Evd在既有線路基提速改造工程中的應用

王志輝 張 強

隨著高速鐵路和客運專線的發展,高速鐵路路基工程質量控制指標體系也經歷了一個逐步發展的過程。幾十年來,國內外均沿用的是美國20世紀30年代開始采用的壓實度指標,即壓實系數K、相對密度Dr或孔隙率n作為路基設計及施工控制的土的壓實質量標準。雖然壓實度檢測有指導現場施工和操作相對簡便等優點,但是,對于高速鐵路和其他對強度指標要求嚴格的情況下,僅采用壓實度指標來控制土的壓實質量是有一定局限性的。因此,在檢測壓實度的基礎上,將強度及變形指標作為判別路基承載力好壞的標準,已經成為了國內外路基施工質量檢測的發展方向,其中包括美國的CBR(加州承載比)標準,德國、法國、奧地利等國的靜態彈性模量 Evd標準,日本的地基系數 K30等[4]。國內已經形成了以壓實度、相對密度、地基系數、孔隙率、Ev2和Evd等為指標的路基質量控制指標體系。本文以既有線路基質量檢測為對象,介紹了Evd在既有線路基質量檢測中的應用和注意事項,同時探討了多指標控制路基施工質量的可行性和必要性。

1 動彈性模量的概念及設備原理

動態變形模量Evd是由落錘沖擊施加一定大小和作用時間荷載的平板試驗測得的土體變形模量。通常荷板的直徑為300 mm,錘重為10 kg,最大沖擊力為7.0 kN,荷載脈沖寬度18 mm。試驗記錄落錘沖擊時板的沉降。在假定沖擊力恒定和泊松比 μ=0.21的情況下,由彈性各項同性半空間體上圓形局部荷載的公式計算動態變形模量：

其中,r為承載板的半徑,為150 mm;σ為路基最大動應力;S為承載板的沉陷值,mm;1.5為承載板形狀影響系數。

動態彈性模量測試儀的工作原理是利用落錘自由落體產生沖擊力作用于直徑300 mm的圓形平板上,通過載荷板將動荷載傳遞給路基面使得路基產生沉降,并由此計算動態彈性模量Evd[2]。Evd動態平板載荷試驗彌補了K30平板載荷試驗用靜力加載不能真實反映列車高速行駛時動載荷對路基影響的不足。因此,動態彈性模量Evd更適合高速鐵路路基施工的檢測。從理論上講,路基沉降量越小,路基 Evd值越大,路基承載力越高;反之路基承載力越低。

2 Evd測試在既有線提速中的應用及其存在的問題

1)試驗步驟。

首先將荷載板擺放在已經整平好的測試面(可用少量細中砂找平)上,安裝上導向桿并通過調整圓水準管氣泡居中以保持其垂直;其次打開沉陷測定儀開關并通過數據線將沉陷測定儀與荷載板連接,將落錘提升至掛鉤裝置上掛住,然后使落錘脫鉤并自由落下,當落錘彈回后用手將其抓住并重新掛回掛鉤裝置上,按此操作進行三次預沖擊;點擊沉陷測試儀上的測試按鈕后即進入正式測試,正式測試按預沖擊方式進行三次重復沖擊測試,其數值作為正式測試記錄,測試時應防止載荷板跳躍或移動;測試結束后將所得數據通過沉陷測試儀及時記錄在已備好的試驗記錄上,并將實測結果和S—T(沉陷—時間)曲線打印出來。

2)成果分析。

本次檢測根據先期的路基狀況的調查結果,將整個檢測路段劃分為24個區段,進行了345點 Evd測試,Evd平均值34.9 MPa,標準差 18.2,變異系數0.516,修正系數0.92,則 Evd的標準值為32.1 MPa,小于 55 MPa。

根據 Evd值的范圍對檢測段Evd值進行統計,各個區間段 Evd值的分布情況見表1。

表1 Evd值區間統計表

雖然從總體評價來看路基 Evd測試值普遍較低,不能滿足提速要求,但這并不能意味著全路段都需要進行路基加固處理,因為其中少數路段的路基狀況還是可以滿足提速要求的,故在對全路段進行總體評價的基礎上,針對不同的土質及 Evd值測試結果的分布特點,我們又將全部測試結果按里程進行了分段評價,全程共分為了24個區段,由于進行分段后的Evd值離散較小,故采用了 Evd平均值作為評價指標,最終得出合格的區段6個,不合格的區段18個。

3)與壓實度評價結果的對比。

以寧啟線K122+300～K124+250段承載力評價為例,K122+300～K124+250段測試數據見圖1。

評價結果：該段 Evd平均值為 57.05 MPa。本段共有 4個測點,所有測點均達到55 MPa的標準,故該段 Evd檢測評定為合格。

K120+400～K140+000段為路堤。該段共有95個測點,該段壓實系數散點圖如圖2所示。

評價結果：該段壓實系數平均值為86.5%。本段共有95個測點,所有測點均未達到壓實標準,故該段壓實度評定為不合格。

圖1 4個測點與圖2的測點取同一路段,其中在K122+300～K124+250路段 Evd評價結果為合格,而路基的壓實度不合格,二者存在不一致性,由此可見對于高速鐵路路基質量檢測各指標的重要性,選用多指標評價高速鐵路路基的施工質量和既有路基的工作狀態是非常必要的。

3 結語

1)本文對Evd測試成果在運用數理統計總體評價的基礎上進行分段評價,這樣既突出整體的好壞又可以對部分區段有針對性的進行評價。但是對于整體和分段進行評價的方法的適用性和合理性有待進一步研究。2)Evd測試適用范圍廣,儀器攜帶方便,數據采集快捷,操作簡單直觀,勞動強度低,并能夠較真實地反映鐵路路基在列車荷載作用下的土體動力特性,尤其適用于既有線提速中路基質量檢測。3)在檢測中發現,不同填料工程特性和不同的水文地質與工程地質條件,Evd動態平板載荷試驗適用性,以及相關技術規范及驗收標準還不是很完善,急需解決。

[1] TB 10102-2004,鐵路工程土工試驗規程[S].

[2] TB 10414-2003,鐵路路基工程施工質量驗收標準[S].

[3] 李怒放.動態彈性模量 Evd標準的應用與展望[J].鐵路標準設計,2003(6)：37-40.

[4] 鐵建設[2005]160號,客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準[S].