高速铁路路基动态平板荷载试验检测方法

高速铁路路基动态平板荷载试验检测方法高速铁路路基动态平板荷载试验检测方法 摘 要 文章介绍了动态变形模量测试仪的工作原理 并通 过动态平板载荷试验对土体动力特性进行研究 来检测和判断路基 的质量 关键词 高速铁路 路基 动态平板荷载 Evd 一 概述 路基的施工质量关系到整个工程的质量 进度和列车运行安全 科学 合理的监控测试方法是保证路基施工的重要措施 在路基 工程施工中 土体压实是一个最基本的问题 但仅用密实度指标来 检测和判断路基的质量有其局限性 因为路基填土的施工方法不同 含水量的差异和击实标准的差别 相同密实度的土体其力学性能 指标有较大差异 因此 在检测密实度的基础上 将强度及变形指 标作为反映路基承载力的压实标准 是国内外路基施工质量检测技 术的发展方向 传统的强度及变形参数指标通过静态平板荷载试验 测得 即检测地基系数 K30 而路基实际承受的荷载不仅有静荷载 还有列车运行时对路基产生的动荷载 特别是高速铁路 动荷载 产生的冲击力对路基的影响更为明显 也就是说 路基的稳定性和 变形问题主要是由于动荷载引起的 所以 采用模拟列车运行时产 生的动应力及动应变形指标作为路基的填筑质量检测标准将更科学 合理 更符合实际情况 在浙赣线电气化提速改造工程施工中运用的 DBM 型动态变形 模量测试仪 主要用于测试基床表层级配碎石 桥涵过渡段的承载 力指标 动态变形模量 Evd 和地基系数 K30 动态变形模量检测方 法也已经纳入铁道部行业标准 铁路工程土工试验规程 二 动态变形模量测试的工作原理 动态弹性模量 Evd dynamic modulus of deformation 是指土体 在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参数 根据平板压力公式 动态变形模量可按下式计算 Evd 1 5 r s MN m2 式中 1 5 承载板形状影响系数 r 承载板的半径 这 里为 150mm 路基最大动应力 s 承载板的沉陷值 mm 此公式表示按照弹性各项同性半空间理论 并假定横向变形系数为 0 21 时 圆形刚性板在竖向集中荷载作用下的地面沉陷 动态变形模量测试仪主要有落锤仪和沉陷测定仪组成 落锤仪 包括 脱钩装置 落锤 导向杆 阻尼装置 承载板等 沉陷测定 仪主要包括传感器 放大器 数据处理器 打印机和电源 动态变形模量测试仪的工作原理是 采用一定质量的落锤 从 一定高度自由落下 通过阻尼装置 承载板 对路基产生瞬间的冲 击 使路基产生沉陷 也就是采用一定质量的落锤 从一定高度自 由落下 模拟列车运行时对路基产生的动荷载效应冲击路基 在冲 刷能相同的条件下 测试路基的垂直变形值 以此计算路基的动态 变形模量 Evd 指标 从理论上讲 路基碾压越密实 沉陷值越小 路基的动态变形模量 Evd 值越高 反之 路基的 Evd 值越低 根据公式计算的动态变形模量值即代表被测点的承载力 冲击 力 动应力 由落锤的落高和阻尼装置控制 它的大小及延时时间 要符合列车高速运行时对路基产生的冲击力 暂规 中规定 路基 最大设计动应力为 0 1MPa 路基在动应力作用下 产生的沉陷值 即路基产生的垂直变形值由沉陷测定仪测得 沉陷测定仪的工作原 理是 落锤自由落下对路基产生的震动信号经传感器 放大器 低 通滤波器 采样保持器输入到模 数转换器 A D 转换器 进行模数 转换 再由单片微机进行数据处理 最后由液晶显示器 LCD 显 示和打印机打印测试结果 动态变形模量测试仪的测试深度 即落锤自由下落对路基产生 的冲击影响深度 也是该测试仪的主要技术指标和研究内容之一 落锤的质量和落高是决定冲击影响深度的主要因素 落高一定时 落锤越重 影响土体的深度越深 反之则越浅 但对于便携式测试 仪来说 落锤太重 不便于携带 所以在研制时 采用直径为 30cm 的承载板 10kg 的落锤 落锤从一定高度自由落下 通过阻尼装置 承载板对路基产生冲击 再通过在土体中不同深度处分层埋设压 力和的试验方法 测试沿土层深度方向锤击能量衰减的程度 来确 定冲击影响深度 根据测试数据分析 锤击能量的大部分 约 70 消耗在 40cm 厚的土层内 因此可以得出落锤冲击路基的影响深 度为 40 50cm 满足路基施工中每层填土碾压后 30cm 的分层检测 要求 用动态变形模量测试仪检测路基的承载力 与动力触探法检测 路基的承载力相比 它们的相似之处在于 它们都是采用一定质量 的落锤 以一定高度自由落下 但两者的检测原理和检测方法完全 不同 动力触探设备简单 操作方便 检测速度快 但影响检测结 果的因素较多 如探杆侧壁摩擦阻力的影响 地下水的影响 探杆 的连接刚度等 是一种较为粗略的定性方法 而动态变形模量的检 测方法是采用电子技术获得路基填筑信息或数据的一种先进的检测 方法 可直接测得路基在动荷载作用下所发生的力和变形的参数 即动态弹性模量 三 动态平板荷载试验仪的主要技术性能参数及适用范围 1 测试范围满足 10MPa Evd 225MPa 2 测试深度范围 400 500mm 3 测试面最大坡度 5 4 总重 35kg 落锤重 10kg 5 最大冲击力 7 07kN 6 承载板直径 300mm 厚度 20mm 7 沉陷测试范围 0 20 2 00mm 精度 5 8 环境温度范围 0 40 9 电源 4 节 5 号干电池 2 组 适用范围 Evd 动态平板荷载试验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 400 500mm 它广泛适用于铁路 公路 机场 城市交通 港口 码头及工业 与民用建筑的地基施工质量监控测试 也能适用于场地狭小的困难 地段的检测 如路桥 涵 过渡段及路肩的检测 四 主要特点 动态平板荷载试验是一种新的检测方法 与其他传统的试验方 法相比 具有以下特点 1 用 Evd 动态平板载荷试验方法检测路基的动态变形模量 Evd 指标 操作简单 测试速度快 检测一点只需三分钟 所以 在施 工中可以增加检测点的数量 使试验数据更全面 更有代表性 并 且还可以随时跟踪检测 真正实现施工过程中的质量监 监控 2 该检测方法是模拟列车高速行驶时对路基产生的冲击效应进 行动态测试 与静载试验相比 更能反映路基土的实际受力情况 所以这种测试方法特别适合铁路 公路 机场等受动荷载作用的地 基质量监控测试 3 检测仪器体积小 重量轻 总重量不超过 35 公斤 单件重 不超过 15 公斤 安装携带方便 且不需外加附属设备 在路基的 狭窄地段 如路桥过渡段 边坡附近检测也非常方便 适用 4 通过在细粒土 碎石土 粗粒土 级配碎石等土类 几百组 与静载测试的对比试验 试验结果表明 在同一路段 填料相同时 两者具有良好的相关关系 测试数据数字显示且现场打印 确保 测试结果准确 客观 5 无核辐射及废气等污染 操作使用安全 环保 五 应用情况 动态变形模量测试仪于 1999 年开始在秦沈客运专线等路基施工 中使用 在浙赣线电气化提速改造工程施工中 对细粒土 粗粒土 碎 石土 级配碎石等填料进行了动态变形模量 Evd 检验 根据现场的 试验数据统计计算 Evd 与地基系数 K30 之间具有较好的相关性 所以 根据某种条件下对同类性质的填料的 Evd 与 K30 的相关关系 可以推算出测试点的地基系数 K30 值 在高速铁路中直接将 Evd 作为基床表层和过渡段的压实指标 与 K30 同时作为必检指标 动态平板荷载试验方法与动态变形模量测试仪的应用 将真正 实现路基承载力的检测方法的大幅度减化 试验结果更符合实际 检测速度 效率大幅度提高 经济效益和社会效益显著提高 受到 建设 监理和施工单位的好评 六 结论与建议 通过检测路基的动态变形模量来评价路基的压实效果和施工质 量 是路基施工质量检测技术的发