客运专线路基压实标准与检测技术（2）

1、6/6/20211 无碴轨道系统无碴轨道系统 - Rheda 2000 6/6/20212 要实现要实现全线采用无碴轨道全线采用无碴轨道的目的目 标，对高速铁路路基就提出了更高标，对高速铁路路基就提出了更高 的要求。因此，高速铁路路基必须的要求。因此，高速铁路路基必须 首先保证首先保证设计质量设计质量。 6/6/20213 设计质量设计质量 无碴轨道设计对路基的要无碴轨道设计对路基的要 求求以路基顶面为界，上部以路基顶面为界，上部 对下部提出要求，下部必须满对下部提出要求，下部必须满 足上部的要求，足上部的要求，要求的标准要求的标准 （指标）要上下一致（指标）要上下一致。 6/6/20214

2、施工质量施工质量 地基处理的质量控制地基处理的质量控制要细要细 化到化到施工工序施工工序及及施工过程施工过程中的中的 控制；控制； 6/6/20215 施工质量施工质量 路基填料的质量控制路基填料的质量控制要严要严 格控制格控制填料最大粒径填料最大粒径与与级配级配； 6/6/20216 施工质量施工质量 路堤填筑过程的质量控制路堤填筑过程的质量控制要严要严 格控制格控制填筑工艺填筑工艺（碾压机具、分层（碾压机具、分层 厚度、碾压遍数、含水量等具体要厚度、碾压遍数、含水量等具体要 求）、求）、检测频次及数量检测频次及数量； 6/6/20217 施工质量施工质量 路桥、路涵等各类过渡段的质路桥、路

3、涵等各类过渡段的质 量控制量控制施工工艺、机具设施工工艺、机具设 备、填料质量、沉降观测、检备、填料质量、沉降观测、检 测频次与数量；测频次与数量； 6/6/20218 施工质量施工质量 工后沉降的观测与控制工后沉降的观测与控制加强加强 施工过程中的施工过程中的沉降观测沉降观测（观测断（观测断 面的布置、观测精度与频次的要面的布置、观测精度与频次的要 求），指导施工与设计求），指导施工与设计； 6/6/20219 施工质量施工质量 路基附属物：综合地线、电缆沟路基附属物：综合地线、电缆沟 槽、接触网立柱基础、声屏障基槽、接触网立柱基础、声屏障基 础等部分的路基质量控制础等部分的路基质量控制要要

4、 细化到细化到施工工序施工工序及施工过程中的及施工过程中的 控制，控制，增加增加电缆沟槽下面路基的电缆沟槽下面路基的 检测频次与数量检测频次与数量。 6/6/202110 验收标准验收标准 根据国际咨询结果，无碴轨道根据国际咨询结果，无碴轨道 路基的质量检测频次和数量是路基的质量检测频次和数量是 有碴轨道的有碴轨道的2倍倍，因此，必须强，因此，必须强 化质量检测。化质量检测。 6/6/202111 设计质量体现在：设计质量体现在： 无碴轨道设计对路基的要求。无碴轨道设计对路基的要求。 以路基顶面为界，上部以路基顶面为界，上部无碴无碴 轨道结构，下部轨道结构，下部路基。路基。 下部必须满足上部的

5、要求。下部必须满足上部的要求。 上下要求的标准（指标）要一致。上下要求的标准（指标）要一致。 6/6/202112 我国我国高速铁路路基标准的建立借高速铁路路基标准的建立借 鉴鉴日本日本的标准比较多，特别是路基压实的标准比较多，特别是路基压实 标准采用的力学指标是标准采用的力学指标是地基系数地基系数K30。 但但德国德国、法国法国等国家从来不采用等国家从来不采用 K30 ，而是采用，而是采用静态二次变形模量静态二次变形模量Ev2 和和动态变形模量动态变形模量Evd压实标准。压实标准。 因此，路基上若采用德国的无碴轨因此，路基上若采用德国的无碴轨 道结构形式，就存在路基压实标准不一道结构形式，就

6、存在路基压实标准不一 致的问题。由此，引出致的问题。由此，引出Ev2标准。标准。 6/6/202113 京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）京沪高速铁路设计暂行规定（上、下） Evd 的相关规定的相关规定 级配碎石基床表层的压实标准级配碎石基床表层的压实标准 填料 厚度 （m） 压实标准 备注 地基系数K30 （MPa/m） 动态变形模量动态变形模量Evd （MPa） 孔隙率n 级配碎石0.60.65 1905518%路堤 6/6/202114 德国铁路德国铁路300km/h高速客运专线高速客运专线 无碴轨道路堤结构设计横断面图无碴轨道路堤结构设计横断面图 Ril 836.0501 6/6/20

7、2115 德国无碴轨道设计对路基面的要求德国无碴轨道设计对路基面的要求 Ev2、 Evd 6/6/202116 Ev2 与与K30 物理意义物理意义 计算公式计算公式 检测方法检测方法 设计标准设计标准 本质区别本质区别 不能代替不能代替 6/6/202117 2005前我国前我国Ev2的状况的状况 无仪器设备无仪器设备 无检测规程无检测规程 无设计标准无设计标准 无设计经验无设计经验 6/6/202118 为尽快解决我国客运专 线路基上修建无碴轨道无碴轨道的关 键技术问题，加紧引进、消 化、吸收德国Ev2设计标准设计标准、 仪器设备仪器设备、 试验规程试验规程是十分 必要的。 6/6/202

8、119 Ev2是是德国德国、法国法国及及欧欧 洲洲一直沿用的、成熟的路基一直沿用的、成熟的路基 压实设计标准和检测技术，压实设计标准和检测技术， 德国铁路路基标准德国铁路路基标准DS 836 （Ril 836）中中无碴轨道无碴轨道和和 有碴轨道有碴轨道均采用均采用Ev2和和Evd设设 计标准。计标准。 6/6/202120 中国中国 K30 Ev2 Evd n （K） 德国德国 Ev2 Evd Dpr（na） + FDVK 中德客运专线无碴轨道路基压实标准参数选取对照：中德客运专线无碴轨道路基压实标准参数选取对照： 6/6/202121 路基上若采用德国的无碴轨路基上若采用德国的无碴轨 道结构

9、形式，路基压实标准也将道结构形式，路基压实标准也将 相应地采用德国的标准。因此，相应地采用德国的标准。因此， 铁道部铁道部20052005年年1010月月0909日发布实施日发布实施 的的客运专线无碴轨道铁路设计客运专线无碴轨道铁路设计 指南指南( (铁建设函铁建设函20057542005754号号) ) 中纳入了中纳入了Ev2路基压实标准路基压实标准。 6/6/202122 基床表层级配碎石压实标准基床表层级配碎石压实标准 填填 料料 压压 实实 标标 准准 地基系数 K30 (MPa/m) 变形模量变形模量 Ev2 （MPa） 动态变形模量 Evd（MPa） 孔隙率 n 级配级配 碎石碎石

10、 1901205018% 客运专线无碴轨道铁路设计指南客运专线无碴轨道铁路设计指南 铁建设函铁建设函2005754号号 6/6/202123 基床底层压实标准基床底层压实标准 填料压实标准改良细粒 土 砂类土及 细粒土 碎石类及 粗砾土 A、B 组填 料及 改良 土 地基系数K30(MPa/m)110130150 变形模量变形模量Ev2(MPa) 606060 动态变形模Evd(MPa) 353535 压实系数K0.95 孔隙率n 28% 28% 6/6/202124 基床以下路堤填料及压实标准基床以下路堤填料及压实标准 填料压实标准改良细粒 土 砂类土及 细粒土 碎石类及 粗砾土 A、B、

11、C组 （不含 细粒土、 粉砂及 易风化 软质岩 块石土） 填料及 改良土 地基系数K30(MPa/m)90110130 变形模量变形模量Ev2(MPa) 454545 压实系数K0.92 孔隙率n 31% 31% 6/6/202125 静态二次变形模量静态二次变形模量 Ev2 测试仪测试仪 Ev2 试验规程试验规程 执行德国执行德国DIN18134标准标准 2005年铁道部组织编写的年铁道部组织编写的 变形模量变形模量Ev2检测规程检测规程主主 要参照要参照DIN18134。 6/6/202126 静态二次变形模量静态二次变形模量 Ev2定义定义 6/6/202127 由荷载板试验得出的变形模

12、量由荷载板试验得出的变形模量Ev 为了对承载力做出定量的估计和评价，应将能考虑到空间效应的应力-变形特征的变形模量 确定出来。这些变形模量更接近于真实的形状改变特性。它们被标明为变形模量变形模量Ev。借助于土 体的刚性荷载板试验来确定这些变形模量Ev。 通过加载将应力 施加到受检验的地基面上，并测量出由此而产生的沉降 s。依据弹性均弹性均 质半无限体空间理论质半无限体空间理论（BOUSSINESQ），对于刚性圆形荷载板在应力和沉降之间有如下关系: E半无限空间体的弹性模量； r 刚性荷载板半径； 泊松比（对于砂 =0.2，对于粘土 =0.4 ）。 对于 =0.21 则给出“荷载板压力公式”：

13、Ev = (1.5 r ) / s 变形模量Ev还有进一步的定义，表示它源于往复静载试验的第一次加载过程（Ev1）或者 第二次加载过程（Ev2）以及源于动载试验过程（Evd）。 对于土体承载力的评估而言，变形模量Ev是最重要的参数。 E r s 2 )1 ( 4 2 6/6/202128 平板载荷试验应力平板载荷试验应力位移曲线位移曲线 （ s） 6/6/202129 变形模量变形模量 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0位移s曲线上0.30 max 和 0.70 max 之间的位移割线斜率来确定的。其中， 一次加载曲线上为静态一次变形模量Ev1 二次加载曲线上为

14、静态二次变形模量Ev2 Ev1 = (1.5 r )/ s1 Ev2 = (1.5 r )/ s2 6/6/202130 Ev1、Ev2、K30 概念解释概念解释 Ev1 = (1.5 r )/ s1(MPa) Ev2 = (1.5 r )/ s2(MPa) 1.25mm K30 =/1.25 (MPa/m) 6/6/202131 DIN 18134 变形模量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计算得到的。 s = a0 + a10 + a220 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；

15、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)。 式中的系数是把测试值按最小误差二乘法计算得到的式中的系数是把测试值按最小误差二乘法计算得到的。 6/6/202132 DIN 18134 变形模量变形模量Ev 由下式计算： Ev = 1.5 r 1/（a1 + a2 0max） 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。 6/6/202133 特别提示！特别提示！ Dpr 与与 Ev2

16、 / Ev1 存在以下关系存在以下关系： Dpr 1.0 Ev2 / Ev12.3 Dpr0.98 Ev2 / Ev12.5 Dpr0.97 Ev2 / Ev12.6 一般规定一般规定 Ev2 / Ev12.3 注：当Ev1超过Ev2 要求值的 60%时， Ev2 / Ev1允许略高于此规定值。 6/6/202134 Ev2测试仪的构造测试仪的构造 6/6/202135 德国德国PDG-KPDG-K型型Ev2 Ev2 测试仪在路基上的使用测试仪在路基上的使用 承载板承载板 反力装置反力装置 加载装置加载装置 荷载量测装置荷载量测装置 沉降量测装置沉降量测装置 6/6/202136 Ev2 Ev

17、2 测试仪的测试仪的构成构成 PDG-SD型型 PDG-K型型 承载板承载板 加载装置：液压泵、千斤顶、高压油软管加载装置：液压泵、千斤顶、高压油软管 荷载量测装置：压力盒荷载量测装置：压力盒 采集头、采集处理器采集头、采集处理器 打印机打印机 沉降量测装置：沉降量测装置： 数显百分表、测量臂（杠杆式）、数显百分表、测量臂（杠杆式）、采集头、采集处理器采集头、采集处理器 PC专用数据处理软件 E Ev2v2测试报告测试报告 6/6/202137 Ev2测试仪的操作演示测试仪的操作演示 （录象）（录象） 6/6/202138 Ev2测试仪基本组成测试仪基本组成 a）加载反力装置（配重）。 b）平

18、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。 6/6/202139 加载反力装置加载反力装置 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。 6/6/202140 承载板承载板 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

19、 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 6/6/202141 加载装置加载装置 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。 6/6/202142 测力装置测力装置 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。 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。 6/6/202143 位移测试装置位移测试装置 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。 图 带触点的位移测试装置图例 6/6/202144 位移测试装置位移测试装置 b）单轴可伸缩移动的测量臂;位移测试比例为1:1。 图 带触点的位移测试装置图