高速鐵路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測方法標(biāo)準(zhǔn)的研究

1、高速鐵路路基壓實(shí)質(zhì)量檢測方法、標(biāo)準(zhǔn)的研究王光輝摘 要 在高速鐵路設(shè)計(jì)中，路堤填筑壓實(shí)不僅要考慮列車靜荷載的影響，其高速行駛中產(chǎn)生的動荷載沖擊力已經(jīng)不容忽視。本文通過采用地基系數(shù)K30、動態(tài)變形模量Evd、孔隙率n三種不同檢驗(yàn)方法對試驗(yàn)段碎石土路堤填筑壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析研究，以期提出高速鐵路路基檢測合理標(biāo)準(zhǔn)、方法。關(guān)鍵詞 檢測 地基系數(shù) 孔隙率1. 前言為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會的飛速發(fā)展，高速鐵路正在籌建和建設(shè)中。根據(jù)高速鐵路建設(shè)的需要，對路基本體填筑施工和質(zhì)量檢測也提出了新的要求。路堤壓實(shí)是保證路堤填筑質(zhì)量的關(guān)鍵，使得路基的壓實(shí)面臨著很多新問題，必須對其施工工藝及質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)做進(jìn)一

2、步的研究和探索。通過采用地基系數(shù)K30、動態(tài)變形模量EVD、孔隙率n三種不同檢驗(yàn)方法對試驗(yàn)段碎石土路堤填筑壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析研究，以期提出高速鐵路路基檢測合理標(biāo)準(zhǔn)、方法，對指導(dǎo)下步京滬高速鐵路的施工都具有重要的工程意義。2. 碎石土室內(nèi)檢驗(yàn)室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目有：最大干密度、最優(yōu)含水量、平均顆粒密度、破碎率、有機(jī)質(zhì)、擊實(shí)前后篩分試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)，其中CBR試驗(yàn)依據(jù)GB50123，其它試驗(yàn)依據(jù)鐵路標(biāo)準(zhǔn)。共進(jìn)行14組的碎石土室內(nèi)試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果及分析如下。2.1擊實(shí)前后篩分試驗(yàn)通過擊實(shí)前后篩分試驗(yàn)，主要是模擬填料經(jīng)現(xiàn)場碾壓前后的顆粒變化的情況，預(yù)測碎石土經(jīng)碾壓后的

3、級配狀況。擊實(shí)前后級配曲線圖見圖1、圖2，級配狀況見表1。從級配曲線和不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)可以看出：(1)經(jīng)擊實(shí)后，顆?？傮w向級配良好方向發(fā)展，少部分（如8、9、11、12）由于0.255mm顆粒較少，級配反而變差。(2)填料擊實(shí)前不均勻系數(shù)Cu在11.2221.4之間、曲率系數(shù)Cc在1.2932.0之間；擊實(shí)后不均勻系數(shù)Cu在106.73600之間、曲率系數(shù)Cc在0.085.0之間，加之粗顆粒含量差異較大，擊實(shí)前大于5mm顆粒含量P5在55.485.4之間，擊實(shí)后在36.069.0之間，反映出填料顆粒級配的相對不均勻。 擊實(shí)前后級配狀況表 表1序 號1234567Cu擊實(shí)前72105.750

4、38112183.3146.2擊實(shí)后129.4106.7150337.5172.2159.6180Cc擊實(shí)前2.74.943.565.9210.35.510.5擊實(shí)后1.071.350.731.343.32.35序 號891011121314Cu擊實(shí)前13.85221.411.277.7880347333.3擊實(shí)后25003600971.41333164Cc擊實(shí)前4.942.762.41.293.43329.3擊實(shí)后0.080.320.170.475(3)填料細(xì)顆粒含量相差較大，粒徑d0.074mm部分擊實(shí)前在0.516%之間，擊實(shí)后在在1.134.2%之間。法國道路壓實(shí)規(guī)范將d0.08mm顆

5、粒含量大于5的粗粒土定名為非自由排水粗粒土，美國陸軍工程師兵團(tuán)、墾務(wù)局將d0.075mm顆粒含量大于512的粗粒土定名為非自由排水粗粒土，在我國水利部門稱之為黏性粗粒土。由此可以將現(xiàn)場使用的填料按細(xì)顆粒含量分為黏性粗粒土和無黏性粗粒土兩類。2.2最大干密度及最佳含水量最大干密度及最佳含水量匯總見表2。 最大干密度及最佳含水量匯總表 表2序 號1234567最大干密度(g/cm3)2.192.132.172.152.132.092.12最佳含水量（%）7.47.87.37.98.18.48.1序 號891011121314最大干密度(g/cm3)2.042.072.152.042.072.111

6、.97最佳含水量（%）8.88.26.88.16.87.59.4根據(jù)現(xiàn)場及料源調(diào)查所取數(shù)據(jù)，湖州土主要分兩種土：一種為碎石土（1、2、3、4、5、6、7、10、13），最佳含水量在6.5%8.5%之間，干密度在2.092.19g/cm3之間，其擊實(shí)前后的篩分曲線比較接近，其填料等級都屬于為A、B類填料；另一種為角礫土（8、9、11、12、14），最佳含水量在8.0%9.5%之間，干密度在1.972.07g/cm3之間，其擊實(shí)前后的篩分曲線比較接近，其填料等級都屬于為A、B類填料。兩種土的平均顆粒密度為2.65g/cm3。現(xiàn)場取細(xì)顆粒土進(jìn)行液塑限試驗(yàn)，其液限WL在2935%之間，塑限指數(shù)在13.

7、515.6之間，屬于粉粘土。2.3 湖州碎石土的穩(wěn)定性能試驗(yàn)碎石土路基的穩(wěn)定與否，與碎石土中粗顆粒的強(qiáng)度和抗風(fēng)化能力息息相關(guān)，可通過測定破碎率及崩解率來評定填料的穩(wěn)定性。表3為各組土的破碎率及崩解率試驗(yàn)結(jié)果匯總表。 破碎率及崩解率試驗(yàn)結(jié)果匯總表 表3序 號1234567破碎率（%）21.328.419.821.222.920.722.9崩解率（%）0.310.390.230.270.290.360.48序 號891011121314破碎率（%）26.825.519.522.922.017.7/崩解率（%）0.530.470.170.220.130.6/2.3.1破碎率（堅(jiān)固性）試驗(yàn)破碎率是指碎

8、石土中一定級配粗顆粒在200kN外力作用下粗顆粒破碎成細(xì)顆粒的情況，以通過2.5mm篩下質(zhì)量百分率計(jì)。破碎率小，其顆粒抵抗破碎的能力強(qiáng)，巖塊的強(qiáng)度就高；反之，其顆粒抵抗破碎的能力弱，巖塊的強(qiáng)度低。從表3中實(shí)測破碎率來看，各組土中粗顆粒的抗壓碎能力較強(qiáng)，巖塊強(qiáng)度較高，可推定其具有非軟巖性質(zhì)。2.3.2崩解率試驗(yàn)?zāi)M自然界中溫度變化情況，測定碎石土中粗顆粒在溫度快速變化過程中的穩(wěn)定性能，以質(zhì)量損失率計(jì)?？赏茰y其相應(yīng)的抗風(fēng)化能力。從表中實(shí)測崩解率來看，均小于1，說明其粗顆粒的礦物成分穩(wěn)定，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。從上述各組土的破碎率及崩解率試驗(yàn)結(jié)果可以得出：填料的粗顆粒部分具有較高的強(qiáng)度、礦物成分穩(wěn)定、抗風(fēng)化

9、能力強(qiáng)，是性能穩(wěn)定的填料。2.4 湖州碎石土的承載比試驗(yàn)?zāi)M材料在使用過程中處于最不利狀態(tài)，一般情況下，可按飽水四晝夜作為設(shè)計(jì)狀態(tài)，按擊實(shí)試驗(yàn)求得試料得最佳含水量后，再按此最佳含水量制備所需試件。湖州碎石土的承載比試驗(yàn)結(jié)果分別為：80%、40%、65%。試驗(yàn)結(jié)果較好，（在高速公路的設(shè)計(jì)中一般規(guī)定CBR值大于8%就可用于路基的填筑）2.5 填料的工程特性通過對土場不同部位的取樣試驗(yàn)，以及過程抽檢結(jié)果表明：湖州土屬碎石土角礫土范疇，擊實(shí)前細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率在0.516之間，屬A、B類填料；擊實(shí)后細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率在1.134.2之間,其中有兩組屬C類填料，其細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率超過30%，其它均屬A

10、、B類填料，且級配較擊實(shí)前優(yōu)。細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率超過30%填料，嚴(yán)格限制填筑部位，僅用于基床以下部分。按細(xì)粒土組成可命名為黏性粗粒土和無黏性粗粒土。填料中粗顆粒的破碎率和崩解率較低，填料的穩(wěn)定性能好。碎石土的承載比CBR試驗(yàn)結(jié)果均滿足公路填料要求。3. 現(xiàn)場路堤壓實(shí)質(zhì)量的檢驗(yàn)及分析3.1 路堤壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)概述按現(xiàn)行規(guī)范要求，碎石土路堤壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)主要參數(shù)為孔隙率n、地基系數(shù)K30，孔隙率n主要采用核子密度儀、灌水法檢測，地基系數(shù)K30檢驗(yàn)采用平板荷載法檢測。根據(jù)本次試驗(yàn)段要求，引入動態(tài)變形模量EVD檢驗(yàn)參數(shù)，其方法為小型平板動態(tài)變形模量儀法。壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果3.1.1基床底層路堤壓實(shí)檢驗(yàn)結(jié)果總

11、結(jié)如下：（1）孔隙率n在分布在927.5之間，具體概率分布見圖3(樣本數(shù)為299個)。（2）地基系數(shù)k30均滿足150MPa的要求。（3）動態(tài)變形模量EVD實(shí)測數(shù)據(jù)在43106之間，具體概率分布見圖4(樣本數(shù)為300個)。3.1.2 基床以下部分路堤壓實(shí)檢驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如下：（1）孔隙率n分布在15.030.0之間，具體概率分布見圖5(樣本數(shù)為186個)。（2）地基系數(shù)k30均滿足130MPa的要求。（3）動態(tài)變形模量EVD實(shí)測數(shù)據(jù)在33106之間，具體概率分布見圖6(樣本數(shù)為140個)。3.2 不同檢驗(yàn)方法所得指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系3.2.1 孔隙率檢測方法對比本次孔隙率檢測采用核子儀法和灌水法比對，共

12、比對173點(diǎn)，舍去異常點(diǎn)10個，對163個樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析，樣本采用率為94.2%，結(jié)果如下：回歸方程為：n核0.0154+0.9934×n灌水相關(guān)系數(shù)為：r0.9911由此可以看出兩種方法檢驗(yàn)結(jié)果相互吻合，相關(guān)性好。具體回歸曲線見圖7。3.2.3地基系數(shù)k30與動態(tài)變形模量EVD之間的關(guān)系本次比對在基床底層進(jìn)行，共檢驗(yàn)抽樣299點(diǎn)，舍去異常點(diǎn)后，對272個樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和回歸分析，樣本采用率為91.0%，結(jié)果如下：回歸方程為：k3059.933+2.011×EVD相關(guān)系數(shù)為：r0.8663由此得到地基系數(shù)k30與動態(tài)變形模量EVD之間的對應(yīng)關(guān)系有一定的規(guī)律，但受填料種類

13、、級配、含水量等多個因素影響，不宜簡單的進(jìn)行回歸分析；可以對相對均勻的填料（如細(xì)粒土等）進(jìn)行比對。本次比對的回歸曲線見圖8。3.2.4孔隙率n與地基系數(shù)k30、動態(tài)變形模量EVD關(guān)系本次比對在整個路堤進(jìn)行，孔隙率n與地基系數(shù)k30共檢驗(yàn)抽樣453點(diǎn)，孔隙率n與動態(tài)變形模量EVD共檢驗(yàn)抽樣439點(diǎn)，其分布如圖9、圖10?？紫堵蕁一般在1725之間，其占88.3%，地基系數(shù)k30主要分在150250MPa/m間， k30150MPa/m占94.5%；動態(tài)變形模量EVD主要分在4585MPa間，其占87.2%，EVD45MPa占97.9%，孔隙率n與地基系數(shù)k30、動態(tài)變形模量EVD無明顯的相關(guān)關(guān)系

14、，是受與填料的顆粒和級配、含水量變化影響到實(shí)測結(jié)果之間的相關(guān)關(guān)系。3.3不同壓實(shí)測試方法的工效及適用性3.3.1 核子儀法、灌水法檢測孔隙率n核子儀法檢測一個斷面（3個點(diǎn)）孔隙率n，從準(zhǔn)備工作起計(jì)時，一般1人需時間1015min；灌水法現(xiàn)場2人則需時間2h左右，而且含水量測定還需回試驗(yàn)室進(jìn)行，加之前面已經(jīng)提到兩種方法之間的相關(guān)性好，誤差小，因此核子儀法遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于灌水法。3.3.2 地基系數(shù)k30檢測地基系數(shù)的檢測要足夠的反力，也就是需工程機(jī)械（主要是汽車）配合，因此，在空間狹小的過渡段、測試元器件附近等部位就難以進(jìn)行檢測，這是其不足之處。一般分體式（簡易k30）地基系數(shù)測試儀檢測1點(diǎn)需3545m

15、in，23人配合，一體化數(shù)控地基系數(shù)檢測車檢測1點(diǎn)需20min左右，需2人配合，時間差異的主要原因是前者需人工記錄、計(jì)算并判定每級荷載穩(wěn)定與否，需時長，而后者通過計(jì)算機(jī)程序控制，需時間短。但前者儀器購置費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者。3.3.3 動態(tài)變形模量EVD檢測動態(tài)變形模量EVD檢測1點(diǎn)需2人配合，耗時為35min。其優(yōu)點(diǎn)是適合空間狹小的過渡段、測試元器件附近等部位作業(yè)，不足點(diǎn)是設(shè)備需從國外進(jìn)口，國內(nèi)尚無維修站、合法計(jì)量標(biāo)定的單位，儀器的存儲量太小，一次只能存儲50個測點(diǎn)，一旦超過，之前的檢測數(shù)據(jù)將被后檢測的數(shù)據(jù)自動替換。通過大量的檢測數(shù)據(jù)表明，路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)中孔隙率一項(xiàng)要求相對較寬松，其中基床以下部分路

16、堤孔隙率n28占總數(shù)的4.84%；基床底層孔隙率n24占總數(shù)的5.35%?；惨韵虏糠謩討B(tài)變形模量Evd40MPa占總數(shù)的3.57（除第一層）；基床底層動態(tài)變形模量Evd45MPa占總數(shù)的0.33，Evd50MPa占總數(shù)的3.33。4. 結(jié)語通過對大量昆山試驗(yàn)段碎石土路堤質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)分析，建議高速鐵路路堤質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法如下：4.1作為高速鐵路填料，其質(zhì)量較以往鐵路路基工程的填料要求更高，除常規(guī)的填料檢驗(yàn)外，建議對其穩(wěn)定性能（破碎率、崩解率和水穩(wěn)性）及強(qiáng)度（承載比CBR）進(jìn)行檢驗(yàn)，綜合判定填料性能。4.2建議碎石土路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)如下表部 位碎石土壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)孔隙率n(%)地基系數(shù)k30(MPa/m)動態(tài)變形模量EVD（MPa）基