客运专线路基k30、ev2、evd检测技术.docx

客运专线铁路路基K30、Ev2、Evd检测技术1、地基系数K30检测1.1 名词解释地基系数K30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。它是用直径为300mm的刚性承载板进行静压平板载荷试验，取第一次加载测得的应力位移（s）曲线上s为1.25mm所对应的荷载s，按K30=s1.25计算得出，单位:MPa/m。1.2国内外发展现状二十世纪三十年代开始美国提出的压实度指标，即压实系数K、相对密度Dr或孔隙率n至今仍然作为世界各国路基设计及施工控制的土的压实质量标准。虽然压实度为参数的路基压实质量标准具有击实试验指导现场施工、现场检测简便等优点，但是，对于高速铁路或其他对强度指标要求严格的情况，仅靠压实度参数来反映填土的压实质量就有其局限性。为了保证路基填土的强度指标，七、八十年代，许多国家开始用强度及变形指标作为路基填土质量控制参数，即所谓的“抗力检测法”。其中包括美国的CBR（加州承载比值）标准，德国、法国、奥地利和瑞士等国家的静态变形模量Ev2 标准，日本的地基系数K30 标准等。可见，采用强度及变形参数作为控制指标是路基质量标准的一大进步。我国铁路系统自1985年大秦线施工引入K30平板载荷试验以来，在铁路建设中已经逐步推广应用。从二十多年K30在我国铁路系统应用的情况来看，无论是仪器设备、试验方法,还是设计标准均已比较成熟。地基系数K30已成为新线铁路控制基床和路堤填料压实质量的主要指标之一，并已正式列入铁路路基工程质量检验评定标准(TB10414-98)和铁路路基设计规范(TB10001-99)。K30平板载荷试验作为一种强度及变形指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力。我国参照日本JISA1215-1995年修订版公路的平板载荷试验方法和德国的DIN18134平板载荷试验-1993年修订版，并吸收近年来的科研成果和施工经验，同时针对实际应用中存在的问题，制订了“K30平板载荷试验”方法，该方法首次正式纳入2004年4月1日起开始实施的铁路工程土工试验规程（TB101022004）。1.3 K30平板载荷试验的适用条件和要求对平板载荷试验测试值大小的影响因素很多。包括填料的性质、级配、压实系数、含水率、碾压工艺、最大干密度、最佳含水量、试验操作方法及测试面平整度等。为了规范试验过程，提出了平板载荷试验的适用条件和要求。1.3.1 K30平板载荷试验适用于粒径不大于载荷板直径1/4的各类土和土石混合填料。由于K30的荷载板直径只有300mm因此对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定的限值，否则颗粒粒径过大，级配不均匀，K30的测试结果就会带来较大的误差，难以真实反映路基的压实情况。根据秦沈客运专线的经验，K30适用于均匀地基土(如粗、细粒土)地基系数K30的检测，对于拌和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。1.3.2K30平板载荷试验的测试有效深度范围为400500mm。由于K30平板载荷试验成果所反映的是压板下大约15倍压板直径深度范围内地基土的性状，因此要想真实全面地反映更深土层的情况，尚需结合其他的检测手段进行综合评定。1.3.3对于水分挥发快的均粒砂，表面结硬壳、软化、或因其他原因表层扰动的土，平板载荷试验应置于扰动带以下进行。影响K30测试结果的因素很多，但含水量变化是造成K30测试结果偶然误差的主要因素，也就是说K30测试结果具有时效性。一般来说，控制在最佳含水量附近施工，路基压实系数较高，路基质量好，基床表面刚度较大，K30测试结果较高。但是由于受季节及天气气温变化的影响，其水分的蒸发程度不同，含水量差别较大，因而含水量为一变量。实践证明，碾压完毕后，路基含水量大时，K30试结果就小；含水量小时，K30测试结果就高。由于击实土处于不饱和状态，含水量对其力学性质的影响很大。这就造成K30测试结果因含水量变化而离散性大、重复性差。为此，现场测试应消除土体含水量变化的影响。1.3.4对于粗、细粒均质土，宜在压实后24h内进行。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23 d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。1.3.5测试面必须是平整无坑洞的地面。对于粗粒土或混合料造成的表面凸凹不平，应铺设一层约23mm的干燥中砂或石膏腻子。此外，测试面必须远离震源，以保持测试精度。细粒土（粉砂、黏土）只有在压实的条件下方可进行检测。在不确定的情况下，要对地面不同深度进行检测，地面以下最深至d(d=承载板直径)。1.3.6雨天或风力大于6级的天气，不得进行试验。1.4 仪器设备1.4.1荷载板：荷载板为园形钢板, 其直径为30cm、板厚为25mm。荷载板上应带有水准泡。1.4.2加载装置：1）液压千斤顶与手动油泵, 通过高压油软管连接。千斤顶顶端应设置球铰，并配有可调节丝杆和加长杆件，以便与各种不同高度的反力装置相适应。选用荷载应大于或等于50kN。2）液压油软管长度至少为2m，两端应装有自动开闭阀门的快速接头，以防止液压油漏出。3）手动液压泵上应装有一个可调节减压阀，可准确地分级对荷载板实施加、卸载。4）测压表量程应达到最大试验荷载的1.25倍, 精度不低于0.6级。5）当使用测力计直接测量加荷荷载时，测力计精度应达到1。1.4.3反力装置的承载能力应大于最大试验荷载10kN。 1.4.4下沉量测量装置由测桥和测表组成。测桥是用于安装测表固定支架或作为测表量测基准面，由长度大于3m的支撑粱和支撑座组成，当跨度为4m时其截面系数应大于或等于8cm3。测表宜配置34个精度为0.01mm的百分表或电子数显百分表, 量程应不小于10mm, 每个测表应配有可调式固定支架。1.4.5其他：铁锹、钢板尺（长400mm）、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、铅垂、褶尺、干燥中砂、石膏、油、遮阳挡风设施等。1.5试验仪器的校验要求1.5.1测试地基系数时，应对仪器进行测试校验。1.5.2新仪器进行试验的三个月内，应每月标定一次，以作出相应误差修正。当三次标定误差小于5%时，仪器进入稳定期。1.5.3仪器每次投入新工点或每年必须予以校验一次。1.6试验操作步骤1.6.1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。1.6.2安置平板载荷仪：1)将荷载板放置于测试地面上，应使荷载板与地面良好接触，必要时可铺设一薄层干燥砂（23mm）或石膏腻子。当用石膏腻子做垫层时，应在荷载板底面上抹一层油膜，然后将荷载板安放在石膏层上，左右转动荷载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触，与此同时可借助荷载板上水准泡或水准仪调整水平。2)将反力装置承载部分安置于荷载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点必须距荷载板外侧边缘1m以外。3)将千斤顶放置于反力装置下面的荷载板上，可利用加长杆和通过调节丝杆，使千斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上，组装时应保持千斤顶垂直不出现倾斜。4)安置测桥，测桥支撑座应设置在距离荷载板外侧边缘及反力装置支承点1m以外。测表的安放必须相互对称，并且应与荷载板中心保持等距离。1.6.3加载试验：1)为稳固荷载板, 预先加0.01MPa荷载，约30秒钟，待稳定后卸除荷载，将百分表读数调至零或读取百分表读数作为下沉量的起始读数。2)以0.04MPa的增量,逐级加载。每增加一级荷载，应在下沉量稳定后，读取荷载强和下沉量读数。3)当总下沉量超过规定的基准值（1.25mm），或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。1.6.4当试验过程出现异常时(如荷载板严重倾斜, 荷载板过度下沉), 应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度，重新进行试验。对出现的异常应在试验记录表中注明。1.7试验结果计算及制图1.7.1 根据试验结果绘出荷载强度与下沉量关系曲线，见图1。图1.荷载强度下沉量S关系曲线1.7.2 从荷载强度与下沉量关系曲线得出下沉量基准值时的荷载强度，并按下式计算出地基系数：K30=s/ss （1）式中：K30 由直径30cm的荷载板测得的地基系数（MPa/m），计算取整数。- -S曲线中ss =1.2510-3m相对应的荷载强度(MPa)。ss 下沉量基准值（=1.2510-3m）。1.8试验记录格式表1 K30平板载荷试验记录工程名称 填料类型 试验编号 工程地点 填层厚度 试验日期施工单位 检测里程 试验人员荷载板直径 检测标高 试验负责人 加载顺序荷载强度(Mpa)油压表读数P压(Mpa)下沉量s(mm)(百分表读数)荷载板中心下沉量（mm）表1表2表3平均预压0.01复位0.0010.0420.0830.1240.1650.2060.24复核 年 月 日 试验 年 月 日1.9随机误差校正1.9.1由被测土体表面状态影响,所出现的随机误差可通过作图法和K30 ADJUST程序进行校正。1.9.2 作图法校正见图2所示。图2. 随机误差的校正示意1)当试验结果如图中曲线时，曲线经坐标原点，可不校正。2)当试验误差结果如图中曲线时，应在曲线出现明显拐点的位置沿正常曲线延伸,使交S轴于O1点,此时零点下移S,标准下沉量应为S1=Ss+S，并由此对应的荷载强度计算出Ks值。3)当试验结果如图中曲线时，应在曲线出现明显拐点的位置沿正常曲线曲率延伸,使交S轴于O3点，此时零点上移S，标准下沉量应为S3=SS-S，并由此对应的荷载强度计算出KS值。1.10 K30平板载荷试验仪校验方法1.10.1 K30平板载荷试验仪在使用中应定期进行校验,以消除由于仪器自身系统液压阻力变化所引起的测量误差。通过校验测定出实际加载值或实际荷载板正应力值与系统压力表读数值之间的相关关系，建立其回归方程，并经整理绘制成图表，以作为K30平板载荷试验的计算基础。1.10.2 K30平板载荷试验仪校验的技术条件1 试验仪配置的压力表、百分表（或电子数显表）应定期送检进行计量标定。2 试验仪液压系统应不渗漏油。3 用于校验的压力支架或压力机的承载能力应大于50 kN。4 用于校验的压力机的计量误差应小于10 N，压力传感器计量误差应小于5N。1.10.3 K30平板载荷试验仪的校验有以下二种方法：1 测定实际加载值F与压力表读数值P压之间的相关关系1）校验时，如图3所示，将K30试验仪安放于压力支架或压力机上，其上端安置业已送检过的测力仪。通过手动油泵对试验仪进行逐级增量加压直至加到预计的最大测量载荷为止，按表2记录每次增量加压后的测力仪和压力表的读数，反复进行三次，以求出每次增量平均值。图3校验方法1示意1-支架；2-测力仪；3-千斤顶；4-30荷载板；5-压力表；6-手动油泵表2 校验方法1记录表加 载级 数测力仪示值(kN)实际加载 值F(kN)压力表读数值P压(MPa)123平均123平均1000000.0000.0000.0000.0002345678校验员 核验员 校验日期 年 月 日2）整理校验数据后得出其回归方程为： (2) 式中： F实际加载值，（kN）；压力表读数，（MPa）； B斜率； A截距。3）在进行测试时，可根据公式(1)由P压得出相对应的F值并按公式(2)计算出荷载板正应力值。 （3）式中： 荷载板正应力，（MPa）； W试验仪的基本重量，（kN）； A30cm荷载板面积，706.86cm2。注：试验仪的基本重量W包括千斤顶、荷载板及组装在板上的仪表支架等重量，至于测试过程中在千斤顶上端增加的接杆重量，由于已被相应增加的系统阻力所抵消，故不予以考虑。2 测定荷载板正应力与压力表读数值P压之间的相关关系1）校验时，如图4所示，将K30试验仪安放于压力支架或压力机上，其下端安置业已送检过的压力传感器。通过手动油泵对试验仪进行逐级增量加压直至加到预计的最大测量载荷为止，按表3记录每次增量加压后的压力传感器和压力表的读数，反复进行三次，以求出每次增量平均值。 图4校验方法2示意1-支架；2-测力仪；3-千斤顶；4-30荷载板；5-压力表；6-手动油泵7-压力传感器；8-传感器示值表表3 校验方法记录表加 载级 数压力传感器示值(kN)实际荷载板正应力值（MPa）压力表读数值P压(MPa)123平均123平均1000000.0000.0000.0000.00020.0430.0840.1250.1660.2070.2480.28校验员 核验员 校验日期 年 月 日2）整理校验数据后得出其回归方程为： （4）3）在进行测试时，可根据公式()由P压得出相对应的值。1.10.4 K30平板载荷试验仪校验周期：在新仪器使用的前三个月内，应每月校验标定一次，以作出相应的误差修正，当三次标定的误差小于5，即认为仪器已进入稳定期。但仪器每次投入新工点使用前或每年必须予以校验一次。1.11举例（德国工业标准DIN18134，2001年9月版）德国工业标准DIN18134（2001年9月版）中对EV2和Ks平板载荷试验所采用的仪器设备和试验方法做了具体的规定。德国铁路标准中采用EV2而不采用K30，而对于公路和机场等铺盖式建筑结构的测试，要获取地基系数ks原则上采用直径762mm的承载板，亦称为DIN18134 762检测。平板载荷试验所采用的位移测试设备的安装见图5。EV2和Ks的测试在国际上普遍采用的是具有代表性的德国HMP马格德堡测量仪器制造有限责任公司开发PDG系列EV2和Ks测试仪（见图6）。图例说明：a）按照秤杆原理设计的可旋转的测量臂；位移测试时要考虑杠杆的比例hP:hM。b）单轴可伸缩移动的测量臂;位移测试比例为1:1。1、测量表，即位移传感器5、荷载2、支架 6、垂直支架3、旋转点7、支座4、测量臂8、触点sM、s 位移测量表，即位移传感器图5 带触点的位移测试装置图例其中，预压荷载为0.005MN/m，并保持垂直状态，直到承载板的位移变化值小于0.02mm/min，然后按照标准应力分别为0.04MN/m, 0.008MN/m, 0.14MN/ m 和0.2MN/m分四个等级逐级递增加载检测。在每级检测的等侯时间均以位移变化量不超过0.02mm/min为止。在卸载时，只需要中间分一级标准应力为0.08MN/m即可。地基系数ks由公式（5）计算：ks = 0 / s = 0 / 0.00125 （5）式中：ks 地基系数，单位： MN/m；0 平均标准应力，单位：MN/m；s 承载板位移，单位： m。例如：地基系数ks可通过表4中的测试值计算得出。表4 测试值加载阶段序号荷载FkN平均应力0MN/m承载板位移smm04.560.0100118.240.0400.31236.480.0800.56363.850.1400.97491.210.2001.53536.480.0801.1660.000.0000.57应力位移曲线（见图6）中有时可能会出现一个变曲点（反弯点），需要做一条切线进行零点修正，并要将位移s*从修正的零点0*算起。用修正过的零点0*和修正过的位移s*计算出的结果：ks = 0 / s* = 0.186 MN/m / 0.00125m = 148.8 MN/m图6 确定地基系数的应力位移曲线2、二次变形模量Ev2检测2.1名词解释2.1.1平板载荷试验平板载荷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Ev。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0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。2.1.2变形模量Ev土体的变形模量Ev值是通过一次加载或重复加载测得的应力位移曲线上0.30max 和 0.70max之间的位移割线斜率来确定的。2.1.3二次变形模量Ev2一次加载的变形模量值为一次变形模量，用EV1表示；二次加载的变形模量值为二次变形模量，用EV2表示。2.2国内外发展现状在平板载荷试验应用过程中，常用的加载方式有单循环静载和二次循环静载。单循环静载是按每级40kPa加载，当每级加载完成后，每间隔一分钟读取百分表一次，直至两次读数符合沉降稳定要求，才能转到下一级荷载，直至试验最大荷载为止。二次循环静载也是按每级40kPa加载，分级加载到最后一级荷载的沉降稳定后，开始卸载，卸载梯度按最大荷载的0.5或0.25倍逐级进行，全部荷载卸除后记录其残余变形，之后又开始另一加载循环。采用d=30cm的荷载板试验计算变形模量时，荷载一直加到沉降值达5mm或承压板正应力达到0.5MPa为止。为了更有效地分析土的变形性质和承载能力，德国标准采用了二次循环静载法，其结果采用二次变形模量Ev2表示。Ev2是德国、法国及欧洲一直沿用的、成熟的路基压实设计标准和检测技术，德国铁路路基标准DS836中规定了Ev2的设计标准值，且二次变形模量Ev2的试验规程执行德国工业标准DIN18134。Ev2测试在国际上普遍采用的是具有代表性的德国HMP马格德堡测量仪器制造有限责任公司开发的PDG系列Ev2测试仪（见图A）。“PDG”即“平板载荷试验仪”的德文缩写。目前，国内由于铁路一直沿用的是K30标准，所以，对于Ev2还没有技术储备，具体表现在以下几个方面：仪器设备方面，国内目前还没有Ev2检测设备，国产的K30仪器是无法检测Ev2指标的；在检测方法方面，国内没有进行过立项研究，还不掌握Ev2的检测方法；在标准规范方面，国内还没有检测规程、规范和标准；在设计方面，还没有采用过Ev2参数，尚无Ev2设计经验。因此，为解决我国铁路客运专线路基上修建无碴轨道的关键技术问题，研究无碴轨道对路基的要求、路基压实指标Ev2的检测方法与标准，制定出Ev2试验检测规程与设计标准，推动我国铁路路基检测技术与设计标准的进步，使之与国际领先水平接轨是十分必要的。2.3仪器设备2.3.1 概论进行平板载荷试验的前提条件：a）加载反力装置（配重）。b）平板载荷试验仪，它由承载板、盒式水准器、加载装置、液压泵、液压缸和高压软管组成。c）垂直于承载面的用于检测力和承载板位移的装置。d）用于变形模量计算的数据处理器。2.3.2 加载反力装置平板载荷试验的加载反力装置是必不可少的,它提供的反力至少要大于检测中必须达到的最大荷载10kN以上。载重机动车,压路机及适当固定的重物都可作为加载反力装置。2.3.3 承载板承载板使用S355J0型钢制成。加工中对光洁度和粗糙度偏差要求符合图示1和2上的规定。承载板的直径必须为300mm，厚度为25mm。图中尺寸以mm计，一般偏差范围按:ISO 2768-mK 图例说明：1带有万向头的中心受力栓 2手柄 3孔径图1 带测量孔的直径300mm的承载板直径600mm和762mm的承载板，它的厚度必须为20mm，并且有对称排列的支撑加筋肋，在它上面放置直径300mm的承载板时可当底面使用，其内安置的销子或锁定装置在抬起承载板时起固定作用。承载板加工偏差要求直径为0.5mm，厚度为0.2mm。图中尺寸以mm计，一般偏差范围按:ISO 2768-mK。图例说明：1、承载板对中装置 3、加筋肋（t = 20mm）2、直径300mm的承载板 4、连接承载装置的插孔AAaa、缩小比例的示意图图2 带对称排列加筋肋的直径600mm和762mm的承载板2.3.4 加载装置加载装置是由一根至少2m长的高压软管将液压泵和液压缸连接而成的，并以此来实现对承载板的加载和卸载。为了使力的传递准确无误，液压缸必须两边固定，以防倾斜和翻倒。它的上升高度至少要能达到150mm。测试仪检测时的高度不得大于600mm，为了调整与加载反力装置的距离，有时须附加一个延长装置，这一装置至少可以使液压缸达到1000mm。加载装置延长部分要保证其抗压弯曲强度。2.3.5 测力装置承载板与液压缸之间设有一个机械或电子的力传感器。测力装置对每次加载测试所得到的数据误差范围最高不得超过1%。压力显示值：对于直径300mm的承载板精度至少要求达到0.001MN/m2，对于直径600mm和762mm的承载板至少要求达到 0.0001 MN/m2。力显示值的精度必须与要求的压力显示值的精度一致。要求适应的工作环境温度范围为040。2.3.6 位移测试装置位移测试原理如图3所示。位移测试装置是由一个可旋转的测量臂（见图3a）和一个单轴可伸缩移动的测量臂（见图3b）组成的。可旋转的测量臂位移测试装置只适用于检测深度至0.3m的坑槽。单轴可伸缩、移动的测量臂位移测试装置可以检测较深的坑槽。位移测试装置由以下几部分组成：l 三点支撑式支架（见图3中的2）l 垂直可移动的扭转和弯曲的测量臂（见图3中的4）l 位移传感器，即测量表（见图3中的1）承载板中心点到支架轴心的距离必须为（15005）mm。杠杆比hP:hM(见图3a)必须确定，但可在允许范围内调整，比值不得超过2.0。使用直径300mm和600mm的承载板检测时,位移测试装置的位移量程必须满足10mm，使用直径762mm承载板检测时，位移量程必须满足15mm，承载板位移测试误差不得超过0.04mm。测试值显示精确度至少要达到0.01mm。要求适应的工作环境温度范围为040。2.3.7 辅助仪器a） 铲；b） 钢尺，长度分别为400mm、700mm或800mm；c） 刷子；d） 抹刀、刮刀、直角三角板、测锤、折叠尺、干中砂、石膏、油；e） 遮阳挡风装置。图例说明：a）按照秤杆原理设计的可旋转的测量臂；位移测试时要考虑杠杆的比例hP:hM。b）单轴可伸缩移动的测量臂;位移测试比例为1:1。1、测量表，即位移传感器5、荷载2、支架 6、垂直支架3、旋转点 7、支座4、测量臂 8、触点sM、s 位移测量表，即位移传感器图3 带触点的位移测试装置图例2.3.8平板载荷试验仪的标定及校验平板载荷试验仪的标定和校验必须按规定执行。平板载荷试验仪出厂前和维修后都必须进行标定。平板载荷试验仪必须每年标定一次。2.3.9试验的前提条件平板载荷试验适用于粗颗粒土、混合颗粒土以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、试验前地面表层受到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。在不确定的情况下，要对地面不同深度进行检测，地面以下最深至d(d=承载板直径)。2.4试验步骤2.4.1测试面的准备工作准备一个与承载板面积大小相适应的测试面。借助工具（钢尺、抹刀或通过推移和转动承载板）尽可能地将测试面整平，清除地面上的杂物。2.4.2平板载荷试验仪的安装承载板要准确地放在测试面上。如果测试面稍有不平整，可用几毫米厚的干中砂或石膏糊充填找平。然后将承载板放在测试面上转动并轻砸使承载板与测试面密贴。使用石膏糊时承载板下会很滑，被压挤出的石膏应在凝固前清除，直到石膏凝固以后方可进行测试。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。承载板与加载反力装置着地点间的净距离对于直径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。2.4.3位移测试装置的安装位移测试是通过测量表,即位移传感器完成的。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。位移测试装置要有防日晒和防风沙的保护措施。检测进行中平板载荷试验仪和加载装置不得晃动。2.4.4预加载在平板载荷试验开始进行之前，将力和位移传感器，既测量表调整到零值。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，直径762mm的承载板预加应力为0.005MN/m。该级荷载下的位移传感器，即测量表显示为零值。2.4.5加载与卸载2.4.5.1概论平板载荷试验预计要达到的最大荷载和（或）最大位移是根据各自的检测目标位移、土的性质和承载板尺寸大小来确定的。2.4.5.2 变形模量Ev值的测试要测得变形模量Ev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。从一级到下一级的荷载的量值变化必须在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。每次加载和卸载时，必须在本级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(见1.5,表1和2)。在交通道路工程中，原则上使用直径300mm的承载板。在这种情况下使荷载不断增加,直到承载板的标准应力达0.5MN/m为止。如果位移先达到了5mm，则将其所对应的标准应力值作为最大应力值。使用直径600mm的承载板时，相应的极限值为0.25MN/m和8mm，使用直径762mm的承载板时相应的极限值为0.2MN/m和13mm。在出现异常检测结果时，很可能是承载板倾斜过大或沉陷过大造成的，这时测试点的土要挖到一定的深度，使测试面与承载板的直径相适应。同时，在地质情况有差异时，如土体压实度不同或遇到石块等，都应在检测记录中加以注明。如果被检测的土体中有颗粒强度极小（如：珍珠岩），或者，当荷载增加时位移出现很大的增长，则表明土体己接近破坏的临近状态，在这种较小的位移和一般的应力情况下，平板载荷试验都将会被终止。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。说明：在二次加载结束，尽管卸载后没有再继续加载,也可能会有第三次加载曲线出现的现象。2.4.6测试结果的分析、计算和表示2.4.6.1 应力-位移曲线将施加每一级荷载的平均标准应力0所对应的测量表即位移传感器的读数M填写到记录表格中（见1.5）。读数M与对应的承载板的位移s遵循图3b）中的测试原理，图3a）中所示承载板的位移s按方程式（1）由位移SM与杠杆比hP/hM的乘积计算得出。S=SMhP/hM （1）标准应力和位移标注在1.5节图示4中。由对应于每次加卸载测试在图中标注的点，绘出归属的应力位移曲线。为了区分加载和卸载的不同，必须用箭头在曲线上标明方向。检测记录必须包括以下内容：- 检测点位置；- 承载板直径；- 位移检测装置的类型，适当的时候要说明杠杆比hP/hM ；- 土体种类；- 测试面的平整程度；- 天气和温度；- 时间、日期；- 检测人员姓名；- 检测中断的记录与说明；- 位移测试结果和相应的标准应力值；- 应力位移曲线；- 检测数据分析与计算；- 适当的时候要在检测后描述测试面的表面情况。2.4.6.2变形模量Ev的计算变形模量是基于一次加载和二次加载应力位移曲线，通过二次多项式方程（2）计算得到的。s = a0 + a10 + a220 （2） 式中：0承载板下的平均标准应力，单位： MN/m；s 承载板的位移，单位： mm；a0二次多项式中的系数，单位： mm；a1二次多项式中的系数，单位： mm/(MN/m2)；a2二次多项式中的系数，单位： mm/(MN2/m4)。注：式中的系数是把测试值按下列最小误差二乘法计算得到的。a0n + a1 0i + a20i2 =si (B.1)a00i + a10i 2 + a20i3 =si0i (B.2)a00i 2 + a10i 3 + a20i4 =si0i2 (B.3)首次加载所获得的系数视作0级荷载在表1中不予考虑。二次多项式的系数由第一次和第二次加载的测试数据，根据标准方程式(B.1)、(B.2)和(B.3) 计算得出。作为辅助计算手段的计算设备，必须具有本方程式程序的编辑和分析功能。如果要应用计算程序算出变形模量EV，则该程序必须用1.4节中提供的计算实例检算通过后才可以使用。变形模量EV由公式（3）计算：EV = 1.5r1/（a1 + a20max） （3） 式中： EV 变形模量，单位：MN/m；r 承载板半径，单位： mm；0max最大平均标准应力，单位： MN/m。一次加载的变形模量值用EV1表示，二次加载的变形模量值用EV2表示。2.5应用实例二次变形模量EV2的确定 DIN 18134300检测位移测试设备的安装按照图3a) (hP=1.26m；hM=0.945m)杠杆比： hP/ hM =1.26/0.945=1.333变形模量Ev1和Ev2可通过表1和2中的测试值计算得出。图4 表示应力位移曲线。检测结果汇总于表3中。表1 一次加载和卸载的测试值加载阶段序号荷载FkN平均应力0MN/m测量表读数sMmm承载板位移smm0000015.650.0800.861.15211.310.1601.572.09317.670.2502.152.87423.330.3302.443.25529.690.4202.853.80635.340.5003.164.21717.670.2502.973.9588.840.1252.783.709001.942.59表2 二次加载的测试值加载阶段序号荷载FkN平均应力0MN/m测量表读数sMmm承载板位移smm10001.942.59115.650.0802.423.221211.310.1602.653.531317.670.2502.843.781423.330.3302.993.981529.690.4203.104.13表3 测试结果汇总表测试指标与单位一次加载二次加载0max MN/m0.500.420a0 mm0.2852.646a1mm/(MN/m2)12.2706.637a2mm/(MN2/m4)9.0347.574EV = 1.5r1/（a1 + a20max ）MN/m29.078.9EV2/EV12.72图4 应力位移曲线（根据表1和表2绘制的）3、动态变形模量Evd检测3.1 名词解释3.1.1动态变形模量EvdEvd动态变形模量（dynamic modulus of deformation）是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作用下抵抗变形能力的参数。它由平板压力公式Evd =1.5r/s计算得出。其中Evd为动态变形模量（MPa）；r为圆形刚性荷载板的半径（mm）；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=7.07KN且冲击时间ts=18ms时标定得到的，即=0.1 MPa；s为实测荷载板下沉幅值，即荷载板的沉陷值（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。3.1.2Evd动态平板载荷试验法Evd动态平板载荷试验法是采用Evd动态变形模量测试仪来监控检测土体压实指标动态变形模量Evd值的试验方法。3.1.2 Evd动态变形模量测试仪及工作原理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，见图1。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300mm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所产生的动应力，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，则被测点的承载力越小；反之，越大。3.2 国内外发展现状铁路路基压实质量是保持线路稳定与平顺、保证列车能高速、安全运行的重要条件。而控制和检测压实质量的标准、方法和设备，则是保证压实质量的重要措施。几十年来，国内外均沿用美国三十年代提出的压实度指标，即压实系数K、相对密度Dpr或孔隙率n作为路基设计及施工控制的土的压实质量标准。虽然压实度为参数的路基压实质量标准具有击实试验指导现场施工、现场检测简便等优点，但是，对于高速铁路或其他对强度指标要求严格的情况，仅靠压实度参数来反映填土的压实质量就有其局限性。为了保证路基填土的强度指标，七、八十年代，许多国家开始用强度及变形指标作为路基填土质量控制参数，即所谓的“抗力检测法”。其中包括美国的CBR（加州承载比值）标准，德国、法国、奥地利和瑞士等国家的静态变形模量Ev2 标准，日本的地基系数K30 标准等。我国自大秦重载铁路修建时开始引用日本的K30 标准，并且在新建干线铁路和准高速铁路上得以应用。可见，采用强度及变形参数作为控制指标是路基质量标准的一大进步。然而，无论是静态变形模量Ev2，还是地基系数K30 ，两者都是采用300mm的静态平板载荷试验仪，通过在压实填土表面做静压试验测得的，二者反映的都是静态应力作用下土体抵抗变形的能力。众所周知，铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载，特别是高速列车的出现，动荷载产生的冲击力对路基的影响更为明显，而K30 和Ev2值都不能完全反映列车在高速运行条件下所产生的动应力对路基的真实作用状况。为了解决上述问题，九十年代德国开始采用的新型路基压实质量标准动态变形模量Evd标准。该标准的最大特点是能够反映列车在高速运行时产生的动应力对路基的真实作用状况。动态变形模量Evd从研究开发至今已有二十多年的历史（见图2）。在欧洲普遍采用的是具有代表性的德国HMP马格德堡测量仪器制造有限责任公司开发的LFG型Evd动态变形模量测试仪，也称“轻型落锤仪”（德文缩写：LFG）。动态变形模量Evd标准在德国首先应用于道路建设、路面垫层、管道和电缆沟槽、渠道、基础回填等工程，见图3。1997年2月德国颁布实施的德国铁路建设中轻型落锤仪的使用规定（NGT39）标志着动态变形模量Evd标准开始在铁路工程中正式采用。该标准中明确了动态变形模量Evd与静态态变形模量Ev2是同等有效的路基压实标准，而动态变形模量Evd的最大特点是能够反映列车在高速运行时产生的动应力对路基的真实作用状况。由于动态变形模量Evd与静态变形模量Ev2在测试原理、测试方法、测试设备等各个方面比较起来都具有明显的优势，因此，动态变形模量Evd已成为路基检测技术的发展方向。1999年12月20日颁布实施的德国铁路规范DS836.0501中，按路基结构形式、设计速度、填土种类、工程部位的不同，明确规定了各种情况下的动态变形模量Evd的设计标准值，其中，设计速度300km/h的高速客运专线铁路路基的基床表层要求Evd50MPa，随着设计速度的降低，对Evd的要求值也逐渐降低。与其相关的标准规范还有德国道路建设土方工程补充合同技术条款和规定（ZTVE-StB94）、德国土方工程基层补充合同技术条款（ZTVE-StB95）和德国交通区域开挖工程补充合同技术条款和规定（ZTVE-StB97）等。1999年我国铁道部在国内率先开始对动态变形模量Evd的检测方法、标准和仪器设备进行立项研究，结合“秦沈客运专线路基关键技术研究（D）施工质量监控测试仪器的研制”项目，经过了五年的研究和应用，动态变形模量Evd的检测方法纳入了2004年4月1日起开始实施的铁路工程土工试验规程（TB101022004），至此，动态变形模量Evd标准在我国铁路工程中的应用正式拉开了帷幕，它标志着我国路基压实质量标准和检测技术正在与国际领先水平接轨。2004年12月30日实施的京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）中明确规定了动态变形模量Evd指标作为路基压实标准的设计值，其中，根据设计速度为350km/h，并且结合Evd在秦沈线、新长线、宁启线以及昆山软土地基处理试验研究项目中实测情况和研究成果，确定了级配碎石和级配砂砾石基床表层Evd的要求值为Evd55MPa，过渡段级配碎石填筑标准为Evd50MPa。目前，动态变形模量Evd在我国铁路中主要应用于以下两个方面：（1）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（TB101022004），将“Evd动态平板载荷试验”作为“K30平板载荷试验”的快速试验方法，根据该规程条文说明中的Evd与K30的换算关系式，由Evd快速推算出K30值（见表1）。表1 Evd与K30的相关性参考表 土的种类相关系数相关关系细粒土0.926K30=3.45Evd0.1粗粒土0.913K30=3.33Evd6.1碎石土0.915K30=3.10Evd14.3级配碎石0.915K30=3.49Evd14.4注：摘自铁路工程土工试验规