鐵路路基工程施工現場K30檢測與實驗分析

張向禮 范 飛 張 偉

（1.國家鐵路局工程質量監督中心，北京 100891；2.中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088）

地基系數K30是衡量鐵路路基壓實質量的關鍵參數之一，地基系數K30檢測實驗對精確性的要求非常嚴格，且其對鐵路路基的建設質量影響尤為明顯，因此，有必要對相關檢測經驗進行總結。

1 鐵路路基工程施工現場K30檢測實驗流程

1.1 測試面處理

K30檢測之前，應結合檢測要求選擇適當的檢測區，要求檢測區內地面平整、無雜物，可足夠承接1個荷載板，且板面與地面之間貼合緊密。若無法達到上述要求，可使用細砂進行找平，控制細砂鋪設厚度在2～3cm。K30檢測實驗過程中，需保持檢測對象狀態應穩定不變，因此，在實驗之前需充分清除測試面上的碎石等雜物，在安裝荷載板之前，對地面進行壓實處理，結合檢測現場情況，可選擇將測試面設置在坡面上。

1.2 荷載儀設置

（1）K30檢測實驗的主要工具為規格300mm的剛性荷載板，將其置于測試面上，并保證二者充分貼合，用細砂層調整后，可使用水準儀進行找平。（2）將反力裝置的承載端安裝在荷載板上，用于實驗過程制動。要求在距離荷載板外沿1m位置設置反力裝置支撐點。（3）在反力裝置之下、荷載板之上安裝千斤頂，調節螺桿使千斤頂球形接頭與反力裝置的支撐部位緊密貼合。注意該步驟應確保千斤頂垂度，嚴禁出現偏移、傾斜現象。（4）設置測橋，設置點在距支撐點1m位置，且在荷載板的外邊緣一側。檢測儀的安裝應與測橋相對稱，并與荷載板的中心位置保持合理距離。

1.3 加載實驗

為保證實驗過程荷載板穩定，可采用0.01MPa的荷載進行預壓，加壓時間控制在30s左右，確定荷載板設置穩定后，卸除預壓荷載，將百分表示數調零或記錄當前數值，作為下沉量測試的起始讀數。

預壓實驗完畢后，設置0.04MPa的加壓梯度進行逐級加壓，壓力值每上調一級，保持加壓狀態1min，待下沉量低于該加壓級別標準下沉量的1%后，讀取荷載及下沉量示數。加壓至現場預估最高承載值、下沉量達到1.25mm或達到鐵路路基屈服點后，可停止實驗。若加載實驗過程出現荷載板偏移、傾斜、沉降嚴重的現象，可將實驗標高調低，降低程度約為荷載板直徑大小，再次開展加載實驗，并詳細記錄實驗異常情況。

1.4 注意事項

為保證鐵路路基K30檢測實驗順利開展，得到可靠的地基系數，需結合國家及行業有關規范及鐵路工程建設要求，科學設計K30檢測實驗方案及現場指導方案，提前檢查實驗所需設備、工具性能，尤其是讀數類儀器，要進行精密檢查，以確保獲取數值與實驗真實情況相一致。加載實驗終點的判斷需參考測試面預估最高承壓值、路基屈服點等參數，因此，在正式實驗前，還需對實驗場地進行詳細勘察，結合獲取的數據信息計算以上參數。

2 鐵路路基工程施工現場K30檢測影響因素及實驗優化

2.1 影響因素

（1）測試面不平。測試面平整度不足易導致加載實驗環節荷載板嚴重傾斜的現象，即現場2～3個測量百分表測得下沉量之差大于平均下沉量的30%。在鐵路路基K30檢測過程中，測試面清理通常以人工方式進行，使用毛刷去除測試面上的松土、石塊等雜物，然后安裝荷載板，因此，測試面的平整度很難被保證，導致需重復找平或重新劃定測試區域，延長K30檢測實驗周期。（2）測橋支點設置不準。測橋支點應與荷載板外側間距為1m，但在實際工作中，該間距的把控一般采用目測方式，支點設定主觀性和隨機性過高，導致測橋位置無法滿足實際測量實驗的要求，引發返工問題。（3）數據處理方式落后。傳統鐵路路基K30檢測實驗中，加載壓力與下沉量間的關系曲線為人工繪制，誤差大、耗時長，很難從曲線上準確讀取某一加載處的下沉量，因曲線誤差過大，給后期路基施工沉降控制帶來不小難度。

2.2 實驗優化

針對以上K30檢測實驗中的問題，給出如下優化方案：（1）優化測試面清理、整平方法。在測試面清理過程引入水平尺，對測試面水平度進行監控，使用細砂或石膏膩子設施調平墊層，確保測試面處于完全水平狀態，且不同測量百分表的讀數差值在平均值的30%以內。經驗證，使用該方法進行測試面處理后，測點合格率可較之前提升70%左右。除此之外，也可利用水準儀進行測試面水平度調整，該方式的操作過程更為簡便、讀數直觀，可對找平作業進行理論指導，測點合格率也能被有效保證。（2）嚴格控制測橋支點與荷載板外沿的距離。從測橋中點開始，設置0點、15cm和120cm的標記，以取代人工目測距離的方式。經驗證，該距離控制方案可將本步驟的操作時間縮短至5min以內，且距離控制效果優良。（3）引入先進的曲線繪制方法。依照鐵路路基K30檢測實驗規程的要求，對加載壓力及下沉量做二次方程擬合，在Excel程序下，完成二者關系曲線的繪制，并自動計算檢測結果。以往需人工進行的計算步驟在Excel程序下自動進行，計算效率及精度均大幅度提升?；诙螖M合曲線的函數模型，曲線擬合過程也可自動完成。通過多次實驗驗證，曲線自動繪制時長一般在30～50s內即可順利完成，可節約時間180s以上。

3 鐵路路基工程施工現場K30檢測案例分析

3.1 案例背景簡介

某鐵路路段為30 t的軸重鐵路，該鐵路工程建設區域內地勢較低，沿線多填方，路堤中心高程在5.5～6.5m。該鐵路路基填料主要是粉質黏土，83%的填料粒徑在0.005～0.075mm，另有0.30%左右填料粒徑在0.075～2mm，其余填料粒徑在0.005mm以下。

3.2 K30檢測實驗

（1）方案設計。為明確地基系數K30與填土含水量、加載壓力等參數間的變化關系，該工程在施工區域內路堤下選擇多個土層開展K30檢測實驗。具體實驗流程為：①分布選取15個測試點，在標準條件下測量填料的K30。②當加載變形時間穩定后，測量填料的K30，設定實驗加載時間間隔為2min，實驗共進行8組。③測定不同預壓荷載條件下填料的K30，預壓荷載在0.02～0.08MPa，變化梯度為0.02MPa。④測定不同含水量條件下填料的K30，共進行2組實驗，以調整填料是否浸水控制其含水量。

（2）設備選擇。該K30檢測實驗使用的設備工具主要是精度等級0.4、最大輸出壓力值為800N/cm2的千斤頂、反力裝置、荷載板、水平尺等。

3.3 實驗結果分析

（1）實驗一：標準條件下的K30檢測實驗共選取15個測試點，15個測點中，K30的最大值和最小值分別為151.1MPa/m和68.7MPa/m，平均值約為94.4MPa/m。K30達到最大值和最小值的時間分別為8.6min和3.5min，實驗加載的平均穩定時間約為5min。（2）實驗二：實驗二共獲取16組測試點數據，當加載時間間隔為2min時，得到K30的最大值、最小值和平均值分別為176MPa/m、42.3MPa/m和95.1MPa/m?？梢钥闯觯虞d時間為2min時測得的平均K30與標準條件下的K30數值相差不大，但兩組實驗的加載時間相差卻非常明顯，分別為5min和2min。由此可以判斷，實驗二的檢測效率要遠高于實驗一。（3）實驗三：實驗三測得K30與預壓荷載間的變化曲線表明，隨著預壓荷載的上升，K30數值逐漸增加；當預壓荷載達到0.04MPa后，K30的增幅開始增加；當預壓荷載達到0.06MPa后，K30數值趨于穩定。綜合分析可得出測試面與荷載板之間的變形影響。當預壓荷載較小時，荷載板與測試面之間的變形無法被有效抵消，若不做出調整，測得的K30將偏低。當預壓荷載大小正好消除荷載板與測試面之間的變形時，此時的K30曲線也為正常狀態，即K30更加貼近真實情況。（4）實驗四：對比發現，填料浸水后路基的K30較之前有顯著的降低，當填料平均含水率為20.6%時，K30的平均值在61.2MPa/m。

實驗結果：第一，當改變K30檢測實驗條件時，測得的K30數值也會發生變化，當加載時間間隔達到2min時，K30的變化程度不超過5%，但可顯著提高實驗效率。第二，K30結果與預壓荷載之間關系密切，且呈現為正相關關系，綜合看來，預壓荷載在0.04MPa以下為宜。第三，當鐵路路基填料粒徑較小時，其含水率與K30之間負相關，當填料含水率達到飽和左右時，K30的降低幅度在50%左右。因此在鐵路路基施工中，需重點做好現場排水作業，確保路基排水性能優良。

4 結論

現場K30檢測實驗的有效開展，能夠為鐵路路基工程施工方案的優化及施工質量控制提供可靠的理論參考。因此，在開展K30檢測實驗時，應重點做好測試面清潔、測橋支點選擇及曲線繪制方法優化等工作，以便得出最真實的K30數據，促使鐵路路基工程施工順利開展。