k30路基检测.doc

秦沈客运专线地基系数检测及影响因素探讨中铁第十四工程局秦沈指挥部 李学乾摘要：本文针对秦沈客运专线路基质量控制的具体情况及路基地基系数检测中存在的问题，对K30测试仪器的选用提出了明确的要求，全面分析探讨了K30测试装置的测试精度的影响因素及误差来源，提出了具体、可行的修正方法，检定方法和要求，并对K30测试结果的主要因素进行了系统，详细，全面的分析研究，提出了保证K30测试结果准确、可靠的具体措施和要求。关键词： 路基 测试方法 因素分析1前言 秦沈客运专线是我国修建的第一条时速200km/h的客运专线铁路，作为路基施工质量控制的重要指标地基系数K30，在我国铁路建设史上是第一次正式作为路基质量控制指标应用，但由于该检测方法是从日本引进而来的，在我国尚未有正式的检测标准，各单位在使用过程中尚存在着诸多问题。因此，笔者根据各单位在实际应用中存在的问题和自己的分析研究，就其K30检测方法本身，如何提高K30的检测精度及对K30的影响因素作了初步的探讨和分析，目的是规范K30的检测，统一标准，确保测试数据准确可靠，具有可比性。以下是笔者的几点体会，供同行参考。2K30测试装置的选用问题分析 目前，秦沈客运专线路基K30的测试，由于没有统一的试验规程，亦无定点的生产厂家，各家选用的K30测试装置各种各样，虽然其测试原理都基本符合要求，但其测试数据的精度存在着较大差别，其可比性较差，因此如何选择保证K30测试精度的测试仪器是至关重要的。21 千斤顶的选用 K30测试装置主要由加载系统、量测系统两大部分组成。其中加载系统就秦沈各施工单位使用情况来看，大多是由荷载板、千斤顶、油压表、油泵、油管等组成，其中千斤顶与油泵大多数单位是分离式的，这样基本能保证稳定的加载，而有的单位的加载装置是一体式的普通千斤顶，这样在每次加载时就会对荷载板产生反复冲击作用，加载的稳定性较差，直接影响到测试结果的准确性。另外，正确选用适宜的千斤顶加载能力范围对减少误差提高测试精度也是相当重要的。就秦沈线对路基K30指标的要求而言，其最大加载不会超30KN，因此，配千斤顶时，选用060KN量程的千斤顶是比较适宜的。22 油压表的选用 油压表选择的适宜与否，会直接影响到测试结果的准确性，油压表的选择其关键在于精度等级和量程。221 油压表的精度等级问题秦沈客运专线路基验标附录AK30承载板试验中规定压力表精度为1%，但K30测试是一项测试精度要求较高的检测方法，不等同于施工中的千斤顶加载，因此我们认为用油压表控制加载，其精度等级要求是偏低的，况且在秦沈线有的单位油压表的精度为1.5级，这样油压表本身就会带来较大的系统误差，而且也会带来较大的读数误差，因此我们选用油压表时均选用了0.4级的精密压力表，其测试精度是1.0级的压力表的2.5倍，是1.5级压力表的3.75倍。222 油压表的量程 油压表的量程应根据千斤顶的活塞面积和最大荷载确定，应使其加载控制在2080范围之内，且表盘直径不小于150mm。 根据以上分析，K30作为秦沈线控制路基质量的一种重要的检测方法，应对其测试装置有明确的规定，以便统一标准。另外，用千斤顶和油压表作为一种加载方式，其缺点是明显的，因此我们建议用精度为1.0级的30KN数显式传感器作为K30加载控制装置，其测试结果将更为准确、可靠，方法更为直观、方便。3K30测试装置的测试精度影响因素分析及标定方法研究 K30测试装置的标定是保证测试精度和测试结果准确的必不可少的重要手段。其目的，一是找出千斤顶输出荷载与油压表读数的关系，以便控制每级的加载。二是消除K30测试装置的自身误差，保证其测试精度。但在K30承载板试验方法中尚未对K30的标定方法和要求作出规定。这样就造成了各施工单位一是标定方法不统一，二是标定选用的标准不一样，三是标定周期不一致，四是有的单位K30装置的系统误差没有修正，这些问题不解决，势必造成K30测试装置测试误差较大，测试精度无法保证，测试结果可比性差。下面就针对以上问题进行进一步的分析，以找出一种正确、可靠、切实、可行的解决办法。31 K30测试装置系统误差的分析及修正方法3.1.1 K30测试装置的系统误差来源分析 K30测试装置的系统误差，主要体现在仪器自身重量和油缸摩擦阻力以及液压系统阻力（对于用传感器作为测试装置的除外），在测试过程中，实际所测出的地基下沉量S,是由荷载板正应力所引起，而该正应力应该包括测试仪器自身重量PG在内，即： 式中：Ph作用在仪器上的荷载，KN PG测试仪器自身重量，KN Ah30mm荷载板底面积706.86cm2 此外，由于作用在测试仪器上的荷载，大多是通过油缸压力表的读数值经计算得出，而压力表的读数值实际上有一部分是消耗于克服油缸内摩擦阻力及液压系统阻力，即: 式中：Py通过压力表测出的荷载KN Pf油缸及液压系统的内阻力KN 由此得出以下修正计算公式： MPa 经测定，仪器自身重量产生的正应力为3KPa以上，系统内阻力产生的正应力为5KPa左右，因此如果K30装置在使用之前不进行标定，正确地消除其系统误差值就会较大程度地影响K30测定值的准确性，不仅不能真实反映出路基的压实质量，而且会导致对实际施工质量作出错误的判断。 目前，由于没有统一的检验方法和精度要求，大多数单位只是在压力机上进行标定，其方法原理是正确的，但在其检验精度上却不能满足要求，原因是： 利用大吨位的量程来检验最大加载荷载不足30KN的K30测试装置，显然在精度上难以满足要求； 由于压力机自身的精度最大为10级，无法对像K30这样要求具有较高测试精度的装置进行标定。312 K30测试装置系统误差的修正方法 K30测试装置系统误差的修正可通过以下两种方法进行。 通过对千斤顶进行逐级加载，测定出千斤顶实际输出荷载Ph（kN）与压力表R(MPa)之间的关系，经回归计算建立回归方程，这样千斤顶的输出荷载，即为克服了油缸摩擦阻力及液压系统内阻力的荷载值，然后再扣除K30测试装置自重PG（KN）即为经修正后的加载值，其计算公式为： （MPa） a、b线性回归方程系数 测定出油缸的摩擦阻力及液压系统内阻力Pf（KN），其计算公式为：Ay千斤顶油缸活塞面积（mm2） R油压表的读数（MPa） 根据各荷载强度和对应的下沉量S绘制S曲线，即可求出地基系数K30。32 K30测试装置标定方法及要求 K30测试装置的标定应在K30检验规程中作出明确统一的规定，否则就无法保证其测试精度，所测试出的K30值就很难真实反映出路基的压实质量。因此建议在以下几个方面作出统一标定要求。 321 K30测试装置的标定用标准器 K30测试装置应选用量程为30KN的三等标准测力计作为标准器，不能用压力机或万能材料试验机直接标定。322 油压表的精度及要求 由于K30测试具有较高的测试精度要求，因此应统一规定油压表应选用精度等级为0.4级的精密压力表，且表盘直径不小于150mm。323 K30测试装置的校验周期 K30测试装置千斤顶的校验周期不得超过1个月，油压表的校验周期不超1周，若发生其它异常情况应及时校验，这样才能保证K30测试装置一直处于良好的工作状态，保证其测试结果的准确性。324 K30测试装置标定应注意的问题 用千斤顶和油压表作为加载装置的K30标定可采用压力机或万能材料试验机作为反力装置，但应先将压力机油缸上升5cm左右，然后关死压力机，使千斤顶处于主动加载状态，注意不得使压力机处于主动加载状态，否则，千斤顶的内阻力会反向。 用千斤顶和传感器作为加载装置的K30系统标定千斤顶不论处于主动或是被动状态均无影响，而且K30测试系统误差只考虑仪器自重即可。 进行K30标定时，加压要缓慢进行，并需重复进行三次取平均值。 油压表和标定用标准器在使用前应按检定周期到法定计量部门进行检定后方可使用。 标定时保证千斤顶伸出1/3，1/2，23。4. K30的适用性分析 K30是秦沈客运专线路基质量控制的两大指标之一，但是由于K30的荷载板直径只有300mm，因此就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，因此K30作为一种检测方法并不是什么样的路基条件都是可以适用的，仅适用于均匀地基土（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，面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，甚至会导致对实际施工质量作出错误的判断。根据公路及机场地基变形模量的测试方法，对于象碎石土这一类的填料，其地基系数的测试应采用直径为750mm或900mm的荷载板，即检测地基系数K75或K90，这样就可最大限度的减少大粒径颗粒对测试结果带来的误差。因此对于路基地基系数的检测应对其适用问题作出具体规定，这样才能保证测试结果的可靠性和准确性。5K30影响因素分析研究 对K30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K、含水量W、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。对各因素对K30测试值的影响做以下分析研究：51 填料因素对K30测试值的影响 不同的填料由于颗粒级配组成有较大的差异，决定了最大干密度和最佳含水量差别很大，因而不同的填料其K30测试值就有较大的差别。根据我局管段路基现场K30测试结果来看，在相同施工工艺条件下，砂粘上的K30值为120140Mpa/m，砾砂及中砂土其K30值为120200Mpa/m，级配碎石其K30值为190240Mpa/m，因而选用颗粒级配良好的填料是提高K30测试结果的关键内在因素。52 施工工艺对K30测试结果的影响施工工艺是决定K30测试结果大小的主要因素，图1及表1为同一碾压设备下，砾砂土及级配碎石试验段的K30测试结果： 表1填料名称最大干密度g/cm3最佳含水量含水量K30测试结果2468101214砾砂土2.039.810.486108130146160174182级配碎石2.316.36.594126148170196216248 由表1及图1可以看出，K30测试值是随碾压遍数的增加而增大，对同一填料而言，选用适宜的碾压机具及确定合理的施工工艺，对压实系数K及空隙率的施工质量影响很大，因而也直接影响K30的测试结果。53 含水量对K30测试结果的影响 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测试结果就小；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离散性大、重复性差。现场测试结果已完全证明了这一点。5.4 测试时间对K30测试结果影响分析 我们在进行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，这时由于不同的检测时间，其路基的含水量及板结强度是不同的，其它各单位也发现类似的情况，为此有的单位就在碾压完毕后2-3天再进行K30测试，这样虽然K30测试结果提高了，满足了K30的设计要求，但我们认为这样做会造成K30测试结果无可比性、无可信性，是不妥当的。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进行测试才是有意义的。6结论K30作为路基施工质量的一种测试方法是完全可行的，但必须对其测试方法的各个方面有明确规定和要求，并制定具体而又具可操作性的测试规程，以统一标准，确保测试数据准确、可靠。K30测试装置在使用前必须进行标定和修正,消除其系统误差，从而保证测试精