客运专线路基压实标准与检测技术PPT课件

1、2021-12-141 K K3030 E Ev2v2 E EvdvdOK！第1页/共78页2021-12-142主要内容 客运专线铁路路基质量检测必要性 客运专线铁路路基压实标准（参数）及其检测技术 压实系数K 孔隙率n 地基系数K30 动态变形模量Evd 静态二次变形模量Ev2 客运专线路基填料粒径问题碾压过程中的均匀性检测（FDVK或CCC）第2页/共78页客运专线铁路路基质量检测必要性一方面，可以评价路基施工过程中或竣工后路基的质量，检验路基是否达到了设计要求，验证路基是否具有足够的强度能够承受列车动荷载的作用，同时，又具备保证列车安全、舒适运行的合理刚度；另一方面，可以了解施工过程的

2、质量情况，控制施工进度，促进施工单位改进施工工艺，加强施工质量管理，保质保量地完成施工任务。第3页/共78页客运专线铁路路基压实标准及其检测技术 压实系数K 孔隙率n 地基系数K30 动态变形模量Evd 静态二次变形模量Ev2第4页/共78页2021-12-145客运专线路基结构设计客运专线路基结构设计各国铁路路基压实标准参数选取压实标准参数压实标准参数日本日本德国德国法国法国英国英国铁盟铁盟中国中国压实系数压实系数K K (D(Dprpr) ) 孔隙率孔隙率n n 含气率含气率n na a地基系数地基系数K K3030变形模量变形模量E Ev2v2 动态变形模量动态变形模量E Evdvd小型

3、贯入小型贯入N N1010第5页/共78页2021-12-146压实系数K 填料压实后的干密度与击实试验测得的最大干密度的比值。环刀法粉土、黏性土灌水法最大粒径小于60mm的土灌砂法最大粒径小于20mm的土气囊法最大粒径小于20mm的土核子湿度密度仪细粒土、砂类土铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004）第6页/共78页2021-12-147孔隙率n土的孔隙体积与总体积的比值，以百分率表示。灌水法灌砂法气囊法铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004）第7页/共78页2021-12-148德国水囊法测试仪

4、（D Dprpr）第8页/共78页2021-12-149 2005年7月，北京，第七届中国国际现代化铁路装备展览会上，德国HMP公司展出“灌水法”的仪器化产品 水囊法测试仪 （D Dprpr）第9页/共78页2021-12-14100.1518.030(MN/m )(MN/m )2Rfe)端阻力和相对密实度陶土，粉土粉质粘土R =10.0%泥炭土砂性粘土粘土质砂粘土质泥炭土粉砂3.0%0.20.30.10粘土4.0%210.0%6.0%(MN/m )2010530.70.50.60.41.8%2.0%1.4%2.5%2.2%U34.0砂8.0c0.8D细砂1.0%1.1%b)侧磨擦阻力f0.1

5、8s4.00.123.02.01.0f)端阻力和内摩擦角(MN/m )3032.527.55256220152510842.537.54035U324.045c)磨擦阻力比100qscf3%3.00.8%2.01.020302(MN/m )0.20.121.00.3 (MN/m )24.0(%)2.0 3.0砂粉质粘土图2.45 近地表雷边探测（原理图）b)贯入探测a)地表探测b)发射源a)计数管计数管发射源a)圆柱体取样b)水取代法c)密度器图2.44 直接密度测试密度器缸体压力活塞4dd H O橡胶囊V=i2ih.2fmh水取代法H O2薄膜Vfm圆柱体取样hd h2V=4im1id取样圆

6、柱体 Dpr 水囊法测试仪工作原理第10页/共78页2021-12-1411Dpr现场试验1.测试点和仪器准备;2.确定零点;3.读取零点L0;4.挖测试坑;5.收集挖出土样;6.测试坑就绪;7.测试仪坑顶就位,橡胶囊塞进坑内;8.读取刻度L1,容积=（L1L0）*A;9.测试完毕。第11页/共78页2021-12-1412K K30 30 平板载荷试验 对直径30cm30cm的刚性荷载板分级施加静荷载，在测得的应力位移曲线上，取位移1.25mm1.25mm所对应的应力与1.25mm1.25mm的比值，定义为“地基系数K K3030”。K K30 30 = =1.25 1.25 / /1.25

7、 1.25 (MPa/m)(MPa/m)铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004） 地基系数K K3030第12页/共78页2021-12-1413K30现场试验第13页/共78页2021-12-1414E Evd vd 动态平板载荷试验铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004） 动态变形模量E Evd vd 第14页/共78页2021-12-1415Evd现场试验第15页/共78页2021-12-1416执行中华人民共和国行业标准铁建设20051882005188号变形模量E Ev2v2检测规程（试行

8、）20052005年1010月2929日发布实施 静态二次变形模量E Ev2 v2 第16页/共78页2021-12-1417Ev2现场试验第17页/共78页2021-12-1418参照铁路工程土工试验规程（TB101022004）E Evd vd 动态平板载荷试验第18页/共78页前前 言言第19页/共78页 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。第20页/共78页2021-12-1421 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（Dpr）、相对密度Dr或孔隙率n作

9、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。 第21页/共78页2021-12-1422 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二次变形模量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

10、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。 第22页/共78页2021-12-1423 然而，无论是静态二次变形模量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。 第23页/共78页2021-12-1424 另外， K

11、30 和Ev2试验设备和试验方法上还存在着一些不足： 试验设备庞大，需要大吨位加载车； 操作复杂、麻烦，要求条件苛刻； 费时、费力； 占用人员和台班费，检测费用高； 要求有宽敞的试验场地，不适用狭窄地段； 试验结果影响因素较多，误差较大等。 第24页/共78页2021-12-1425 为解决上述问题，德国HMP公司于80年代初开始研发一种轻型、便携、快速、高自动化、高精度的地基承载能力的动态测试仪器，称为“轻型落锤仪”，德文缩写“LFG”。 通过“轻型落锤仪”试验所检测的地基承载力指标，术语称为“动态变形模量”，符号“Evd”。因此， “轻型落锤仪”也称为“Evd动态变形模量测试仪”。 第25

12、页/共78页2021-12-1426 Evd试验仪器和试验方法的研究与应用，有效地克服了K30 和Ev2上述不足。 具有体积小、重量轻、便于携带；安装及拆卸方便、操作简便；自动化程度高、测试速度快；性能稳定、测试精度高；检测费用低；适应范围广等优点。 Evd 将成为路基质量检测的发展方向。第26页/共78页2021-12-1427德国HMP公司研发的LFG型Evd 动态变形模量测试仪 20多年的发展历史功能最强大、最先进LFGKC型中、英文双语第27页/共78页2021-12-1428 动态变形模量Evd 是德国九十年代开始采用的新型路基压实质量标准，从研究开发至今已有近二十年的历史。 动态变

13、形模量Evd 标准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。 1997年2月德国颁布执行的德国铁路建设轻型落锤仪使用规定（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。国外 Evd 标准情况第28页/共78页2021-12-1429 1999年12月20日颁布执行的德国铁路规范DS 836（Ril 836）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的高速铁路路基基床表层的Evd 设计标准为50MPa。国外 Evd 标准情况第29页/共78页2021-

14、12-1430德国铁路300km/h高速客运专线无碴轨道路堤结构设计横断面图Ril 836.0501Evd=50MPa第30页/共78页2021-12-1431国内Evd Evd 研究情况 1999年铁道部立项的科技研究开发计划项目“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（合同编号99G13）”由三家分别研制出三套不同的路基施工质量检测仪器样机： 石家庄铁道学院路基施工质量监控仪 铁道建筑研究设计院动态变形模量测试仪 铁道部科学研究院路基动刚度仪第31页/共78页2021-12-1432国内Evd Evd 研究情况 经过了三年的研究，作为科研课题，于2002年3月通过了铁

15、道部科技成果鉴定。三台样机从设计原理、测试参数和结构构造上都截然不同：第32页/共78页2021-12-1433国内Evd Evd 研究情况 石家庄铁道学院路基施工质量监控仪检测的是波速VR； 铁道部科学研究院路基动刚度仪检测的是动刚度； 铁道建筑研究设计院DBM型动态变形模量测试仪检测的是动态变形模量Evd，原理与德国LFGLFG型EvdEvd动态变形模量测试仪基本相同。第33页/共78页2021-12-1434E Evdvd 主要应用于以下两个方面：一、铁路新线建设、既有线提速改造建设 依据铁路工程土工试验规程 （TB10102-2004）、 铁路路基工程施工质量验收标准 （TB10414

16、-2003，J285-2004） 将“Evd Evd 动态平板载荷试验”作为“K K3030平板载荷试验”的快速试验方法，根据Evd Evd 与K K30 30 的相关关系式，由Evd Evd 测试值推算出K K3030 值。第34页/共78页2021-12-1435 Evd与K30的相关关系式细粒土: : K K30 30 = 3.45 = 3.45 E Evdvd + 0.1 + 0.1 粗粒土: : K K30 30 = 3.33 = 3.33 E Evdvd + 6.09+ 6.09碎石土: : K K3030 = 3.10 = 3.10 E Evdvd + 14.3+ 14.3级配碎

17、石: :K K30 30 = 3.49 = 3.49 E Evdvd + 14.4+ 14.4 摘自铁路工程土工试验规程（TB10102-2004TB10102-2004）第35页/共78页2021-12-1436E Evdvd 主要应用于以下两个方面：二、高速客运专线铁路建设 依据京沪高速铁路设计暂行规定 客运专线铁路路基工程施工技术指南客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准客运专线无碴轨道铁路设计指南等 可将通过“Evd Evd 动态平板载荷试验”取得的动态变形模量Evd Evd 值直接用于评判路基的压实质量。第36页/共78页2021-12-1437京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）E

18、vd Evd 的相关规定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E Evdvd（MPa）孔隙率n级配碎石0.60.65 1905518%路堤第37页/共78页2021-12-1438过渡段级配碎石填筑标准：K K3030150MPa/m E Evdvd50MPa n n 28%京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）Evd Evd 的相关规定第38页/共78页2021-12-1439 客运专线铁路路基工程施工技术指南客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准 Evd Evd 的相关规定基床表层压实标准填料压实标准地基系数K30（MPa/m

19、）动态变形模量动态变形模量E Evdvd（MPa）孔隙率n（% ）级配碎石或级配砂砾石1905518第39页/共78页2021-12-1440 客运专线铁路路基工程施工技术指南客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准 Evd Evd 的相关规定基床底层压实标准项目压实标准改良细粒土砂类土及细砾土碎石类及粗砾土地基系数K30（MPa/m）110130150动态变形模量动态变形模量E Evdvd（MPa）404040孔隙率n （% ）2828压实系数K9.5第40页/共78页2021-12-1441基床表层级配碎石压实标准 填料 压 实 标 准 地基系数K30(MPa/m) 变形模量Ev2（MPa

20、） 动态变形模量动态变形模量Evd（MPa） 孔隙率n 级配碎石 1901205018%客运专线无碴轨道铁路设计指南铁建设函2005754号Evd 的相关规定第41页/共78页2021-12-1442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Ev2(MPa)606060动态变形模动态变形模Evd(MPa) 353535压实系数K0.95孔隙率n 28% 28%客运专线无碴轨道铁路设计指南铁建设函2005754号Evd 的相关规定第42页/共78页2021-12-1443过渡段级配碎石填筑标准：K3

21、0150MPa/m 、 Ev280MPa 、E Evdvd50MPa50MPa 、 n 28%客运专线无碴轨道铁路设计指南铁建设函2005754号Evd 的相关规定第43页/共78页主 要 内 容 一、 Evd 动态平板载荷试验工程应用举例 二、 Evd 的定义 三、 Evd 测试仪的工作原理 四、 Evd 测试仪的主要性能参数 五、 Evd 测试仪的适用范围 六、 Evd 测试仪的特点 七、 Evd 测试仪的操作方法 第44页/共78页2021-12-1445一、 Evd 动态平板载荷试验工程应用举例第45页/共78页2021-12-1446Evd 动态平板载荷试验在德国铁路的应用第46页/

22、共78页2021-12-1447Evd 动态平板载荷试验在柏林LehrterLehrter火车站前应用第47页/共78页2021-12-1448Evd 动态平板载荷试验在德国铁路电缆沟槽的应用 第48页/共78页2021-12-1449Evd 动态平板载荷试验在秦沈客运专线的研究应用第49页/共78页2021-12-1450Evd 动态平板载荷试验在昆山试验段路基上的应用第50页/共78页2021-12-1451Evd 动态平板载荷试验在昆山试验段涵- -路过渡段的应用第51页/共78页2021-12-1452Evd 动态平板载荷试验在胶济线上的应用第52页/共78页2021-12-1453二

23、、Evd 的定义第53页/共78页2021-12-1454 动态变形模量E Evd vd （英文：dynamic modulus of deformationdynamic modulus of deformation）是指土体在一定大小的竖向冲击力F Fs s和冲击时间t ts s作用下抵抗变形能力的参数。 依据弹性均质半无限体空间理论，对于泊松比 =0.21=0.21 由平板压力公式E Evd vd =1.5=1.5r r /s/s计算得出， 其中：E Evdvd动态变形模量（MPaMPa）； r r 圆形刚性荷载板的半径（mmmm）； 荷载板下的最大冲击动应力， 它是通过在刚性基础上，由

24、最大冲击力F Fs s=7.07=7.07KNKN 且冲击时间t ts s=17=17msms时标定得到的，即 =0.1=0.1 MPa MPa； s s 实测荷载板下沉幅值（mmmm）； 1.5 1.5 荷载板形状影响系数。 实测结果采用公式 E Evd vd =22.5=22.5/s/s 计算。动态变形模量动态变形模量 E Evd vd 的定义的定义第54页/共78页2021-12-1455三、Evd 测试仪的工作原理第55页/共78页2021-12-1456E Evdvd动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪工作工作原理原理旋转式-干钻从普通车辆钻穿碎石道碴进入地基土层：岩芯观察通常钻孔至

25、轨面下1.3m在线路轴线处钻至2m（新线为3.25m）进一步的现场试验这种方法的优点单个钻孔的快速实现结果的直接评价不受气候影响保持轨道位置的稳定性在轨道上没有钻孔前后的有关工作密实度下沉图2.47 根据TP BF-StB,B8.3的动力平板荷载试验行程限制器和释放装置b)冲击力和振动的时间过程,试验结果tFss力时间sE =vds采用 r=150mm=0.1N/mm2vdE =22.5sN/mm2传感器（振动接收器）刚性荷载板（300mm）落锤重量（10kg)弹簧元件导杆a)轻的落锤重量 利用利用落锤落锤从一定高度从一定高度自由下落在自由下落在阻尼装置阻尼装置上，产上，产生的瞬间冲击荷载，通

26、过阻生的瞬间冲击荷载，通过阻尼装置及传力系统传递给直尼装置及传力系统传递给直径径300mm的的承载板承载板，在承，在承载板下面（即载板下面（即测试面测试面）产生）产生的动应力，使承载板发生的动应力，使承载板发生沉沉陷陷s s 即承载板振动的振幅，即承载板振动的振幅，由沉陷测定仪采集记录下来。由沉陷测定仪采集记录下来。沉陷值沉陷值s s 越大，则被测点的越大，则被测点的承载力越小；反之，越大。承载力越小；反之，越大。第56页/共78页2021-12-1457四、Evd 测试仪的主要技术参数第57页/共78页2021-12-1458主要结构组成主要结构组成加载装置加载装置 挂（脱）钩装置挂（脱）钩

27、装置( (带水准泡带水准泡) ) 导向杆导向杆 落锤落锤（10.0kg） 阻尼装置阻尼装置荷载板荷载板 圆形钢板圆形钢板（直径（直径300mm） 传感器传感器沉陷测定仪沉陷测定仪( (显示、存储、与电显示、存储、与电脑连接脑连接) )打印机打印机 E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪第58页/共78页2021-12-1459Evd测试仪选型应注意 性能稳定，技术参数符合要求； 正规厂家的知名品牌（厂家具有ISO 9001ISO 9001证书）； 具有原产国出厂标定证书和原产国标定授权证书； 具有中国法定计量机构的标定证书； EvdEvd脱挂钩装置上有水准泡； 测试仪自身具有存

28、贮功能； 测试仪可以与电脑连接, ,通过专用软件传输数据； 测试仪最好具有中/ /英文双语显示功能； 小打印机可打印输出中/ /英文测试结果； 专用电脑软件可输出中/ /英文测试报告。第59页/共78页2021-12-1460主要技术参数 加载装置 总重量：15.0kg 落锤重量：10.0kg 最大冲击力： 7.07kN 冲击持续时间： 17.01.5ms 承载板 直径：300mm 厚度：20.0mm 重量：15.0kg 电子沉陷测定仪 沉陷测试范围：0.12.0mm0.02mm Evd测试范围：10MPa225MPa 电源： 4xR6电池 适应温度范围： 050摄氏度 外观尺寸： 210mm

29、x80mmx25mm 存储量： 200组测试曲线 重量： 0.4kg第60页/共78页2021-12-1461五、Evd 测试仪的适用范围第61页/共78页2021-12-1462 E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪 用途：用途： 监控检测土体承载监控检测土体承载力指标力指标动态变形模动态变形模量量E Evdvd 适用范围：适用范围： 铁路、公路、机场、铁路、公路、机场、城市交通、港口码头、城市交通、港口码头、工业与民用建筑的地基工业与民用建筑的地基施工质量监控测试。施工质量监控测试。第62页/共78页2021-12-1463六、Evd 测试仪的特点第63页/共78页2021-12-1464 特 点 体积小、重量轻、便于携带体积小、重量轻、便于携带 安装及拆卸方便、操作简便安装及拆卸方便、操作简便 自动化程度高、测试速度快自动化程度高、测试速度快 性能稳定、测试精度高性能稳定、测试精度高 检测费用低检测费用低 适应范围广适应范围广 环保型，无核辐射、废气等污环保型，无核辐射、废气等污染染 动载测试符合土体实际受力状动载测试符合土体实际受力状况况 E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪第64页/共78页2021-12-1465七、Evd 测试仪的操作方法第