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铁路路基施工质量检测试验技术1 试验检测目的铁路试验检测的真实、准确是路基质量保证的一个重要环节，通过试验检测数据客观、真实地反映路基施工中的质量控制情况。其主要试验检测方法分为填料试验、标准试验和现场试验检测三个方面。1.1 填料试验界限含水率试验（细粒土）、颗粒分析试验（粗粒土及以上）。其中：通过界限含水率试验测得细粒土的液限WL、塑限Wp，计算其塑性指数Ip，查塑性图，确定其土名，判定填料类型；通过颗粒分析试验测得其筛分曲线，计算其不均匀系数Cu以及曲率系数Cc，根据粗颗粒的风化程度、母岩抗压强度以及不均匀系数Cu以及曲率系数Cc综合确定其土名、判定填料类型。1.2 标准试验重型击实试验（细粒土）、颗粒密度试验（粗粒土及以上）。通过重型击实试验测定细粒土的最大干密度dmax和最优含水率wopt，通过最优含水率wopt控制施工过程中填料的含水率，一般控制在wopt23的范围，碾压完成后现场检测其填层的湿密度和含水率w，按公式(1)计算干密度d，再根据公式(2)计算填层的压实系数K；d/（10.01w） (1)Kd /dmax (2)通过颗粒密度试验确定粗粒土及以上填料的综合颗粒密度sm，待现场碾压完成后现场检测其填层的湿密度和含水率w，按公式(1)计算干密度d，再根据公式(3)计算填层的孔隙率n；n1d /sm (3)1.3 现场试验检测现场检验按填料类型不同，其检验项目也不同，具体现场检测项目、方法见表1。表1 现场碾压质量检测项目、方法填料类型检验项目检验方法细粒土压实系数K环刀法、核子射线法、灌砂法、灌水法地基系数k30手动法、自动法粗粒土等孔隙率n核子射线法、灌砂法、灌水法、气囊法地基系数k30手动法、自动法级配碎石孔隙率n核子射线法、灌砂法、灌水法、气囊法地基系数k30手动法、自动法动态变形模量Evd动态变形模量仪法2 试验方法上述试验分为室内试验和现场检测试验两部分。其中填料试验、标准试验为室内试验，填层碾压质量检测为现场检测试验。2.1 室内试验 室内试验主要有：界限含水率试验、颗粒分析试验、重型击实试验和颗粒密度试验。2.1.1 界限含水率试验界限含水率包括液限、塑限及缩限，在细粒土分类中主要用液限、塑限来计算塑性指数。其中：液限WL：是指黏性土从可塑状态过渡到流动状态的界限含水率；在试验成果图中为圆锥下沉深度为17mm所对应的含水率。要指出的是在铁路填料分类中是采用了圆锥下沉深度为10mm所对应的含水率作为液限，该液限为传统试验遗留下来的，不是土的正在液限。塑限Wp：是指黏性土从可塑状态过渡到半固体状态的界限含水率；在试验成果图中为圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率。塑性指数Ip：Ip=WLWp适用范围：本试验适用于粒径小于0.5mm颗粒组成的土。主要方法采用液、塑限联合测定仪法。主要仪器：采用液、塑限联合测定仪（试锥质量为76g）、天平（精度0.01g）。试样要求：可采用天然含水率土样和分干土样制备，土样中大于0.5mm颗粒应剔除或筛除，试样加水后静置湿润时间一般为24h。试锥下沉深度要求：分别为35mm、911mm和1618mm三个。试验步骤：1) 把制备好的试样密实地填入试样杯中，刮平高出试样杯的余土，将试样杯安放在仪器的升降座上；2) 在试锥表面涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳试锥；3) 调节屏幕基准线，使初始读数为“0”；调整升降台，使试锥尖刚好与试样面接触，指示灯量，试锥在自重作用下沉入试样中，约5s后立即读取试锥下沉深度。试锥的下沉深度必须在规定的范围。4) 取出试锥，取10g以上的试样放入铝盒中，测定含水率。5) 重复1)4)步骤，测定其余两个试样的试锥下沉深度和含水率。6) 在双对数纸上将三点连成一条直线。当三点不在一直线时，则通过高含水率点与其他两点分别连线，在下沉深度2mm线上查相应的含水率，当其差值小于2，采用该两点含水率的平均值与高含水率点连成一直线，当其差值大于或等于2，应进行补点直至满足要求。2.1.2 颗粒分析试验土的颗粒密度是指土体内固体颗粒质量与颗粒体积之比值。主要用于计算土的孔隙率、饱和度等指标。试验方法：容量瓶法(适用于粒径小于5mm)，浮称法(适用于粒径大于5mm，其中大于20mm的颗粒含量小于10)，虹吸筒法(适用于粒径大于5mm，其中大于20mm的颗粒含量大于等于10)；当土中含有小于和大于5mm的颗粒，则采用容量瓶法、浮称法或虹吸筒法，其平均颗粒密度sm按公式(4)计算：sm1/（P1/s1+ P2/s2） (4)式中：P1、P2为小于和大于5mm粒径的土粒质量占总质量的质量分数；s1、s2为小于和大于5mm粒径的颗粒密度。容量瓶法主要仪器：量瓶(100mL或50mL)、天平(精度0.001g)、砂浴、孔径5mm筛。试验步骤：1) 称量量瓶质量（m0），精确至0.001g，将烘干土样15g装入100mL（50mL量瓶宜取10g土样），称量瓶和土的质量（m1），精确至0.001g；2) 向已装有干土的瓶中注入纯水至量瓶一半处，然后将量瓶放在砂浴上煮沸，沸腾时间：砂土及粉土不少于30min，黏性土不少于1h；3) 煮沸完毕，取下量瓶冷却至室温，将事先煮沸并冷却的纯水注入量瓶近满，待悬浮液温度稳定以及上部澄清，塞好瓶塞，使多余的水从瓶塞的毛细管中溢出，擦干表面水分，称量瓶、水和土的总质量（mpws），精确至0.001g，测水温精确至0.5；4) 根据水温，从已绘制的“稳定量瓶和水的总质量关系曲线” 上查瓶和水的总质量（mpw）；5) 计算颗粒密度ss（m1m0）/（mpwmpwsm1m0）wT (5)平行试验误差不得大于0.02g/cm3。浮称法主要仪器：浮称天平(精度0.2g)、温度计、孔径5和20mm筛等。试验步骤：1) 取粒径大于5mm的有代表性试样约1000g，用清水洗净，试样在525水中浸泡24h后取出，用湿毛巾擦干成饱和面干试样，称其质量（mb）；2) 称取铁丝筐在水中质量(m1)；3) 将饱和试样放入铁丝筐，浸没于水中，并在水中摇晃至无气泡逸出，称取铁丝筐和试样在水中总质量(m2)，测定水温，准确至0.5；4) 取出试样，置于105110烘箱中烘46h，冷却至室温，称干试样质量(md)；5) 计算颗粒密度ssmd/（md（m2m1）wT (6)虹吸筒法（略）2.1.3 重型击实试验重型击实试验是测定试样在重型击实功(2700kJ/m3)作用下含水率与干密度之间的关系，从而确定该试样的最大干密度dmax和最优含水率wopt。根据填料颗粒粒径的不同，重型击实分三种，见表2。试验编号试 验 方 法击 实 仪 规 格试验条件编号击锤击实筒护筒层数每层击数最大粒径质量锤底直径落距内径筒高容积高度kgmmmmmmmmcm3mmmm重型Z14.551457102116947.4505255Z21522103.955620Z31522103.939440主要仪器：击实仪、天平(精度0.01g)、台秤、孔径5 、20和40mm筛等。试样要求：试样制备可采用干法和湿法两种，一般采用干法。先试样的塑限估计最优含水率，以估计的最优含水率为中心，依次差约2的含水率制备土样，试样加水后静置湿润时间一般为24h，粉性土、砂性土等可控制在12h。试验步骤：1) 按最大粒径选择击实筒和击实层数，称取击实筒质量(m1)；2) 击实仪放在坚实的地面上，安装好击实筒和护筒，内壁涂少许润滑油，分层击实，每次装入的试验质量相当，两层之间应拉毛，试样成型后击实面高出击实筒面不大于6mm，击实时导杆垂直、击实速度均匀，击锤应先沿击实筒周围锤击一遍，中间再加一击；3) 除去护筒，用修土刀沿筒顶修平试样，擦净筒外壁，称取筒和土的总质量(m2)；4) 取出试样，在其中心取2个代表性土样测定含水率；5) 其他几个土样重复上述步骤；6) 计算密度、含水率湿密度：(m2- m1)/v (7)干密度：d/(1+0.01w) (8)7) 绘制dw曲线，确定最大干密度dmax和最优含水率wopt。8) 当粒径超过规定粒径土样占总质量的530时，应按规范校正最大干密度dmax和最优含水率wopt。2.1.4 颗粒密度试验颗粒分析试验是测定土中粒组及各粒组干土质量占该土总质量的质量分数，以百分数表示。试验方法：有筛析法(适用于粒径60mm，0.075mm的土)、密度计法和移液管法（适用于粒径0.075mm的土）;当土中含有粒径小于或大于0.075mm的颗粒，超过总质量的10时，应联合使用筛析法和密度计法或移液管法。筛析法主要仪器：土工筛、天平（精度1g、0.1g、0.01g各一台）等试样要求：具体要求见表3。表3 取样质量要求土粒粒径（mm）取样数量（g）4020004000604000以上试验步骤：无黏聚性土1) 视土样颗粒大小，按表3规定取风干试样，称取质量。2) 将试样过2mm筛，称筛上及晒下质量，当小于2mm颗粒质量小于总质量的10，不进行细筛分析；当大于2mm颗粒质量小于总质量的10，不进行粗筛分析；3) 将试样倒入准备好的筛中，进行筛分，直至筛净为止；称取各级筛上试样质量，准确至0.1g；筛后各级筛上与底盘试样质量和筛前质量的差值不得大于总质量的1。含有黏性土粒的砂类土1) 将黏土团用木碾碾散，置于盛有清水的容器中充分搅拌，使粗细颗粒完全分离；2) 将悬液过2mm筛，筛上试样风干，按“无黏聚性土”试验要求进行筛分析；3) 取2mm以下悬液，用带橡皮头的研杵研磨，过0.075mm筛，直至筛上土粒悬液澄清为止，将筛上试样烘干称量，准确至0.1g，再按“无黏聚性土”试验要求进行筛分析；4) 当小于0.075mm试样质量超过总质量的10时，按规程进行密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。5) 绘制筛分曲线；6) 计算不均匀系数Cu以及曲率系数Cc：不均匀系数：Cud60/d10 (9)曲率系数： Ccd230/(d60d10 ) (10)Cu、Cc结果均计算至0.01式中：d60限制粒径，即在分布曲线上小于该粒径的试样含量占总质量的60的粒径；d30在分布曲线上小于该粒径的试样含量占总质量的30的粒径；d10有效粒径，即在分布曲线上小于该粒径的试样含量占总质量的10的粒径；2.2 现场检测试验现场密实性（压实系数、孔隙率）检验试验主要有环刀法、核子射线法、灌砂法、灌水法、气囊法等；力学指标现场检验主要有地基系数k30（分手动法和自动法）动态变形模量仪法。2.2.1 环刀法本试验法适用于细粒土。主要试验仪器：环刀，天平（精度0.1g）。试验方法：首先在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，檫净环刀外壁，称环刀和土的总质量。 试样的湿密度：；试样的干密度：；式中：试样的湿密度（g/cm3），计算至0.01 g/cm3；试样的干密度（g/cm3）； 湿试样质量（g）； 环刀容积（cm3）； 试样含水率（%）。本试验应进行平行测定，平行测定的差值不得大于0.03 g/cm3，取算术平均值。2.2.2 核子射线法主要试验仪器：核子湿度密度仪。试验方法：1) 标准计数或统计试验：将标准块放在坚硬的材质表面，按规定将仪器放置在标准块上，仪器手柄设置在安全位置。周围10m以内无其他放射源，3m以内的地面上不应堆放其他材料。按下启动键，开始进行标准计数或统计试验。操作人员应退到离仪器2m以外区域。当仪器发出结束信号后，检查含水量、密度的标准计数或统计分析结果，如果其数值在规定的范围内，即可开始检测。2) 输入设定参数：测量计数时间（不宜小于30s）、选择计量单位、密度和含水量的偏移量，当无偏移量时输入“0”、测点记录号。3) 平整被测材料表面，必要时可用少量细粉颗粒铺平，然后用导板和钻杆造孔。孔深必须大于测试深度，孔应垂直；孔壁光滑，不得坍塌。如被测材料不便于造孔，可采用反射法进行检测。4) 按规定将仪器就位，并将放射源定位到预定的测试深度，按下启动键开始测试，操作人员退到离仪器2m以外的区域。5) 当仪器发出测试结束信号后，将放射源退回到安全位置，并存储或记录检测结果。6) 在基坑边缘或沟中测试时，仪器的侧面与坑壁的距离不宜小于0.6m，采用特殊补偿功能对测试结果进行校正的不受距离的限制。 式中：单位体积含水量（g/cm3）。7) 本试验在同一测点，仪器在初始位置进行第一次读数，然后将仪器绕测孔旋转1800进行第二次读数，当密度平行差值不大于0.03g/cm3时，试验结果取两次读数的平均值。如果两次测定的平行差值超过允许差值，则应将仪器再绕测孔旋转到900和2700的位置进行两次读数，取其四次读数的算术平均值。2.2.3 灌砂法本试验法适用于粗粒土。主要试验仪器：密度测定器，天平（精度0.1g），土样筛等。试验方法：一、标准砂密度的测定：1) 标准砂宜选用粒径为0.250.50mm，密度为1.471.61g/cm3的洁净干燥砂。2) 将容砂瓶与灌砂漏斗经螺纹接头接紧，并作以标记，以后每次拆卸再衔接时都要接在这一位置。称组装好的密度测定器的质量（mr1），准确至5g。3) 将干燥的密度测定器竖立（灌砂漏斗口向上）在工作台上，打开阀门，往密度测定器内注水，直至水面高出阀门，关闭阀门，倒掉漏斗中多余的水，称注满水的密度测定器总质量（mr2），准确至5g，同时测定水温，准确至0.5。再重复测定两次，将三次测值之间的差值换算为该温度下水的体积不得大于3ml，取三次测定值的平均值。4) 将干燥的密度测定器竖立（灌砂漏斗口向上）在工作台上，关阀门，向漏斗中灌满标准砂。打开阀门使漏斗中的砂漏入容砂瓶内，边漏边继续向漏斗中补充砂，当标准砂停止流动时迅速关闭阀门。倒掉漏斗内多余的砂，称灌满标准砂的密度测定器总质量（mr3），准确至5g。测定过程中应避免震动。5) 容砂瓶容积Vr按下式计算：6) 标准砂的密度按下式计算：7) 将灌满标准砂的密度测定器倒置（即灌砂漏斗口向下）在一洁净的平面上，打开阀门，直至砂停止流动。8) 迅速关闭阀门，称取剩余标准砂和密度测定器的总质量，计算流失的标准砂的质量，该流失量即为灌满漏斗所需标准砂的质量（mr4）。9) 重复上述步骤三次，取其平均值。二、试验步骤如下1) 按土的最大粒径不大于20cm的要求选定试坑位置，将试坑位置的地面铲平，其面积略大于试坑直径150mm，按试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度200mm处，边挖边将挖出的土放入盛土容器内，称土的质量，准确至10g，然后取代表性土样测定含水率。2) 向容砂瓶内灌满标准砂，关阀门，称灌满标准砂的密度测定器的总质量，准确至5g。3) 将密度测定器倒置（灌砂漏斗口向下）于挖好的坑口上，打开阀门，使密度测定器内的标准砂流入坑内，当密度测定器内标准砂停止流动时关闭阀门。4) 称密度测定器和剩余标准砂的质量mr5，准确至5g，并计算灌满试坑所用标准砂的质量（msr= mr3- mr4- mr5）。试验结果按下列公式计算： 2.2.4 灌水法主要试验仪器：储水筒，台称，塑料薄膜袋，盛土容器，水准尺等试验方法：1) 在选定的试坑位置处铲平略大于试坑直径的地面，并根据土的最大粒径，按下表确定试坑尺寸。试坑尺寸试样最大粒径（mm）试坑尺寸（mm）直径深度52015020040200250602503002) 按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度。边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称土的质量，准确至10g，并取代表性土样测定含水率。3) 试坑挖好后，将略大于试坑容积的塑料薄膜袋沿坑底、坑壁紧密相贴，到地面后翻开袋口，袋口周围用重物压牢固定。4) 记录储水筒内初始水位高度，打开储水筒的注水管，让水缓缓流入坑内塑料薄膜袋内。当袋内水面上升到接近坑口地面时将水流调小，待水面与坑口地面齐平时立即关闭注水管，持续35min，记录储水筒内水位的高度。如袋内出现水面下降时，应另取塑料薄膜袋重新做试验。试验结果按下列公式计算： 式中：Vp试坑体积（cm3）； H1储水筒内初始水位高度（cm）； H2储水筒内注水终止时水位高度（cm）； Aw储水筒断面积（cm2）。2.2.5 气囊法主要检测仪器：气囊式容积测定仪（壁厚不大于0.3mm），台称（5g），挖土工具等。试验方法：1) 清扫场地，护坑环置于试坑位置；2) 仪器置于护坑环上，并用压块固定；3) 打开排气阀，将测尺游标推至缺筒顶面，活塞提到缺筒顶端；4) 关上排气阀，慢慢向下推动活塞，直到水位管中溶液水柱升至水位标线。读取数显测尺初始数显数值（L1）并做记录。5) 提起活塞，使水柱退回零位，松开固定压块，移走仪器。6) 试坑开挖和试样称量灌水法相关规定进行。7) 仪器重新置于护坑上并固定，将测尺游标重新推至缸筒顶面，慢慢地向下推动活塞，直到溶液水柱升至水位标线，读取数显测尺终止数显数值（L2）并做记录。8) 当坑壁与大气温差较大时，气囊在坑内停留时间不宜超过3min。试验结果应按下列公式计算：式中：Ag容积仪常数（cm3/mm）。K30平板载荷试验是采用直径为30cm的荷载板测定下沉量为1.25mm地基系数的试验方法。适用于粒径不大于荷载板直径1/4的各类土和土石混合填料，测试有效深度范围为400500mm。K30平板载荷试验对试验场地及环境条件应符合下列要求：1) 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，平板荷载试验应置于扰动带以下进行。2) 对于粗、细粒均质土，宜在压实后24h内开始进行。3) 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凹凸不平，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。4) 雨天或风力大于6级的天气，不得进行试验。K30平板载荷试验又分为手动和自动两种。2.2.6 手动法检测地基系数主要试验仪器：手动K30平板载荷仪，铁锹，钢板尺，毛刷等。试验方法：一、 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。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) 安放好K30平板载荷仪，使千斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上。并同时安装好测桥。二、 加载试验：1) 为稳固荷载板，预先加0.01MPa荷载约30s，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，当1min的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的1%时，读取荷载强度和下沉量读数，然后增加下一级荷载。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，试验即可告终止。4) 试验点的下挖工作：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。对出现的异常条件，均应在试验记录表中注明。三、 试验结果的记录及整理, 应按以下列要求进行:1) 试验结果的记录按表1所示列出, 求出荷载强度与下沉量之间关系。表1 平板载荷试验记录示例工程名称 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2) 利用表1试验结果一描绘出如图1所示的荷载强度-下沉量曲线。图1荷载强度-下沉量曲线图3) 从荷载强度下沉量曲线得出某一下沉量时的荷载强度，并按下式计算出地基系数： K30=s /ss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 由-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）。4) 随机误差校正由被测土体表面状态影响,所出现的随机误差可通过作图校正,如图2所示图21.2.6 随机误差的校正示意图当试验结果如图中曲线时，说明随机误差小，可不校正。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01点，此时零点下移DS，标准下沉量应为S1=Ss+ DS，并由此对应的荷载强度1计算出ks值。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03点，此时零点上移DS，标准下沉量应为S3=SsDS，并由此对应的荷载强度3计算出ks值。2.2.7 自动法检测地基系数主要试验检测仪器：K30综合检测车。试验方法：K30自动检测系统主要包括K值测定和K值判定，具体操作主要通过计算机自动化系统自动采集、计算、校验，最好打印出该次检测结果。具体操作见下：1) 系统进入前的准备 连接好计算机与测试系统的电缆；开计算机电源，启动计算机；开测试系统电源，启动测试系统；手动调整好K30测试盘；2) 系统进入启动K30测试系统程序。使用用户名+密码识别方式确认身份并进入系统。3) 测试功能选择可供选择的测试功能有：K值判断、K值 测试、回弹模量测试三种；4) 测试自动检查位移传感器的平衡；进行逐级加载测试；测试完成后，自动保存数据（认为中断和非正常中断会提示用户是否保存测试数据）；5) 测试完成后的工作退出测试系统；关闭计算机；撤除计算机与测试系统的连接电缆；手动提升K30测试盘；2.2.8 Evd动态平板载荷试验Evd动态平板载荷试验是采用动态变形模量测试仪来