變形模量Ev2在高鐵路基檢測中應(yīng)用實(shí)驗(yàn)分析研究

張　杰

(中鐵四院集團(tuán)西南勘察設(shè)計有限公司，云南昆明　650214)

1　概述

無砟軌道對工后沉降要求特別嚴(yán)格，而路基壓實(shí)質(zhì)量直接決定了工后沉降的大小。因此，必須要找到一套科學(xué)、合理的檢測標(biāo)準(zhǔn)來控制路基的壓實(shí)質(zhì)量。目前，客運(yùn)專線的檢測指標(biāo)有：n、K30、Evd和Ev2。n(孔隙率)用常規(guī)的方法就可以檢測，K30在我國已經(jīng)有了20多年的應(yīng)用和研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，儀器設(shè)備、試驗(yàn)方法和設(shè)計指標(biāo)相對成熟；Ev2是歐洲很多國家一直沿用的、成熟的路基壓實(shí)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)，剛剛被引入我國，還沒有技術(shù)儲備，很有必要確立我國的測試方法和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2　Ev2基本概念和試驗(yàn)方法

2.1　基本概念

變形模量Ev2測試試驗(yàn)是平板載荷試驗(yàn)的一種，利用30 cm的圓形承載板和加載裝置，對測試點(diǎn)進(jìn)行第一次加載和卸載，然后進(jìn)行第二次加載，通過計算測得的應(yīng)力和相對應(yīng)的位移形成的應(yīng)力-位移曲線，得出相應(yīng)的Ev2和Ev2/Ev1值。

2.2　試驗(yàn)方法[1]

(1)整平測試面，清除地面的雜物，盡量使承載板和地面充分接觸。

(2)試驗(yàn)儀器安裝。

(3)預(yù)加載0.01 MPa荷載，約30 s后卸除荷載，調(diào)零沉降量測表讀數(shù)。

(4)進(jìn)行第一次加載。必須至少分6級，以0.08 MPa的增量逐級加載，達(dá)到最大荷載為0.5 MPa或沉降量達(dá)到5 mm時所對應(yīng)的應(yīng)力后，再進(jìn)行卸載。

(5)按最大荷載的50%、25%、0三級進(jìn)行卸載。

(6)卸載后，再次以0.08 MPa的增量逐級加載到第一次所加荷載的倒數(shù)第二級。

3　檢測數(shù)據(jù)綜合分析

某高鐵DK242+822～DK242+959段基床底層第三層、第四層和第六層碾壓后，碾壓后3 h和碾壓后6 h，分別測試Ev2、Ev2/Ev1、Ev1、K30和Evd值，得到72組數(shù)據(jù)。

3.1　不同檢測時間下Ev2測試結(jié)果分析

分別將基床底層第三層、第四層和第六層測得的Ev2數(shù)據(jù)，繪制成不同檢測時間下Ev2的分布曲線，如圖1、圖2和圖3所示。

圖1　基床底層第三層不同檢測時間測得Ev2分布

圖3　基床底層第六層不同檢測時間測得Ev2分布

路基碾壓完畢，隨著時間的推移，路基檢測Ev2值增大，但是，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定時間后，Ev2值增加不是很顯著。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是受外部檢測環(huán)境條件的影響，被測路基表面土體的狀態(tài)是影響測試值的主要因素。在進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)時，土體的含水量對其影響很大，當(dāng)土體中水以結(jié)合水的形式存在時能夠增加其強(qiáng)度，而以自由水的形式存在時會降低其強(qiáng)度。路基剛碾壓完畢時，含水量偏高，造成檢測值偏低；隨著時間的推移，填料中的水分逐漸揮發(fā)，含水量降低，由于水的吸力和表面張力使填料顆粒之間的有效應(yīng)力增大，從而使測試值增大[1]。另外，受到碾壓后余震的影響，土體的塑性變形有一個回復(fù)的過程，也可使測試值增大。一段時間之后，填料表面水分揮發(fā)到一定程度，含水量不再變化，因此測試值不再增加，這說明Ev2測試結(jié)果具有時效性。因此，在進(jìn)行路基檢測時，要確定合理的檢測時間。

3.2　Ev2與Ev2/Ev1相互關(guān)系分析[2]

對DK242+822～DK242+959段基床底層第三層、第四層和第六層所測得的Ev2值和相應(yīng)的Ev2/Ev1值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖4所示。

圖4　Ev2與Ev2/Ev1關(guān)系

可以看出：Ev2與Ev2/Ev1分布比較離散，其回歸曲線相關(guān)系數(shù)僅為0.15，這說明這兩個量之間基本沒有相關(guān)關(guān)系，是獨(dú)立的的兩個物理量。

3.3　Ev2、Ev2/Ev1與Evd的相互關(guān)系

對DK242+822～DK242+959段基床底層第三層、第四層和第六層所測得的Ev2值和相應(yīng)的Ev2/Ev1值與相同位置所檢測的Evd值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖5和圖6所示。

圖5　Ev2與Evd的關(guān)系

圖6　Ev2/Ev1與Evd的關(guān)系

可以看出：Ev2測試值和Evd測試值這兩個量之間相關(guān)性一般，相關(guān)系數(shù)為0.58，當(dāng)Evd取規(guī)范值40 MPa時，根據(jù)回歸曲線，得Ev2為85 MPa，與規(guī)范值相當(dāng)，反映出規(guī)范中Ev2和Evd對路基壓實(shí)質(zhì)量控制程度大體上一致[3]。測試Ev2所需時間較長，每個測試點(diǎn)要45 min以上，還需要反力裝置，造成機(jī)械的浪費(fèi)，而Evd測試簡單、所需時間很少。因此，研究Evd與Ev2的相關(guān)性，在施工條件大致相同的情況下，進(jìn)行大量的試驗(yàn)，并對積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，探索出用Evd代替Ev2檢測的方法具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。而Ev2/Ev1與Evd的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)為0.71，可以看出，隨著Ev2/Ev1值的增大，Evd測試值隨著變小。

3.4　Ev2、Ev1與K30相互關(guān)系分析

對DK242+822-242+959段基床底層第三層、第

四層和第六層所測得的Ev2值和相應(yīng)的Ev1與相同位置所檢測到的K30值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖7和圖8所示。

圖7　Ev2與K30關(guān)系

圖8　Ev1與K30關(guān)系

可以看出，Ev2與K30相關(guān)性不是很顯著，相關(guān)系數(shù)為0.46，而Ev1與K30具有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.80，當(dāng)取Ev2規(guī)定值60 MPa時，根據(jù)回歸曲線，K30值為180 MPa，與規(guī)范值相當(dāng)，說明Ev2和K30對路基壓實(shí)質(zhì)量控制程度大體上一致。京石客專路基檢測時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某測試點(diǎn)Ev2值達(dá)到規(guī)范值時，K30很有可能不達(dá)標(biāo)，說明雖然這兩個力學(xué)指標(biāo)都是通過靜力平板載荷試驗(yàn)測試得到的，但是二者并不能相互代替，但是可以根據(jù)第一次加載的沉降量來估計K30值。

4　結(jié)論

(1)Ev2測試結(jié)果具有時效性，在進(jìn)行路基檢測時，必須要選擇合理的檢測時間，剛碾壓完畢時，檢測結(jié)果偏低，并不能反映真實(shí)的路基壓實(shí)質(zhì)量，路基碾壓后3 h檢測效果最佳。

(2)Ev2與Ev2/Ev1相關(guān)性很小，可以看做是兩個獨(dú)立的物理量；Ev2與Evd、K30的相關(guān)性一般，并且Ev2與Evd的相關(guān)性大于Ev2與K30的相關(guān)性。根據(jù)回歸曲線，當(dāng)Ev2取規(guī)范值時，Evd和K30值與規(guī)范值大致相當(dāng)，說明規(guī)范值Ev2、Evd和K30對壓實(shí)質(zhì)量控制程度大體上一致，也反映出規(guī)范的可行性。

(3)Ev2/Ev1與Evd、Ev1與K30之間有較高的相關(guān)性，Evd測試值隨著Ev2/Ev1值的增大而變小，用Ev1可以大致估算出K30值。

[1]龍衛(wèi)，肖金鳳.變形模量Ev2與K30平板載荷試驗(yàn)的對比分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2006(5):36-39

[2]胡在良，李晉平，等.無砟軌道鐵路路基變形模量Ev2控制指標(biāo)的試驗(yàn)研究[J].中國鐵道科學(xué)，2008，29(5):20-24

[3]程遠(yuǎn)水.路基壓實(shí)參數(shù)相關(guān)關(guān)系及改良土控制指標(biāo)的研究[D].北京：鐵道科學(xué)研究院，2007

[4]徐培華，鄭南翔，徐瑋.高等級公路路基路面施工質(zhì)量控制技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2005