一种用于路基平板载荷试验的反力装置及现场测试方法与流程

本发明属于铁路路基检测技术领域，涉及一种用于路基平板载荷试验的反力装置及现场测试方法。

背景技术：

路基病害会影响铁路的运输能力和秩序，因此，有砟铁路既有线需定期对病害路基进行整治，以保障列车的持续正常运行。传统有砟铁路路基的整治基本靠人力进行，该方式作业效率低，质量不易控制，且受施工天窗及作业场地限制，基床换填厚度一般只有0.3m左右。随着我国铁路建设的快速发展，传统病害路基整治技术已难以满足重载、快速战略下铁路病害路基处理的需求。为实现铁路病害路基处理的高效率及高质量，并为以后使用大型养护机械积累实践经验，我国于2009年引进了奥地利plasser&theurer公司研制的ahm800r-ch型路基处理车，该路基处理车集成了道砟回收、砂石回填、压实等多重功能，可在清理出原有道床砟石的同时对面砟进行回收，回收的旧道砟经破碎后与砂、石粉等混合，并回筑、压实成为新的路基保护层。其优点在于标准化施工不仅提高了路基整治的效率和质量，使基床换填厚度可达0.5m，还显著减少了材料的供货及运输等成本。目前，ahm800r-ch型路基处理车已成功推广应用于上海、南宁、成都、昆明、哈尔滨铁路局辖区等典型地质气候条件区域内的有砟线路基床整治。因此，采用可靠度高、集成一体化的路基处理车整治路基病害，是未来工务维养的发展趋势。

为检验回填料物理力学参数及路基处理车施工参数的合理性，保证回填基床质量，路基检测至关重要。长期以来，既有线路基检测方法难以获取路基的变形指标，随着铁路的高速化和重载化，铁路路基的变形控制也愈加严格，工程界和学术界逐渐将地基系数k30引入到既有线路基检测中，通过路基平板载荷试验，评价路基整治效果。然而，由于路基处理车换施工全程中钢轨和轨枕始终位于基床正上方，且卸砟车紧跟其后作业，致使地基系数k30的检测面临作业空间不足和反力装置难以架设两大问题。以哈尔滨铁路局辖区伊敏-阿尔山区段路基处理车施工工程为例，图1给出了采用路基处理车换填基床的施工流程，从前至后依次包括废砟传送及回收ⅰ、旧砟破碎ⅱ、小挖挖掘面砟ⅲ、大挖挖掘底砟ⅳ、集料回筑及压实ⅴ、新集料传送ⅵ，路基处理车后方相隔一定距离为卸砟车回筑道砟ⅶ。其中，集料回筑及压实ⅴ与新集料传送ⅵ之间为第一区段a，该第一区段a为车载压实设备后的轨枕悬空区段；路基处理车与卸砟车之间为第二区段b，该第二区段b为未填砟区段。可以看出，仅有第一区段a及第二区段b具备测试条件。然而，若采用传统的路基平板载荷试验测定k30，在第一区段a开展检测工作会对路基处理车作业影响较大，而在第二区段b开展检测工作又会对卸砟车作业影响较大。此外，为适应路基处理车处路基的作业特点，k30检测操作还应尽可能地简便、快速。

目前，既有路基k30检测方法直接应用于第一区段a及第二区段b的路基质量检测时，由于现场作业空间不足和反力装置架设困难等问题，检测往往耗时较长，对路基处理车和卸砟车的正常作业干扰较大。同时，反力架搭设(如地锚反力架)甚至还会导致路基发生一定程度的破坏。因此，传统的现场测试方法无法适应路基处理车的高效作业过程。

技术实现要素：

本发明的目的旨在克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够适应路基处理车及卸砟车作业特点、提高k30检测效率、并能更好地匹配路基处理车的施工工序的用于路基平板载荷试验的反力装置及现场测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于路基平板载荷试验的反力装置，该反力装置利用一对钢轨以及与钢轨固定相连的轨枕的自重为平板载荷仪中的反力杆提供反力，所述的装置包括一对分别与两侧钢轨固定连接的螺杆支撑机构以及设置在两螺杆支撑机构之间的反力梁，该反力梁的底面与反力杆相接触，并为反力杆提供反力。反力梁通过对称的两个螺杆支撑机构与钢轨固定连接，以便利用钢轨及轨枕的自重为反力杆提供反力。

所述的反力梁的底面上开设有与反力杆的顶部相适配的反力杆限位槽。反力杆的顶部卡设在反力杆限位槽内，并通过反力杆限位槽实现反力杆在反力梁长度方向上的限位，有效减小加载过程中k30平板载荷仪中反力杆的横向移动，以便在进行路基平板载荷试验时，使反力杆与反力梁之间稳定接触，提高反力施加过程的安全性。

所述的反力梁的底面上沿反力梁长度方向均匀开设有多个反力杆限位槽，并且所述的反力杆限位槽位于两螺杆支撑机构之间。反力梁底面上的多个反力杆限位槽便于反力杆在一定范围内沿反力梁长度方向移动。根据实际测试需要，调整反力杆在反力梁长度方向上的位置，并通过对应的反力杆限位槽与反力梁稳定接触，以实现不同位置的k30检测。

所述的螺杆支撑机构包括一上一下平行设置且分别与钢轨的顶端、底端相连的顶板、底板以及同时贯穿顶板及底板并分别与顶板及底板固定连接的螺杆，所述的反力梁与螺杆固定连接。顶板及底板将钢轨紧紧夹在中间，螺杆将顶板、底板及反力梁固定连接在一起。

作为优选的技术方案，所述的反力梁与螺杆相垂直。

作为优选的技术方案，所述的螺杆为空心螺杆。

所述的反力梁的两侧均设有螺杆，两侧螺杆之间设有反力梁螺栓，并通过反力梁螺栓与反力梁固定连接。反力梁螺栓与反力梁螺母配合使用，反力梁螺栓同时穿过两螺杆及反力梁，通过对称的两个螺杆将反力梁紧紧夹在中间，以保证反力梁的稳固。

作为优选的技术方案，所述的反力梁为工字型反力梁。

所述的螺杆上沿螺杆轴向均匀开设有多个连接孔，所述的反力梁沿螺杆轴向移动设置在两螺杆之间，并通过反力梁螺栓及连接孔与螺杆固定连接。反力梁上设有反力梁螺孔，沿螺杆轴向调整反力梁在两螺杆之间的位置，即将反力梁调整至所需高度，之后将反力梁螺栓同时穿过连接孔及反力梁螺孔，并利用反力梁螺母将反力梁与螺杆紧紧固定在一起。通过反力梁的上下移动，实现高度调整，以适应不同现场条件。

所述的钢轨的两侧均设有螺杆，所述的反力梁与两螺杆均固定连接。通过多点固定，以保证装置的平衡及稳定。

钢轨的两侧均设有螺杆，同时反力梁的两侧均设有螺杆，即每个螺杆支撑机构中设有四个螺杆，前后方向上的螺杆将反力梁夹在中间，左右方向上的螺杆将钢轨夹在中间，使装置具有足够的牢固性及稳定性。

所述的螺杆上设有顶板螺母及底板螺栓，所述的顶板及底板均位于顶板螺母与底板螺栓之间，并分别通过顶板螺母、底板螺栓与螺杆固定连接。顶板螺母及底板螺栓分别从上方及下方对顶板、钢轨及底板进行竖直方向上的限位。

作为优选的技术方案，所述的螺杆上还设有底板螺母，该底板螺母与底板的顶面相连，保证底板的稳定性。

所述的底板上开设有与钢轨的底部相适配的钢轨限位槽。钢轨的底部卡设在钢轨限位槽内，使底板能够更好地贴合钢轨底面，并对钢轨进行限位。

可根据实际需要，更换不同的底板，以适应不同型号的钢轨。

一种采用所述的反力装置进行路基平板载荷试验的现场测试方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)结合路基平板载荷试验的测点布置要求及路基处理车作业安排确定最优测点位置方案；

(2)将反力梁、螺杆及顶板装配在一起，并置于钢轨上预设位置处；

(3)将底板装配在螺杆上，之后调节反力梁的高度，使反力梁的底面与反力杆的顶部相接触，并将反力梁与螺杆固定连接在一起；

(4)预加压力以检验反力装置的工作状态，之后进行路基平板载荷试验；

(5)该测点测试完成后，拆除底板，并将装置移动至下一测点；

(6)重复步骤(3)至步骤(5)，直至完成所有测点的测试。

采用ahm800r-ch型路基处理车施工时，有两个位置便于架设上述反力装置并开展路基k30检测：第一区段为车载压实设备后的轨枕悬空区段，第二区段为路基处理车与卸砟车之间的未填砟区段。在第一区段进行k30检测的优点在于能够即时反映基床的回填和压实质量，从而可以最为迅速地调整回填料和压实参数，最大程度地减小参数不匹配对路基质量的影响。在第二区段进行k30检测的优点在于作业空间较大，不影响路基处理车的正常作业。

步骤(1)中，测点的选择依据如下：开始施工时，在第一区段进行检测；待参数证实合理后，则以第二区段内的检测为主，并可在施工一定距离后在第一区段内进行抽检。其中，第一区段内的k30检测，可依据路基处理车作业工序，如开挖速度、回填速度、保养计划等，确定旧砟回收车、新料补给车调度及保养时路基处理车的暂停位置，并结合k30检测的测点布置要求，制定对路基换填和道砟回填作业影响最小的测点位置方案；在第二区段内的k30检测，可依据新料补给车调度及卸砟车作业安排，并结合k30检测的测点布置要求，制定对路基换填和道砟回填作业影响最小的测点位置方案。

步骤(2)中，在测试前先将反力梁、螺杆及顶板装配在一起，便于进行快速转移及装置架设。

步骤(3)中，选择与钢轨型号相匹配的底板并对称安装于两钢轨底部，以固定反力梁，期间可同时搭设k30平板载荷仪。

步骤(4)中，在k30检测开始前，加载系统预加20kpa压力以检验反力装置的工作状态，有异常情况时卸除预加压力，并对平板载荷仪、反力梁高度等进行调整，重复预加载过程直至装置预加载响应正常，之后进行路基平板载荷试验。

依照k30平板载荷试验操作规范，分级加载并记录试验结果；速算地基系数k30并与目标值比较，以为填料物理力学参数和路基处理车施工参数的调整提供量化参考。

步骤(5)中，当一个测点测试完成后，只需通过拆除及安装底板，便可将装置移动至下一测点进行测试。

可通过重复上述步骤，以获取不同位置的检测结果。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)反力装置拆解后占用空间小，测试时架设及转移速度快，可适应ahm800r-ch型路基处理车的施工过程，尽可能减小了k30检测作业对施工的影响；同时，结合路基处理车、卸砟车的作业特点，本发明给出了采用上述反力装置进行路基k30检测的现场测试方法，通过反力装置配合现场测试方法，解决了传统地基系数k30检测面临的操作空间不足及反力装置架设困难两大问题，提高了路基处理车施工过程中k30检测的速度，减小了k30检测对路基处理车作业的影响；

2)反力装置利用一对钢轨以及与钢轨固定相连的轨枕的自重为平板载荷仪中的反力杆提供反力，不仅节省了空间，且避免了地锚反力架等现有反力装置对路基造成的破坏，安全性好；

3)当k30检测方案制定考虑路基处理车作业工序时，即k30检测方案与路基处理车作业工序匹配时，可实现对路基换填作业的零干扰。

附图说明

图1为ahm800r-ch型路基处理车换填基床的施工流程图；

图2为实施例1中反力装置的主视结构示意图；

图3为实施例1中反力装置的左视结构示意图；

图4为实施例1中反力梁的仰视结构示意图；

图5为实施例1中螺杆支撑机构的俯视结构示意图；

图6为实施例1中现场测试方法的流程示意图；

图中标记说明：

1—反力梁、2—连接孔、3—反力梁螺栓、4—螺杆、5—顶板、6—顶板螺母、7—底板、8—钢轨、9—底板螺栓、10—反力杆限位槽、ⅰ—废砟传送及回收、ⅱ—旧砟破碎、ⅲ—小挖挖掘面砟、ⅳ—大挖挖掘底砟、ⅴ—集料回筑及压实、ⅵ—新集料传送、ⅶ—卸砟车回筑道砟、a—第一区段、b—第二区段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图2、图3所示的一种用于路基平板载荷试验的反力装置，该反力装置利用一对钢轨8以及与钢轨8固定相连的轨枕的自重为平板载荷仪中的反力杆提供反力，装置包括一对分别与两侧钢轨8固定连接的螺杆支撑机构以及设置在两螺杆支撑机构之间的反力梁1，该反力梁1的底面与反力杆相接触，并为反力杆提供反力。

如图4所示，反力梁1的底面上沿反力梁1长度方向均匀开设有三个与反力杆的顶部相适配的反力杆限位槽10，并且反力杆限位槽10位于两螺杆支撑机构之间。

螺杆支撑机构包括一上一下平行设置且分别与钢轨8的顶端、底端相连的顶板5、底板7以及同时贯穿顶板5及底板7并分别与顶板5及底板7固定连接的螺杆4，反力梁1与螺杆4固定连接。

如图5所示，每个螺杆支撑机构中设有四个螺杆4，反力梁1的两侧均设有螺杆4，两侧螺杆4之间设有反力梁螺栓3，并通过反力梁螺栓3与反力梁1固定连接。螺杆4上沿螺杆4轴向均匀开设有四个连接孔2，反力梁1沿螺杆4轴向移动设置在两螺杆4之间，并通过反力梁螺栓3及连接孔2与螺杆4固定连接。钢轨8的两侧均设有螺杆4，反力梁1与两螺杆4均固定连接。螺杆4上设有顶板螺母6及底板螺栓9，顶板5及底板7均位于顶板螺母6与底板螺栓9之间，并分别通过顶板螺母6、底板螺栓9与螺杆4固定连接。底板7上开设有与钢轨8的底部相适配的钢轨限位槽。

一种采用上述反力装置进行路基平板载荷试验的现场测试方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)结合路基平板载荷试验的测点布置要求及路基处理车作业安排确定最优测点位置方案，具体流程如图6所示；

(2)将反力梁1、螺杆4及顶板5装配在一起，并置于钢轨8上预设位置处；

(3)将底板7装配在螺杆4上，之后调节反力梁1的高度，使反力梁1的底面与反力杆的顶部相接触，并将反力梁1与螺杆4固定连接在一起；

(4)预加压力以检验反力装置的工作状态，之后进行路基平板载荷试验；

(5)该测点测试完成后，拆除底板7，并将装置移动至下一测点；

(6)重复步骤(3)至步骤(5)，直至完成所有测点的测试。

实施例2：

本实施例中，反力梁1的底面上沿反力梁1长度方向均匀开设有两个与反力杆的顶部相适配的反力杆限位槽10，螺杆4上沿螺杆4轴向均匀开设有两个连接孔2，其余同实施例1。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。