一种综合地基系数测试装置及方法

技术领域

本发明涉及铁路工程技术领域，具体而言，涉及一种综合地基系数测试装置及方法。

背景技术

针对现有地基系数K30的检测数量及检测方法，存在以下几点缺陷：每个测试结果只能代表检测点的地基系数，难以综合说明检测路段的地基系数；且较少的检测点更难以代表整体路段的压实情况；压路机作为反力装置的传统方法，试验仪器不便安装，工作效率较低；传统方法一次只能测试一个点的地基系数，全路段检测工作效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合地基系数测试装置及方法，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一方面，本申请实施例提供了一种综合地基系数测试装置，所述装置包括纵向承重钢桁梁、K30试验装置、承载板、横向连接钢桁梁和移动设备，所述K30试验装置安装在所述纵向承重钢桁梁的每跨跨中的下方，所述K30试验装置包括千斤顶；所述承载板安装在所述纵向承重钢桁梁的顶面，所述承载板上均匀布置有沙袋；所述横向连接钢桁梁安装在相邻的两片所述纵向承重钢桁梁之间，用于横向连接两片所述纵向承重钢桁梁，所述横向连接钢桁梁与所述纵向承重钢桁梁组成网状架结构；所述移动设备用于移动所述网状架结构至下一路段，以进行下一路段的综合地基系数测试。

可选的，所述移动设备包括立柱、滚轮装置、制动装置、滑槽、牵引设备和钢丝绳，所述立柱的顶端与所述纵向承重钢桁梁的下端连接，所述立柱的底部设置有套筒，所述滚轮装置包括螺杆、滚轮和连接件，所述连接件包括顶板和滚轴，所述滚轮安装在所述滚轴上，所述螺杆安装在所述顶板上，所述套筒与所述螺杆连接，所述制动装置安装在所述顶板上且位于所述滚轮的正上方，所述滑槽沿路基纵向铺设，所述滑槽布置在所述滚轮装置的下方，并横向卡住所述滚轮装置的滚轮，使所述滚轮在所述滑槽内滚动，所述钢丝绳一端连接在所述牵引设备上，另一端连接在所述网状架结构的中间位置。

可选的，当所述纵向承重钢桁梁为奇数个时，所述钢丝绳的另一端连接在位于所述网状架结构中间位置的所述纵向承重钢桁梁上，当所述纵向承重钢桁梁为偶数个时，所述钢丝绳的另一端连接在位于所述网状架结构中间位置的所述横向连接钢桁梁上，所述制动装置为安装在所述连接件的顶板上的螺栓构件，所述螺栓构件位于所述滚轮的正上方，通过所述螺栓构件与所述滚轮之间的摩擦力实现所述滚轮的制动功能，所述立柱的数量为若干个，所述立柱安装在所述纵向承重钢桁梁的两侧的下端，并且均匀分布在所述纵向承重钢桁梁的每一侧。

可选的，相邻的两片所述纵向承重钢桁梁包括第一纵向承重钢桁梁和第二纵向承重钢桁梁，所述第一纵向承重钢桁梁的一端与所述第二纵向承重钢桁梁的一端之间连接有所述横向连接钢桁梁，所述第一纵向承重钢桁梁的另一端与所述第二纵向承重钢桁梁的另一端之间也连接有所述横向连接钢桁梁。

第二方面，本申请实施例提供了一种综合地基系数测试方法，所述方法包括：

获取第一输入信息，所述第一输入信息包括综合地基系数测试装置安装好的确认信息；

发送第一控制命令，所述第一控制命令包括千斤顶对地基进行施压的命令；

获取至少两个第一试验数据，所述第一试验数据包括K30试验装置所采集到的当前检测点的试验数据，所述第一试验数据包括第一路基沉降量实测值和第一路基加载应力；

基于所述至少两个第一试验数据，计算得到第一路基沉降量理论值，根据所述第一路基加载应力与所述第一路基沉降量理论值，计算得到当前检测路段的综合地基系数；

发送第二控制命令，所述第二控制命令包括控制移动设备拉动所述综合地基系数测试装置移动至下一检测路段的命令。

可选的，所述基于所述至少两个第一试验数据，计算得到第一路基沉降量理论值，根据所述第一路基加载应力与所述第一路基沉降量理论值，计算得到当前检测路段的综合地基系数，包括：

采用最小二乘法对所述至少两个第一试验数据进行非线性拟合，并确定非线性模型，基于所述第一路基加载应力和所述非线性模型得到所述路基沉降量的拟合值；

基于所述第一路基沉降量实测值和所述路基沉降量的拟合值，得到回归系数向量；

基于所述回归系数向量，将所述第一路基加载应力带入所述非线性模型中计算得到路基沉降量理论值；

基于所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值，得到当前检测路段的综合地基系数。

可选的，所述基于所述第一路基沉降量实测值和所述路基沉降量的拟合值，得到回归系数向量，包括：

基于所述第一路基沉降量实测值和所述路基沉降量的拟合值，得到所述第一路基沉降量实测值和所述路基沉降量的拟合值的误差平方和；

采用向量偏导数求导法则对所述误差平方和求偏导，并令偏导为零，求得使所述误差平方和最小的所述非线性模型的回归系数向量。

可选的，所述基于所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值，得到当前检测路段的综合地基系数，包括：

基于所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值，绘制所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值关系曲线；

根据所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值关系曲线，得到当前检测路段的综合地基系数。

可选的，所述基于所述至少两个第一试验数据，计算得到第一路基沉降量理论值，根据所述第一路基加载应力与所述第一路基沉降量理论值，计算得到当前检测路段的综合地基系数后，还包括：

获取路基压实验收标准；

将所述路基压实验收标准与所述当前检测路段的综合地基系数进行对比，得到路基压实质量的综合评价结果；

针对不同的路基压实质量的综合评价结果，相应生成不同种类的提示码；

根据所述不同种类的提示码，发出不同类型的通知信息，以提示相关人员进行相应处理。

可选的，所述发送第二控制命令，所述第二控制命令包括控制移动设备拉动所述综合地基系数测试装置移动至下一检测路段的命令后，还包括：

发送第三控制命令，所述第二操作命令包括千斤顶对地基进行施压的命令；

获取至少两个第二试验数据，所述第二试验数据包括K30试验装置所采集到的所述下一检测路段中检测点的试验数据，所述第二试验数据包括第二路基沉降量实测值和第二路基加载应力；

基于所述第二试验数据，计算得到第二路基沉降量理论值，根据所述第二路基加载应力与所述第二路基沉降量理论值，得到下个检测路段的综合地基系数。

本发明的有益效果为：

1、本发明针对综合地基系数的检测，提供了一种快速测试装置，有效提高全路段检测工作效率。

2、本发明提出综合地基系数的概念，对检测路段进行多点同时检测，对试验数据进行非线性回归处理，得出综合地基系数的具体数值，再与规范评价指标结合对检测路段的路基压实情况进行综合评价，使评价指标更符合实际情况。

3、本发明的装置底部安装有滑轮与制动装置，沿线路安装有滑槽，实现装置的可移动性与制动性，进而实现检测点的快速转移与连续作业，提高试验路基的检测工作效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例中所述的一种综合地基系数测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中所述的纵向承重钢桁梁的结构示意图；

图3是本发明实施例中所述的K30试验装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中所述的滚轮装置的结构示意图；

图5是本发明实施例中所述的滑槽的结构示意图；

图6是本发明实施例中所述的一种综合地基系数测试方法流程示意图。

图中标记：1、纵向承重钢桁梁；2、承载板；3、横向连接钢桁梁；4、立柱；5、滚轮装置；6、制动装置；7、滑槽；8、牵引设备；9、钢丝绳；10、K30试验装置；51、螺杆；52、滚轮；53、连接件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号或字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供了一种综合地基系数测试装置，所述装置包括纵向承重钢桁梁1，K30试验装置10，承载板2、横向连接钢桁梁3和移动设备，所述K30试验装置10安装在所述纵向承重钢桁梁1的每跨跨中的下方，所述K30试验装置10包括千斤顶；所述承载板2安装在所述纵向承重钢桁梁1的顶面，所述承载板2上均匀布置有沙袋；所述横向连接钢桁梁3安装在相邻的两片所述纵向承重钢桁梁1之间，用于横向连接两片所述纵向承重钢桁梁1，所述横向连接钢桁梁3与所述纵向承重钢桁梁1组成网状架结构；所述移动设备用于移动所述网状架结构至下一路段，以进行下一路段的综合地基系数测试。

实施例中的地基系数K30是新线铁路控制基床和路堤填料压实质量的主要指标之一，是表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小。

针对传统方法检测效率低下的问题，本发明设计多跨装配式钢桁架，在每跨跨中处安装试验仪器，钢桁梁上均布恒载，也就是沙袋用以抵抗试验过程中千斤顶所加顶升荷载，并通过力的相互作用反向对路基进行加载，实现路基多点同时试验。

本实施例中的装置采用钢桁梁设计，可根据实际需求沿线路纵向与横向自由组装设计跨数与装桁架片数，实现装置的可装配化；并可同时进行多点地基系数的检测试验，为综合地基系数提供了一种检测手段。

如图4-图5所示，在本公开的一种具体实施方式中，所述移动设备包括立柱4、滚轮装置5、制动装置6、滑槽7、牵引设备和钢丝绳9，所述立柱4的顶端与所述纵向承重钢桁梁1的下端连接，所述立柱4的底部设置有套筒，所述滚轮装置5包括螺杆51、滚轮52和连接件53，所述连接件53包括顶板和滚轴，所述滚轮52安装在所述滚轴上，所述螺杆51安装在所述顶板上，所述套筒与所述螺杆51连接，所述制动装置6安装在所述顶板上且位于所述滚轮52的正上方，所述滑槽7沿路基纵向铺设，所述滑槽7布置在所述滚轮装置5的下方，并横向卡住所述滚轮装置5的滚轮52，使所述滚轮52在所述滑槽7内滚动，所述钢丝绳9一端连接在所述牵引设备8上，另一端连接在所述网状架结构的中间位置。

本实施例中在立柱底部安装滑轮与制动装置，并沿线路方向布设滑槽，将滑轮安装在滑槽内，用压路机或卷扬机等牵引设备牵引网状架结构移动，即可实现试验路段的快速检测，极大提高工作效率。

在本公开的一种具体实施方式中，当所述纵向承重钢桁梁1为奇数个时，所述钢丝绳9的另一端连接在位于所述网状架结构中间位置的所述纵向承重钢桁梁1上，当所述纵向承重钢桁梁1为偶数个时，所述钢丝绳9的另一端连接在位于所述网状架结构中间位置的所述横向连接钢桁梁3上，所述制动装置6为安装在所述连接件53的顶板上的螺栓构件，所述螺栓构件位于所述滚轮52的正上方，通过所述螺栓构件与所述滚轮52之间的摩擦力实现所述滚轮52的制动功能，所述立柱4的数量为若干个，所述立柱4安装在所述纵向承重钢桁梁1的两侧的下端，并且均匀分布在所述纵向承重钢桁梁1的每一侧。

在本公开的一种具体实施方式中，相邻的两片所述纵向承重钢桁梁1包括第一纵向承重钢桁梁和第二纵向承重钢桁梁，所述第一纵向承重钢桁梁的一端与所述第二纵向承重钢桁梁的一端之间连接有所述横向连接钢桁梁3，所述第一纵向承重钢桁梁的另一端与所述第二纵向承重钢桁梁的另一端之间也连接有所述横向连接钢桁梁3。

实施例2

如图6所示，本实施例提供了一种综合地基系数测试方法，该方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4和步骤S5。

步骤S1、获取第一输入信息，所述第一输入信息包括综合地基系数测试装置安装好的确认信息；

步骤S2、发送第一控制命令，所述第一控制命令包括千斤顶对地基进行施压的命令；

步骤S3、获取至少两个第一试验数据，所述第一试验数据包括K30试验装置所采集到的当前检测点的试验数据，所述第一试验数据包括第一路基沉降量实测值和第一路基加载应力；

步骤S4、基于所述至少两个第一试验数据，计算得到第一路基沉降量理论值，根据所述第一路基加载应力与所述第一路基沉降量理论值，计算得到当前检测路段的综合地基系数；

步骤S5、发送第二控制命令，所述第二控制命令包括控制移动设备拉动所述综合地基系数测试装置移动至下一检测路段的命令。

本实施例提出综合地基系数概念，对路基多点检测数据非线性回归处理，得出综合地基系数，根据对检测路基压实情况进行综合评价。所述综合地系数代表的是整个检测路基的压实情况，与实际情况更为接近。

在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S4，还可以包括步骤S41、步骤S42、步骤S43和步骤S44。

步骤S41、采用最小二乘法对所述至少两个第一试验数据进行非线性拟合，并确定非线性模型，基于所述第一路基加载应力和所述非线性模型得到所述路基沉降量的拟合值；

步骤S42、基于所述第一路基沉降量实测值和所述路基沉降量的拟合值，得到回归系数向量；

步骤S43、基于所述回归系数向量，将所述第一路基加载应力带入所述非线性模型中计算得到路基沉降量理论值；

步骤S44、基于所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值，得到当前检测路段的综合地基系数。

在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S42，还可以包括步骤S421和步骤S422。

步骤S421、基于所述第一路基沉降量实测值和所述路基沉降量的拟合值，得到所述第一路基沉降量实测值和所述路基沉降量的拟合值的误差平方和；

步骤S422、采用向量偏导数求导法则对所述误差平方和求偏导，并令偏导为零，求得使所述误差平方和最小的所述非线性模型的回归系数向量。

在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S44，还可以包括步骤S441和步骤S442。

步骤S441、基于所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值，绘制所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值关系曲线；

步骤S442、根据所述第一路基加载应力与所述路基沉降量理论值关系曲线，得到当前检测路段的综合地基系数。

在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S4后，还可以包括步骤S6、步骤S7、步骤S8和步骤S9。

步骤S6、获取路基压实验收标准；

步骤S7、将所述路基压实验收标准与所述当前检测路段的综合地基系数进行对比，得到路基压实质量的综合评价结果；

步骤S8、针对不同的路基压实质量的综合评价结果，相应生成不同种类的提示码；

步骤S9、根据所述不同种类的提示码，发出不同类型的通知信息，以提示相关人员进行相应处理。

本实施例将综合地基系数与规范评价指标结合对检测路段的路基压实情况进行综合评价，根据综合评价结果生成不同种类的提示码，可以更加直观的查看到当前路基的压实质量，更加方便相关的工作人员进行后续的操作，提高工作效率。

在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S5后，还可以包括步骤S10、步骤S11和步骤S12。

步骤S10、发送第三控制命令，所述第二操作命令包括千斤顶对地基进行施压的命令；

步骤S11、获取至少两个第二试验数据，所述第二试验数据包括K30试验装置所采集到的所述下一检测路段中检测点的试验数据，所述第二试验数据包括第二路基沉降量实测值和第二路基加载应力；

步骤S12、基于所述第二试验数据，计算得到第二路基沉降量理论值，根据所述第二路基加载应力与所述第二路基沉降量理论值，得到下个检测路段的综合地基系数。

本实施例在所述综合地基系数测试装置移动至下一检测路段的命令后，会再次进行K30试验装置的试验数据采集工作，可对被检测路基进行连续的检测作业，提高检测效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。