高速鐵路路基壓實強度指標檢測研究

湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421001

1 前言

高速鐵路路基壓實質量檢測指標有壓實系數k、相對密度Dr、地基系數K30、孔隙率n、動態變形模量Evd 等；密度控制指標（壓實系數）測試，試驗采用灌砂法，對試坑和測試砂的標準較高，測試較繁瑣，而且試驗對路基有破壞性，相對密實度Dr能比較確切反映土的密實程度，但是emax、emin 的檢測比較困難，誤差很大；為了利用便捷、快速、高效的測試方法，綜合評價路基壓實質量，對路基壓實強度指標（地基系數K30 和動態變形模量Evd）進行測試研究，并做對比分析。

2 地基系數K30

地基系數K30［1］是表示土體表面在平面壓力作用下所產生的壓縮性的程度，是反應路基土的強度和變形的總和指標，它是利用直徑為300mm的剛性承載板進行靜壓平板載荷試驗，取加載測得的“荷載強度和下沉量關系曲線”上為1.25mm 時載荷（σs）與載荷板的下沉位移（Ss）之比值，單位為MPa/m。計算按下式：

式中：K30——地基系數

σs——荷載強度和下沉量關系曲線中1.25mm 所對應的荷載強度（MPa）

Ss——下沉位移值

3 動態變形模量Evd

動態變形模量Evd（dynamic modulus of deformation）指土體在一定大小的豎向沖擊力Fs 作用下，經過ts 時間的沖擊，土體抵抗變形能力的參數。測定試驗是采用動態變形模量測試儀（又稱輕型落錘儀）檢測土體壓實指標，其工作原理是利用落錘從一定高度自由落下，沖擊彈簧阻尼裝置，產生瞬間沖擊荷載，模擬高速列車對路基產生的沖擊應力，進行動載測試，并以此計算出動態變形模量Evd 值［2］。通常用平板壓力公式（2）計算。

式中：Evd——動態變形模量，MPa；

1.5——荷載板的形狀影響系數。

r——承載板的半徑，mm；

σ——承載板下的最大動壓力，MPa；

S——實測荷載板下的沉幅值，mm；

根據實驗經驗，圓形承載板的半徑r 為150mm，用最大沖擊力Fs=7.07kN且沖擊時間ts=18ms時標定的承載板下的最大動壓力σ 為0.1MPa，將其帶入上式，實測結果可簡化為：

從式中不難看出，沉幅值S越小，動態變形模量Evd值越高，也就是測點的承載力越高，路基越密實。

4 地基系數K30 和動態變形模量Evd 現場測試

4.1 測試方案

地基系數K30和動態變形模量Evd 現場測試選取在張吉懷高鐵建設項目，該工程路基碾壓選用為平板振動碾壓，選取工程中里程樁號為LSDK6 +785～LSDK6+845 的路基段作為實驗段，現場布置測試點為四個點LSDK6 +800點、LSDK6 +800左2m和LSDK6 +810、和LSDK6 +810 右2m。

具體布置形式如下圖1 所示：

圖1 現場試驗測點布置圖

4.2 地基系數K30 檢測

在工程試驗段中進行地基系數的檢測［3］，分別檢測填筑路堤、基床底層、基床表層，以基床底層為例，基床底層分為八層，此次試驗抽取第三層、第六層、第八層，每層分為四個測點，以第三層檢測為例，得到測點1 詳細實驗數據表1。

表1 測點1 的地基系數

將表格數據處理，并繪制成圖2 所示：

圖2 測點1 的荷載-沉降量曲線

利用內插法插值可以得到，當沉降量1.25mm 對應的荷載的強度為0.176MPa，則實測的地基系數K30值為0.176×1000/1.25=141MPa/m。

同樣的將第三層第2、3、4 測點試驗數據繪制成如圖2 形式的荷載-沉降量曲線圖，通過內插法得出各測點的地基系數K30值，將各測點地基系數K30值整理繪制四個測點折線統計圖3，依次檢測各層地基系數，依照《高速鐵路設計規范》和《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》，判定檢測結果是否符合設計規范。

圖3 基床底層第三層的地基系數統計圖

4.3 動態變形模量Evd 檢測

為了更好地評定路基的壓實質量，與地基系數K30 檢測做一對比，對本工程試驗段中基床底層第三層同時也進行動態變形模量的檢測，檢測位置與地基系數的檢測位置相同。利用動態變形模量測試儀對基床第三層動態變形模量檢測，詳細數據記錄如表2 所示，將基床底層第三層四個測點的動態變形模量Evd 繪制成折線統計圖4，依次檢測各層動態變形模量，依照《高速鐵路設計規范》和《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》［4］，判定檢測結果是否符合設計規范。

表2 基床底層第三層的動態變形模量

圖4 基床底層第三層的動態變形模量統計圖

5 地基系數K30 和動態變形模量Evd 現場測試對比

通過地基系數K30和動態變形模量Evd 現場測試均符合規范設計要求，地基系數K30平板載荷試驗的測試有效深度為400～500mm，由于受K30的荷載板直徑（300mm）的限制，對路基填土的顆粒級配及粒徑也提出了一定的限值，否則K30的測試結果誤差較大，不能準確反映路基的真實壓實情況，需要結合其他的檢測手段進行綜合評定更深土層的情況；同時，含水量將是影響K30測試結果的主要因素，處在最佳含水量狀態下路基施工質量就好，路基壓實系數也較高。動態變形模量Evd測定適用于受動荷載作用的地基施工質量監控檢測，適用范圍廣，動態變形模量測試儀重量輕、安裝及拆卸方便、操作簡便、測試精度高，其檢測一點只需約2min，測試速度快，模擬高速列車對路基產生的動應力進行動載測試，能夠反映土體的實際受力情況。