高速铁路路基施工质量检测方法论述
中国科技期刊数据库  工业C
2015年24期  247
高速铁路路基施工质量检测方法论述
李旺顺
中国水利水电第一工程局有限公司，吉林 长春130000
摘要：京沪高速铁路土建工程三标段四工区管段内路基约5公里，其路基现场检测项目有：压实系数、孔隙率、地基系数K30、静态变形模量Ev2、动态变形模量Evd 、标准灌注试验、动力触探、静力触探等试
验方法。 关键词：京沪高铁；路基；质量检测项目；方法 中图分类号：U213.1  文献标识码：A  文章编号： 1671-5810(2015)24-0247-02
1 概述
京沪高速铁路是《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项工程，也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路，正线全长约1318公里，与既有京沪铁路的走向大体并行，全线为新建双线，设计时速350公里，初期运营时速300公里，共设21个客运车站。该项工程设计工期5年，2013年投入运营。京沪高速铁路全线铺设无缝线路和无砟轨道，路基施工质量检测方法多样。
2 设计标准及施工技术指标 结合设计图纸、《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》及《工程质量无损检测实施细则》中对京沪高速铁路路基填筑质量检测的规定。
3 开展的现场试验检测参数
路基压实质量应同时满足密度指标和刚度指标的规定。密度指标是指压实系数K 和孔隙率n 两项指标，刚度指标是指地基系数K30、变形模量（Ev2/Ev1）、动态变形模量Evd 三项指标。静力触探可划分土层界面、土类定名、确定地基承载力和单桩极限荷载、判定地基土液化可能性及测定地基土的物理力学性能参数。
报高铁乘务条件
3.1 K30平板荷载试验机使用条件及要求
（1）地基系数K30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。他是用直径为300mm 的刚性承载板进行静压平板荷载试验，取第一次加载测得的应力—位移（σ—s ）曲线上s 为1.25mm 所对的荷载σs ，按K30=σs/1.25计算得出，单位：MPa/m 。
（2）K30平板荷载仪式由刚性承压板、千斤顶、百分表或位移传感器、基准支架和反力装置等组成。
（3）K30平板荷载试验适用于粒径不大于荷载板1/4的各类土石混合料。测试有效深度范围为400～500mm 。 反力装置的承载力应大于最大试验荷载10KN 。
（4）K30适用于均匀地基土（如粗、细粒土）地基系数K30的检测，对于拌合较均匀的级配碎石也是符合测试要求的，而对于颗粒不均匀的碎石土，其K30检测就难以得出准确可靠的测试结果。
（5）在进行K30测试时，发现不同时间的K30测试结果差别较大，尤其对级配碎石来讲更为明显。这是由于不同的检测时间，其路基的含水量及板结强度不同，若在碾压完毕后2～3d 再进行K30测试，这样虽然K30测试结果提高了，满足了K30的设计要求，但这样做会造成K30测试结果无可比性、不可信。因此，为了检测路基填筑质量而进行的K30试验，只有在碾压完毕时一定时限内进行测试才有意义。
（6）测试地基系数时，应对仪器进行测试校验。新仪器进行试验的三个月内，应每月标定一次，以做
出相应误差修正。当三次标定误差小于±5%时，仪器进入稳定期。
（7）场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去松土，当处于斜坡上时，应将荷载板支撑面做成水平面。
（8）试验结果及制图
图1荷载强度与下沉量关系曲线图
根据试验结果绘出荷载强度与下沉量关系曲线，见图1. 3.2 二次变形模量Ev2试验及适用条件及要求
（1）平板荷载Ev2试验的目的在于测出应力—位移曲线，并对地面的变形量与承载力的关系进行分析计算，通过应力—位移曲线得出变形模量Ev2。
在试验过程中，通过一圆形承载板和加载装置对地面进行反复依次地加载和卸载，将测得的承载板下的标准应力σ0跟与之相应的逐个位移s 以应力—位移曲线的形式显示在图表上。
（2）平板荷载Ev2试验适用于粗粒土，混合颗粒土及塑性硬质细颗粒土的检测。检测时，承载板下面不能有大于承载板直径1/4的颗粒。快干性的等粒径的砂子、地面表层硬化或软化、试验前地面表层受破坏的地方不符合检测条件。被测土体的密度必须尽可能保持不变。细粒土（粉砂、黏土）只有在压实的条件下方可进行检测。
（3）用承载板上的盒式水准器检查测试面是否水平。液压缸放在承载板中心位置上，并与加载反力装置底面垂直，并且要进行加固以防倾倒。承载板反力装置着力点的净距离对于直径300mm 的承载板不得小于0.75m ，直径600mm 的承载板不得小于1.10m ，直径762mm 的承载板不得小于1.30m 。加载反力装置要进行加固以防移动。加载反力装置安装要牢固、安全。以上要求也适用于斜面测试。
（4）位移测试时通过测量表，即位移传感器完成 测量承载板的位移时，首先要将传感器触点放到承载板的中心位置上。支撑架的着地点与加载装置的着地点的距离不得少于1.25m 。支撑架须保持水平状态，位移传感器，即测量表必须垂直于测试面。安装承载板时需注意把位移传感器的触点无约束地放入承载板上测量孔中，并保持在承载板中心位置上。检测进行中平板载荷试验仪和加载装置不得晃动。
（5）在平板荷载试验开始之前，将力和位移传感器，即测量表调整到零值。然后对承载板进行预加载大约30秒
钟，对于直径300mm 和600mm 的承载板预加应力为0.01MN/m 2
，
直径762mm 的承载板预加应力为0.005MN/m 2
。该级荷载下的位移传感器，即测量表显示为零值。
（6）要测得变形模量Ev2值必须至少分6级进行等时
间间距的加载，来达到预定的最大应力值。从一级到下一级
施工技术
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的荷载量值变化必须在1min 内完成，承载板的卸载按最大荷载的50%、25%、0%三个级进行。卸载后，按照前面同样的操作步骤，保持与前面各级相同的荷载范围进行又一轮（第二次）加载，但只是加到第一轮荷载的最后一级。
（7）每次加载和卸载时，必须在本机荷载达到要求值开始算起120s 后，方可进行下一级荷载变化的操作。对于交通道路工程的持力层可将该等待时间缩短为60s 。荷载在每一加载等级上要保持恒定。检测结果必须在每次荷载变化前填入检测记录表上。
检测中如果意外出现了一个大于预定的加载值，不可对其改动，而是应将其记录在检测报告上并加以注明。见图2。
图2 应力——沉降量关系曲线图
3.3 动态变形模量Evd 试验及适用条件及要求
（1）Evd ——动态变形模量是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs 和冲击时间ts 作业下抵抗变形能力的参数。它由平板压力公式Evd=1.5×r ×σ/s 计算得出。其中Evd 味动态变形模量（MPa ）；r 为圆形刚性荷载板的半径（mm ）；σ为荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上，由最大冲击力Fs=18
ms 时标定得到的，即σ=0.1MPa ；s 为实测荷载板下沉幅值，即荷载板的沉降值（mm ）；1.5为荷载板形状影响系数。实测结果采用公式Evd=22.5/s 计算。
（2）Evd 动态变形模量测试仪也称“轻型落锤仪”（德文缩写：LFG ），是用于检测土体压实指标动态变形模量Evd 的专用仪器。该仪器的工作原理是利用落锤从一定高度自由下落在弹簧阻尼装置上，产生的瞬间冲击荷载，通过弹簧阻尼装置及传力系统传递给Ф300mm 的承载板，在承载板下面（即测试面）产生符合列车高速运行时对路基面产生的动应力，使承载板发生沉陷S ，即阻尼振动的振幅，由沉陷测定仪采集记录下来，沉陷值S 越大，择被测点的承载力越小，反之越大。
（3）目前，动态变形模量Evd 在我们铁路中主要应用
于新建铁路、既有线提速改造工程中，依据《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004），将“Evd 动态平板荷载试验”作为“K30平板荷载试验”的快速试验方法，根据该规程条文说明中的Evd 与K30的换算关系，由Evd 快速推算出K30值（见表3-1）。
（4）动态变形模量Evd 标准的采用，可真正实现试验方法的大幅度简化、减轻试验人员的劳动强度、提高检测效率；试验结果将更符合实际，更能保证测试结果的准确、客观，它的应用将使我国路基施工质量监控和检测技术达到国际县级水平。
（5）沉陷测试范围：（0.1-2.0）mm ±0.05mm ；Evd 测试范围：10MPa<Evd<225MPa 。
3.4 静力触探试验及适用条件要求
（1）将圆锥形探头按一定速率均匀压入土中，量测其灌入阻力锥头阻力、侧壁摩擦阻力的过程称为静力触探试验。静力触探是工程地质勘查中的一项原位测试方法，可用于：
划分图层，判定图层类别，查明软、硬夹层及图层在水平和垂直方向的均匀性；评价地基土的工程特性（容许承载力、压缩性质、不排水剪切强度、水平向固结系数、饱和沙土液化势、沙土模式度等）；静力触探适用于软土、粘性土、粉土、砂类土及含少量碎石的土层。
（2）设备的组成：触探主机、探头的负荷传感器（参照JJG391-85《负荷传感器试行检定规程》检定）、孔隙压力传感器（应参照JJG860-94《压力传感器检定规程》进行检定）。探头传感器一般应每隔3个月校准一次。
（3）静力触探确定地基基本承载力和极限承载力时，应综合考虑场地土的工程性质和建筑物特点。无地区使用经验和循时，可据土层类别和比贯入阻力Ps 的取值应符合相关规定。
（4）以深度（H ）为纵坐标，以锥头阻力qc （或比贯入阻力ps ）、侧壁摩阻力fs 摩阻比F 及孔隙压力u 为横坐标，绘制关系曲线。
4 结束语
按照京沪高速铁路《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》及《工程质量无损检测实施细则》的相关要求，质量必须达到设计要求的结构安全和使用功能，施工应积极采用先进的设备和工艺，保证工程质量，主体结构质量实现零缺陷，满足设计寿命期限内正常运营的需要。了解和掌握路基质量检测的必要性，评价路基施工过程中或竣工后的质量，检验路基是否达到设计要求，验证路基是否具有足够的强度能够承受列车动载的作用，同时具备保证列车安全、舒适运行的合理刚度。
参考文献
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[2]杨，晓，芳.京沪高速铁路路基工程沉降变形观测及评估论述[J].高速铁路技术，2012（2）：79-81.
[3]王文霞.戈壁风沙区高速铁路路基压实质量检测方法[J].科学之友，2012（5）：92-95.
作者简介：李旺顺，京沪高速铁路三标段四工区安全技术部主任。

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