浅析灌砂法检测铁路路基压实系数提效方案

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1 引言

路基压实系数检测是铁路路基路面施工质量检测的一项关键指标，间接反映了路基密实性和承载力，其指标对保证铁路线路稳定，列车运行安全性和舒适性都有着重要意义。路基压实质量一般要通过压实试验检测方法、标准及设备来保证，其中灌砂法是检测路基压实系数有效的现场检验方法之一，已经成为现行铁路路基施工质量控制的一种主要手段，但灌砂法试验过程繁琐，试验周期较长，现场试验环境复杂。经调查统计：试验人员每完成200m6处测点的试验（本文以Φ200mm×300mm试坑为例），需要约为210min 的时间，每人每天最多可以检测两个检验批次，那如何能高效地为施工现场提供准确的检测数据，给施工质量控制提供真实可靠的依据，就成为了试验检测中急需解决的一个难题。笔者凭借路基检测经验，通过长期跟踪观察，统计试验各环节耗时，分析影响检测效率的因素，实施优化改进方案，提高检测效率。

2 试验方法［1］

灌砂法适用于现场测定最大粒径小于75mm 的土的密度。试验流程见图1，首先根据设计要求及现场情况确定方案，再根据土样中的最大粒径确定试坑尺寸，选定试坑位置并清整，边挖边将取出的土放入 可密封的容器内，并称扣除容器后土的质量m1，然后从中取出代表性土样进行含水率w%测定。安放已称量过的灌满量砂的密度测定器m2，将密度测定器中的量砂流入试坑，当量砂不在下流时，移出并量取密度测定器和器中余砂合计质量m3，将坑内量砂挖出，回填试坑并夯实。通过标定得到的量砂密度ps 和灌满漏斗所需量砂质量m4，计算出流入试坑量砂的质量m5（m2-m3-m4）及试坑体积v（m5/ps），再通过土样质量m1、含水率w%及试坑体积v 计算出现场土样干密度Pd，试验完毕。压实系数K（Pd/Pdmax）通过现场土样干密度Pd和室内试验得到土样的最大干密度Pdmax比值得出。

图1 灌砂法检测流程图

3 检测效率影响因素

由表1 可见，在灌砂法试验影响因素中，试验过程及试验结果整理需用时180min，占了总用时的85.7%。为此只要减少试验过程和结果整理的耗时，就可以明显缩短灌砂法试验的总用时，从而提高检测效率。

广泛收集现场试验员在试验过程中遇到的问题，进行实地测算和全面分析，总结有以下三个重要影响因素：一是试验过程中挖好每个（Φ200mm×300mm）的试坑约需25min，主要是因为传统的挖坑工具落后，在满足试坑要求的前提下，消耗了过多人员体力和时间；二是数据处理过程中采用手工处理方式，用计算器计算不仅耗时长，还容易按错，达不到100%正确率。三是不同厂家生产、同厂不同批、同厂同批不同袋的量砂质量存在着一定的差异和在标定过程中不规范等因素，会对试验检测结果产生影响，导致检测过程中需重复验证，耗时费力。

表1 灌砂法各试验环节耗时统计

4 解决方案

4.1 挖坑工具落后的解决方案

采用机械化作业替代利用现有工具的人工凿土方式，利用改装的钻芯机（加装螺旋钻杆）进行试坑挖掘作业，解决挖掘试坑耗时过长，体力消耗大的问题，提高了作业效率。

改造钻芯机方案：

图2 套筒

图3 钻杆

图4 钻杆结构图

（1）选定钻芯机：确定其有效行程为 400mm，再根据钻芯机螺杆螺纹规格，加工螺纹套筒，使之能够与钻芯机螺杆连接（见图2）。

（2）将螺纹套筒与钻杆焊接在一起，两者轴线需重合，避免钻坑过程中钻杆发生偏心转动（见图3）。

（3）根据灌砂法要求的试坑尺寸，制备出不同直径钻片的钻杆（见图4）；

通过多名不同的试验人员分别利用原有的工具和改造好的钻机反复做挖掘试验，记录每次挖坑耗时，并进行统计分析，证明使用改造好的试坑钻机挖掘速度会大幅提升，每个（Φ200mm×300mm）试坑挖掘时间由25min缩短为13.5min（见表2），试坑形状相较采用原有人工挖掘更规整，对试验人员的体力消耗也大幅降低。

表2 挖坑耗时统计

4.2 数据处理缓慢的解决方案

在灌砂法试验记录表（Excel）数据单元格内编制计算公式，将现场试验所得的数据输入记录表后，可以自动计算结果。数据处理能力大幅提升，并能及时出具现场施工可依据的试验结果，也可以随时检查数据输入是否错误。与使用计算器人工计算相比较，采用自动计算表大幅度减少试验数据的处理时间（由原来人工处理的30min 缩短为8min），且避免计算器使用过程中出现数据录入错误而导致试验结果不准确的现象（见表3）。

表3 人工处理和自动计算对比

4.3 解决质量不一的量砂间差异及标定不规范对检测结果产生影响等问题的方案：

4.3.1 每袋量砂启封时，对其洁净程度、干燥情况、粒径区间进行外观检查、含水率测试、过筛检测，结合密度测定器的标定确定量砂密度及灌砂漏斗所需量砂质量，将校验结果制成标签并挂牌。

避免不同厂家、不同批次生产的量砂混用，为后期试验提供及时正确有效的基础数据。表4 是笔者公司购买的北京中交工程仪器研究所生产的灌砂法专用砂的校验记录牌。

表4 灌砂法专用砂校验记录牌

4.3.2.标定量砂密度及灌砂漏斗所需量砂质量时的注意事项

（1）组装密度测定器时螺纹接头拧紧后做标记，日后组装都要在此定位。

（2）测定容砂瓶中体积时，每次校验用水的水温需保证恒定（允差范围内）。

（3）测定量砂密度过程中避免震动，当量砂停流时关闭阀门要迅速。

（4）测定灌砂漏斗所需量砂质量时要在洁净平面上进行。

标定过程要规范操作，形成的校验记录存档备查（见表5），有利于量值溯源及提高现场检测时效。

5 结语

（1）通过对检测路基压实系数试验（灌砂法）中主要节点的优化，节省了灌砂法试验时间，经验证：试验人员完成每200m测试6个测点所需时间由210min减少到117min，检测效率得到明显提高。

（2）试验中通过采用对试验器具的改良和利用计算机智能计算，节省大量的人力物力，解决了路基工作量大、检测任务重的难题。特别是对于土方填量大的工程，大大提高了现场路基的施工进度。

（3）对在库量砂逐袋标定并挂牌。按挂牌取对应的密度测定器及标定的量砂数据进行试验，不仅提高了灌砂法试验效率，还可以减小试验中的系统误差，确保检测结果准确可靠。

表5 灌砂法密度测定器校验记录表