高速鐵路路基動態(tài)平板荷載試驗檢測方法

1、高速鐵路路基動態(tài)平板荷載試驗檢測方法【摘要】文章介紹了動態(tài)變形模量測試儀的工作原理，并通過動態(tài)平板載荷試驗對土體動力特性進行研究，來檢測和判斷路基的質(zhì)量。 【關(guān)鍵詞】高速鐵路；路基；動態(tài)平板荷載Evd 一、概述 路基的施工質(zhì)量關(guān)系到整個工程的質(zhì)量、進度和列車運行安全，科學(xué)、合理的監(jiān)控測試方法是保證路基施工的重要措施。在路基工程施工中，土體壓實是一個最基本的問題，但僅用密實度指標(biāo)來檢測和判斷路基的質(zhì)量有其局限性。因為路基填土的施工方法不同，含水量的差異和擊實標(biāo)準(zhǔn)的差別，相同密實度的土體其力學(xué)性能指標(biāo)有較大差異。因此，在檢測密實度的基礎(chǔ)上，將強度及變形指標(biāo)作為反映路基

2、承載力的壓實標(biāo)準(zhǔn)，是國內(nèi)外路基施工質(zhì)量檢測技術(shù)的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的強度及變形參數(shù)指標(biāo)通過靜態(tài)平板荷載試驗測得，即檢測地基系數(shù)K30，而路基實際承受的荷載不僅有靜荷載，還有列車運行時對路基產(chǎn)生的動荷載。特別是高速鐵路，動荷載產(chǎn)生的沖擊力對路基的影響更為明顯，也就是說，路基的穩(wěn)定性和變形問題主要是由于動荷載引起的，所以，采用模擬列車運行時產(chǎn)生的動應(yīng)力及動應(yīng)變形指標(biāo)作為路基的填筑質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)將更科學(xué)合理、更符合實際情況。 在浙贛線電氣化提速改造工程施工中運用的DBM型動態(tài)變形模量測試儀，主要用于測試基床表層級配碎石、橋涵過渡段的承載力指標(biāo)動態(tài)變形模量Evd和地基系數(shù)K30。動態(tài)變形模量檢測方

3、法也已經(jīng)納入鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程土工試驗規(guī)程。 二、動態(tài)變形模量測試的工作原理 動態(tài)彈性模量Evd（dynamic modulus of deformation）是指土體在一定大小的豎向沖擊力和沖擊時間作用下抵抗變形能力的參數(shù)。根據(jù)平板壓力公式，動態(tài)變形模量可按下式計算：Evd1.5×r×/s（MN/m2）式中：1.5承載板形狀影響系數(shù)；r承載板的半徑，這里為150mm；路基最大動應(yīng)力；s承載板的沉陷值（mm）。此公式表示按照彈性各項同性半空間理論，并假定橫向變形系數(shù)為0.21時，圓形剛性板在豎向集中荷載作用下的地面沉陷。

4、 動態(tài)變形模量測試儀主要有落錘儀和沉陷測定儀組成。落錘儀包括：脫鉤裝置、落錘、導(dǎo)向桿、阻尼裝置、承載板等，沉陷測定儀主要包括傳感器、放大器、數(shù)據(jù)處理器、打印機和電源。 動態(tài)變形模量測試儀的工作原理是：采用一定質(zhì)量的落錘，從一定高度自由落下，通過阻尼裝置、承載板，對路基產(chǎn)生瞬間的沖擊，使路基產(chǎn)生沉陷。也就是采用一定質(zhì)量的落錘，從一定高度自由落下，模擬列車運行時對路基產(chǎn)生的動荷載效應(yīng)沖擊路基，在沖刷能相同的條件下，測試路基的垂直變形值，以此計算路基的動態(tài)變形模量Evd指標(biāo)。從理論上講，路基碾壓越密實，沉陷值越小，路基的動態(tài)變形模量Evd值越高；反之，路基的Evd值越低。

5、0;根據(jù)公式計算的動態(tài)變形模量值即代表被測點的承載力。沖擊力（動應(yīng)力）由落錘的落高和阻尼裝置控制，它的大小及延時時間要符合列車高速運行時對路基產(chǎn)生的沖擊力，“暫規(guī)”中規(guī)定，路基最大設(shè)計動應(yīng)力為0.1MPa。路基在動應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的沉陷值，即路基產(chǎn)生的垂直變形值由沉陷測定儀測得。沉陷測定儀的工作原理是：落錘自由落下對路基產(chǎn)生的震動信號經(jīng)傳感器、放大器、低通濾波器、采樣保持器輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由單片微機進行數(shù)據(jù)處理，最后由液晶顯示器（LCD）顯示和打印機打印測試結(jié)果。 動態(tài)變形模量測試儀的測試深度，即落錘自由下落對路基產(chǎn)生的沖擊影響深度，也是該測試儀的主

6、要技術(shù)指標(biāo)和研究內(nèi)容之一。落錘的質(zhì)量和落高是決定沖擊影響深度的主要因素，落高一定時，落錘越重，影響土體的深度越深，反之則越淺。但對于便攜式測試儀來說，落錘太重，不便于攜帶。所以在研制時，采用直徑為30cm的承載板，10kg的落錘。落錘從一定高度自由落下，通過阻尼裝置、承載板對路基產(chǎn)生沖擊，再通過在土體中不同深度處分層埋設(shè)壓力和的試驗方法，測試沿土層深度方向錘擊能量衰減的程度，來確定沖擊影響深度。根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析，錘擊能量的大部分（約70%）消耗在40cm厚的土層內(nèi)。因此可以得出落錘沖擊路基的影響深度為4050cm，滿足路基施工中每層填土碾壓后30cm的分層檢測要求。 用動態(tài)變形模量測

7、試儀檢測路基的承載力，與動力觸探法檢測路基的承載力相比，它們的相似之處在于：它們都是采用一定質(zhì)量的落錘，以一定高度自由落下。但兩者的檢測原理和檢測方法完全不同：動力觸探設(shè)備簡單，操作方便，檢測速度快，但影響檢測結(jié)果的因素較多，如探桿側(cè)壁摩擦阻力的影響、地下水的影響、探桿的連接剛度等，是一種較為粗略的定性方法；而動態(tài)變形模量的檢測方法是采用電子技術(shù)獲得路基填筑信息或數(shù)據(jù)的一種先進的檢測方法，可直接測得路基在動荷載作用下所發(fā)生的力和變形的參數(shù)，即動態(tài)彈性模量。 三、動態(tài)平板荷載試驗儀的主要技術(shù)性能參數(shù)及適用范圍 1測試范圍滿足：10MPaEvd225MPa； 2測試深

8、度范圍：400500mm； 3測試面最大坡度：5%； 4總重：35kg，落錘重：10kg； 5最大沖擊力：7.07kN； 6承載板直徑：300mm；厚度：20mm； 7沉陷測試范圍：0.202.00mm；精度：±5%； 8環(huán)境溫度范圍：040； 9電源：4節(jié)5號干電池，2組。 適用范圍：Evd動態(tài)平板荷載試驗適用于粒徑不大于荷載板直徑1/4的各類土和土石混合填料，測試有效深度范圍為400500mm。它廣泛適用于鐵路、公路、機場、城市交通、港口、碼頭及工業(yè)與民用建筑的地基施工質(zhì)量監(jiān)控測試。也能適用于場地狹小

9、的困難地段的檢測，如路橋（涵）過渡段及路肩的檢測。  四、主要特點 動態(tài)平板荷載試驗是一種新的檢測方法，與其他傳統(tǒng)的試驗方法相比，具有以下特點： 1用Evd動態(tài)平板載荷試驗方法檢測路基的動態(tài)變形模量Evd指標(biāo)，操作簡單、測試速度快，檢測一點只需三分鐘。所以，在施工中可以增加檢測點的數(shù)量，使試驗數(shù)據(jù)更全面、更有代表性；并且還可以隨時跟蹤檢測，真正實現(xiàn)施工過程中的質(zhì)量監(jiān)   監(jiān)控。 2該檢測方法是模擬列車高速行駛時對路基產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)進行動態(tài)測試，與靜載試驗相比，更能反映路基土的實際受力情況，所以這種測試方法特別適合鐵

10、路、公路、機場等受動荷載作用的地基質(zhì)量監(jiān)控測試。 3檢測儀器體積小、重量輕（總重量不超過35公斤，單件重不超過15公斤）、安裝攜帶方便，且不需外加附屬設(shè)備。在路基的狹窄地段，如路橋過渡段、邊坡附近檢測也非常方便適用。 4通過在細(xì)粒土、碎石土、粗粒土、級配碎石等土類，幾百組與靜載測試的對比試驗，試驗結(jié)果表明：在同一路段，填料相同時，兩者具有良好的相關(guān)關(guān)系。測試數(shù)據(jù)數(shù)字顯示且現(xiàn)場打印，確保測試結(jié)果準(zhǔn)確、客觀。 5無核輻射及廢氣等污染，操作使用安全、環(huán)保。 五、應(yīng)用情況 動態(tài)變形模量測試儀于1999年開始在秦沈客運專線等路基施工中使用。 在

11、浙贛線電氣化提速改造工程施工中，對細(xì)粒土、粗粒土、碎石土、級配碎石等填料進行了動態(tài)變形模量Evd檢驗，根據(jù)現(xiàn)場的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，Evd與地基系數(shù)K30之間具有較好的相關(guān)性。所以，根據(jù)某種條件下對同類性質(zhì)的填料的Evd與K30的相關(guān)關(guān)系，可以推算出測試點的地基系數(shù)K30值。 在高速鐵路中直接將Evd作為基床表層和過渡段的壓實指標(biāo)，與K30同時作為必檢指標(biāo)。 動態(tài)平板荷載試驗方法與動態(tài)變形模量測試儀的應(yīng)用，將真正實現(xiàn)路基承載力的檢測方法的大幅度減化，試驗結(jié)果更符合實際，檢測速度、效率大幅度提高，經(jīng)濟效益和社會效益顯著提高，受到建設(shè)、監(jiān)理和施工單位的好評。 六、結(jié)論與建議 通過檢測路基的動態(tài)變形模量來評價路基的壓實效果和施工質(zhì)量，是路基施工質(zhì)量檢測技