)明三種類型路基的瑞利波頻散曲線其中
a圖為整治后較好路基的瑞利波頻散曲線
b圖為整治后又出現(xiàn)病害路基的瑞利波頻散曲線，
C圖為沒有整治路基的瑞利波頻散曲線；
圖6是本發(fā)明路基基床物探測試成果的局部圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描 述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測的方法，利用地質(zhì)雷達(dá)檢測 法，通過對地質(zhì)雷達(dá)產(chǎn)生的圖像的比對觀察，如下表
介質(zhì)介質(zhì)特性圖象特征
清碴大小均勻，表面潔凈低幅、高頻細(xì)密波，波形均勻，同 相軸連續(xù)、平直，可以追蹤
道 床混臟污 道碴大小不均勻，表面臟污波形零亂、波幅較大，同相軸錯(cuò)動(dòng) 不連續(xù)，甚至無法追蹤
碴碴土道碴與基床表層土的混合物，兩種高幅、低頻寬幅波，同相軸紊亂、
混合物介質(zhì)混雜連續(xù)性差
基 床 土狀態(tài)良好土層結(jié)構(gòu)基本未變，地層均一，層 狀結(jié)構(gòu)明顯低幅、高頻細(xì)密波，同相軸連續(xù)、 平直，可以追蹤
擾動(dòng)土土層結(jié)構(gòu)改變，由于存在翻漿冒泥 貫通通道，層狀結(jié)構(gòu)破壞高幅、低頻寬幅波，同相軸紊亂、 連續(xù)性差，無法追蹤
確定路基病害的幾何形態(tài)、病害深度和沿線路方向發(fā)展的規(guī)模，
并通過公式
= (1 — ~廠 )X 100%
V^ + 4.9151
計(jì)算出路基含水量，其中"表示含水量，e表示基層的介電常數(shù);
要確定路基承載力的大小及其變化范圍，需要將瑞利波波速VR 值轉(zhuǎn)換為承載力o。值。因此，采集瑞利波數(shù)據(jù)的同時(shí)，在與瑞利波 測點(diǎn)相對應(yīng)的位置上作一部分輕型動(dòng)力觸探(N1Q)來建立Vk和Nh)的 相關(guān)公式。
利用K。與o。的經(jīng)驗(yàn)公式0。二8XNf20，導(dǎo)出VB與o。的關(guān)系。 VB和Nw的關(guān)系可以用下面的線性方程表示
VR=A+BXN10
式中，A、 B為常數(shù)。當(dāng)其相關(guān)系數(shù)r>0.7時(shí)，說明VB與Nw是 有相關(guān)關(guān)系的，可以用VR代替IV來計(jì)算相對承載力o。的大小，艮卩
00二8 X (VR-A) /B-20 根據(jù)此式可用VK定量計(jì)算路基的相對承載力。 本實(shí)施例中采用地質(zhì)雷達(dá)法、瑞利波法為主，配以輕型動(dòng)力觸探(NJ等輔助手段。
地質(zhì)雷達(dá)法主要用于劃分路基的道碴底面以及滲水土和基床土 的界面。
瑞利波法主要用于測試路基基床換填滲水土的厚度及其與原基 床土的界面，并結(jié)合輕型動(dòng)力觸探成果評(píng)價(jià)滲水土和基床土的強(qiáng)度。 測線布置在一側(cè)路肩，雷達(dá)測試全部路基，瑞利波和輕型動(dòng)力觸
探均為50m點(diǎn)距，遇異常路基則適當(dāng)加密。
1、 地質(zhì)雷達(dá)法檢測
圖1 圖4是在本次測試中出現(xiàn)的典型雷達(dá)圖像特征(圖中縱坐標(biāo) 為時(shí)間軸，單位ns)。
圖1反映的是質(zhì)量比較好的路基圖像，路基壓實(shí)度好，各層分布 均勻，反射信號(hào)均勻連續(xù)，各層間沒有雜亂無章或出現(xiàn)個(gè)別強(qiáng)反射信 號(hào)。白色反射波組直觀地反映了道碴層的厚度及深度變化。
圖2反映的是路基道碴陷槽病害的圖象特征，表現(xiàn)為在道碴陷槽 位置電磁波走時(shí)增加，道碴厚度變大，擠壓下部軟化土層沉陷，形成 陷槽。
在圖3中，可以清晰分出路基道碴與路基換填層分界面、換填層 與原路基基床土分界面，在第二個(gè)分界面下，仍有一些反射帶存在， 經(jīng)輕型動(dòng)力觸探方法驗(yàn)證，該層為一軟化層。
圖4是路基存在嚴(yán)重翻漿冒泥病害的雷達(dá)圖象特征，圖象反射波 組紊亂，無法正確追蹤。
2、 瑞利波法檢測
瑞利波頻散曲線呈現(xiàn)三種類型如圖5，其中a圖為整治后較好的 路基，b為整治后又出現(xiàn)病害的路基，c為沒有整治的路基。從三條 曲線可以看出，a圖曲線速度很高，b圖曲線速度相對較高，在深度 0.45 0.74m速度較低；c圖曲線在深度0. 5 0. 71m速度很低。
圖6是路基基床物探測試成果的局部圖。圖中瑞利波速度變化反 映了路基的現(xiàn)有狀態(tài)，可以根據(jù)瑞利波速度VK的變化定性分析測試 范圍內(nèi)路基基床強(qiáng)度變化，即瑞利波速度V k高的區(qū)域，路基基床強(qiáng) 度高，V k低的區(qū)域，路基基床強(qiáng)度低。
結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)、瑞利波和輕型動(dòng)力觸探資料，對測試范圍內(nèi)的路
7基質(zhì)量做如下評(píng)價(jià)-
① 瑞利波速度VR=90 110m/s， 1^。<10 15擊，o。<100kPa，定 名為軟弱層，需進(jìn)一步整治加固。
② 瑞利波速度小于上覆及下伏土層的低速夾層，在頻散曲線上有 明顯反映。為有利于路基的整治工作，劃出此層，定名為弱軟化層， 其速度110m/s<VR<160m/s，比其上、下層速度低20%, ^>18擊， 100kPa<o。<160kPa，目前基床狀態(tài)尚好，但如果不引起重視，有 可能會(huì)發(fā)展成為軟化層。
③ 原路基基床土表層不存在低速度層的，即瑞利波速度V 〉 160m/s ， N,?！?3擊，o。〉160kPa，可以認(rèn)為此段路基狀況較好，強(qiáng) 度較高，定名為非軟化層，即硬化層。
本實(shí)施例采用地質(zhì)雷達(dá)法探查出在基床換填滲水土與原基床頂 面之間有一薄層軟化層。根據(jù)瑞利波法和輕型動(dòng)力觸探(Ni。)核實(shí)，該 軟化層的土體強(qiáng)度低，剛度很小，在列車動(dòng)荷載作用下，極易產(chǎn)生剪 切變形而下沉外擠，致使基床上部換填的滲水土層遭到破壞。因此， 根治基床病害必須徹底清除這一軟化層。
利用瑞利波法檢波器進(jìn)行檢測時(shí)，需解決的關(guān)鍵技術(shù)是路基道砟 下檢波器與路基面的耦合問題，本實(shí)施例采用給檢波器設(shè)安裝長腿支 架的措施，有效地解決了該難題，取得了滿意的效果。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測的方法，包括使用地質(zhì)雷達(dá)對檢測路基進(jìn)行全覆蓋掃描，獲得檢測路基的地質(zhì)雷達(dá)圖像和路基的介電常數(shù)；在路基一側(cè)劃定檢測線，在檢測線上間隔設(shè)置檢測點(diǎn)，使用瑞利波法檢波器檢測各檢測點(diǎn)獲得瑞利波速度VR；在上述檢測線上使用輕型動(dòng)力觸探儀進(jìn)行觸探檢測，記錄錘擊次數(shù)N10；其特征在于(1).通過對地質(zhì)雷達(dá)圖像進(jìn)行對比分析，確定路基病害的幾何形態(tài)、病害深度和沿線路方向發(fā)展的規(guī)模，并通過公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>&omega;</mi><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac><mn>7.7851</mn><mrow> <msqrt><mi>&epsiv;</mi> </msqrt> <mo>+</mo> <mn>4.9151</mn></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><mn>100</mn><mo>%</mo> </mrow>]]></math></maths>計(jì)算出路基含水量，其中ω表示含水量，ε表示路基基層的介電常數(shù)；(2).通過公式σ0＝8×N10-20，VR＝A+B×N10，得到瑞利波速度VR和相對承載力的關(guān)系，即σ0＝8×(VR-A)/B-20，利用檢測的瑞利波速度VR計(jì)算出路基的相對承載力σ0，式中A、B為常數(shù)；(3).分析瑞利波速度VR和路基的相對承載力σ0①當(dāng)瑞利波速度VR＝90～110m/s，N10＜10～15擊，σ0＜100kPa，路基基層為軟弱層；②當(dāng)瑞利波速度110m/s＜VR＜160m/s，N10＞18擊，100kPa＜σ0＜160kPa，路基基層為可發(fā)展軟化層。③當(dāng)瑞利波速度VR＞160m/s，N10＞23擊，σ0＞160kPa，路基基層為硬化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測的方 法，其特征在于:所述瑞利波法檢波器采用長腿支架。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)營路基安全狀態(tài)快速無損檢測的方法，通過使用地質(zhì)雷達(dá)對檢測路基進(jìn)行全覆蓋掃描，獲得檢測路基的地質(zhì)雷達(dá)圖像和路基的介電常數(shù)；使用瑞利波法檢波器檢測各檢測點(diǎn)獲得瑞利波速度V_R；使用輕型動(dòng)力觸探儀進(jìn)行觸探檢測，記錄錘擊次數(shù)N₁₀；通過分析比較獲得路基整體狀態(tài)的信息。本發(fā)明提出了評(píng)價(jià)運(yùn)營路基安全狀態(tài)的無損檢測方法與理論體系，能夠廣泛檢測各種路基整體狀態(tài)，具有應(yīng)用范圍廣，評(píng)價(jià)指標(biāo)全面的特點(diǎn)；同時(shí)，可在運(yùn)營路基上應(yīng)用，不破壞道路設(shè)施，大大縮短檢測工期、降低檢測費(fèi)用。
文檔編號(hào)E01C3/00GK101684631SQ20081015195
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者劉黎東, 張恩義, 張繼令, 徐德印, 朱旭東, 燕 李, 鉑 李, 李志華, 銀 王, 王燦為, 苗慶庫, 晨 董, 薄會(huì)申, 明 郝, 郭志強(qiáng) 申請人:鐵道部第三勘測設(shè)計(jì)院巖土工程總公司