高速鐵路路基工程施工階段試驗檢測

知識點2：變形模量Ev2檢測技術(shù)《鐵路工程土工試驗規(guī)程》（TB10102—2010）

高速鐵路路基工程施工階段的檢測一.試驗適用范圍

變形模量EV2試驗在鐵路路基填筑施工質(zhì)量檢測中，采用直經(jīng)為300mm的承載板，適用于粒徑不大于承載板直徑1/4的各類土和土石混合填料，測試有效深度約為承載板直經(jīng)的1.5倍。二．試驗儀器設(shè)備PDG-SD型PDG-K型

變形模量EV2測試儀器應(yīng)包括承載板、加載裝置、反力裝置、荷載測量裝置及沉降測量裝置等。加載反力裝置

平板載荷試驗的加載反力裝置是必不可少的,它提供的反力至少要大于檢測中必須達到的最大荷載10kN以上。載重機動車,壓路機及適當固定的重物都可作為加載反力裝置。承載板承載板使用S355J0型鋼制成。加工中對光潔度和粗糙度偏差要求符合規(guī)定。承載板的直徑必須為300mm，厚度為25mm。

加載裝置

加載裝置是由一根至少2m長的高壓軟管將液壓泵和液壓缸連接而成的，并以此來實現(xiàn)對承載板的加載和卸載。為了使力的傳遞準確無誤，液壓缸必須兩邊固定，以防傾斜和翻倒。它的上升高度至少要能達到150mm。測試儀檢測時的高度不得大于600mm，為了調(diào)整與加載反力裝置的距離，有時須附加一個延長裝置，這一裝置至少可以使液壓缸達到1000mm。加載裝置延長部分要保證其抗壓彎曲強度。

測力裝置

承載板與液壓缸之間設(shè)有一個機械或電子的力傳感器。測力裝置對每次加載測試所得到的數(shù)據(jù)誤差范圍最高不得超過1%。壓力顯示值：對于直徑300mm的承載板精度至少要求達到0.001MN/m2。力顯示值的精度必須與要求的壓力顯示值的精度一致。要求適應(yīng)的工作環(huán)境溫度范圍為0℃—40℃。位移測試裝置

a）按照秤桿原理設(shè)計的可旋轉(zhuǎn)的測量臂；位移測試時要考慮杠桿的比例hP:hM。圖帶觸點的位移測試裝置圖例位移測試裝置

b）單軸可伸縮移動的測量臂;位移測試比例為1:1。圖帶觸點的位移測試裝置圖例（1）測試準備場地測試區(qū)域應(yīng)進行平整，并使用毛刷掃去松土。當處于斜坡上時，應(yīng)將承載板支撐面做成水平面。準備一個與承載板面積大小相適應(yīng)的測試區(qū)域。借助工具（鋼尺、抹刀或通過推移和轉(zhuǎn)動承載板）盡可能地將測試區(qū)域整平，清除地面上的雜物。三．試驗檢測方法（2）安置二次變形模量測試儀1）將承載板放置于測試區(qū)域，應(yīng)使承載板與地面完全接觸，必要時可鋪設(shè)一層2～3mm干燥標準均粒砂，同時利用承載板上水準泡或水準儀來調(diào)整承載板水平。左右轉(zhuǎn)動承載板并輕輕擊打頂面，使其與地面完全接觸，方可進行測試。2）將反力裝置承載部分安置于承載板上方，并加以制動。反力裝置的支撐點與承載板外緣距離不得小于1m。3）將千斤頂放置于反力裝置下面的承載板上，利用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿，使千斤頂頂端球鉸座緊貼在反力裝置承載部位上，組裝時應(yīng)保持千斤頂垂直，不出現(xiàn)傾斜。4）安置測橋時應(yīng)將沉降測量裝置的觸點自由地放入承載板上測量孔的中心位置，沉降測表應(yīng)與測試區(qū)域垂直。承載板外緣與反力裝置支撐點的距離不得小于0.75m，測橋支撐座與反力裝置支撐點的距離不的小于1.25m。試驗過程中測橋和反力裝置不得晃動。沉降測量裝置應(yīng)有遮陽擋風(fēng)設(shè)施。（3）預(yù)加載預(yù)加0.01MPa荷載約30s后，卸除荷載，將沉降測表讀數(shù)調(diào)零。（4）加載與卸載加載與卸載應(yīng)符合下列要求：1）試驗第一次加載應(yīng)至少分6級，并以相等的荷載增量（0.08MPa）逐級加載，達到最大荷載為0.5MPa或沉降量達到5mm后再進行卸載。當沉降量達到5mm且該級荷載小于0.5MPa時，該級荷載視為最大荷載。2）卸載時，應(yīng)按最大荷載的50%、25%和0三級進行。3）卸載后，按照第一次加載的操作步驟，并保持與第一次加載時各級相同的荷載進行第二次加載，直至第一次所加最大荷載的倒數(shù)第二數(shù)。4）每級加載或卸載過程應(yīng)在1min內(nèi)完成。5）加載和卸載時，每級荷載的保持時間應(yīng)為2min，荷載應(yīng)保持恒定。6）試驗中施加了比預(yù)定荷載大的荷載時，應(yīng)保持該荷載，并將其記錄在試驗記錄表中7）試驗過程中出現(xiàn)承載板嚴重傾斜，以至承載板水準泡上的氣泡不能與圓圈標志重合或承載板過沉及量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常等情況時，應(yīng)查明原因，另選點進行試驗，并在試驗記錄表中注明。（5）承載板中心沉降量承載板中心沉降量S應(yīng)按下式計算：

—沉降測表讀數(shù)（mm）；—杠桿比。（6）繪制應(yīng)力-沉降曲線根據(jù)試驗結(jié)果繪制應(yīng)力-沉降曲線，如圖示。應(yīng)力-沉降曲線應(yīng)采用二次方程曲線擬合，不得繪制成折線或其他形式曲線，曲線上應(yīng)用箭頭標明受力方向。變形模量Ev由下式計算：

Ev

=1.5×

r×1/（a1+a2×

σ1max）

式中：Ev

——變形模量，單位：MPa；

r

——承載板半徑，單位：mm；σ1max——第一次加載最大應(yīng)力，單位：MPa。一次加載的變形模量值用Ev1表示，二次加載的變形模量值用Ev2表示。

變形模量是基于一次加載和二次加載應(yīng)力—位移曲線，通過二次多項式方程計算得到的。

s=a0+a1·σ

+a2·σ2σ——承載板下應(yīng)力，單位：MPa；s——承載板的位移，單位：mm；a0——二次多項式中的系數(shù)，單位：mm；a1——二次多項式中的系數(shù)，單位：(

mm/MPa)；a2——二次多項式中的系數(shù)，單位：(mm/MPa2)。

式中的系數(shù)是把測試值按最小二乘法計算得到的。

知識點1：K30平板載荷試驗《鐵路工程土工試驗規(guī)程》（TB10102—2010）

高速鐵路路基工程施工階段的檢測，1.地基系數(shù)K30

地基系數(shù)K30是指采用直徑為30cm的荷載板測定下沉量為1.25mm對應(yīng)的地基系數(shù)，其試驗是平板載荷試驗。地基系數(shù)K30的計算如下：

K30＝σs/Ss

式中σs——為σ—S曲線上1.25×10-3m對應(yīng)的荷載強度(MPa）；

Ss——為下沉量基準值(＝1.25×10-3m)。

一.概念，地基系數(shù)K30

2.物理意義K30值是指地基產(chǎn)生0.125cm沉降量需要施加的壓力強度值。當K30值大時，說明地基剛度大，當K30值小，則表示地基剛度小。K30值是一個能反映路基強度與變形參數(shù)的承載力指標。因此采用地基系數(shù)K30作為路基壓實度的控制指標確有其必要性。

1）本試驗適用于各類土和土石混合填料，其最大粒徑不宜大于承載板直徑1/4，測試有效深度約為承載板直徑的1.5倍。2）檢測位置包括基床以下路堤、基床底層、基床表層、改良土等填筑，路基與橋臺過渡段、路基與隧道過渡段、路基與橫向結(jié)構(gòu)物過渡段、路基與路塹過渡段等填筑。二.適用范圍K-30型平板載荷測試儀

主要技術(shù)參數(shù)：

1.荷載板直徑：300mm

2.千斤頂加載能力范圍：0～30T

3.千斤頂行程：120mm

4.測橋跨度：3000mm

5.手動測泵額定壓力：70Mpa

6.壓力測試范圍：0～40Mpa

7.位移測試范圍：0～10mmK30套件三.實驗儀器直徑300mm的承載板測橋1）場地整平場地測試區(qū)域應(yīng)進行平整，并使用毛刷掃去松土。當處于斜坡上時，應(yīng)將承載板支撐面做成水平面，如圖所示。四．檢測方法2）安置地基系數(shù)測試儀（1）將承載板放置于測試區(qū)域上，應(yīng)使承載板與地面完全接觸，必要時可鋪設(shè)一層2～3mm干燥標準均粒砂，同時利用承載板上水準泡或水準儀來調(diào)整承載板水平。左右轉(zhuǎn)動承載板并輕輕擊打頂面，使其與地面完全接觸后方可進行測試如圖所示。

將千斤頂放置于反力裝置下面的承載板上，利用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿，使千斤頂頂端球鉸座緊貼在反力裝置承載部位上，組裝時應(yīng)保持千斤頂垂直，不出現(xiàn)傾斜如圖所示。

（2）安裝千斤頂

將反力裝置承載部分安置于承載板上方，并加以制動。反力裝置的支撐點與承載板外緣距離不得小于1m如圖所示。

圖安裝反力裝置（3）安裝反力裝置（4）安置測橋，測橋支撐座與承載板外緣、反力裝置支承點的距離不應(yīng)小于1m。采用2～3只下沉量測表測量時，測表應(yīng)沿承載板周邊等分布置，并與承載板中心保持等距離。如圖所示。

（1）預(yù)加荷載，30s后卸除荷載，再等待30s后，將下沉量測表調(diào)至零位或讀取測表讀數(shù)作為下沉量的起始讀數(shù)。直徑為300mm的承載板預(yù)加荷載為0.04MPa。

3）加載試驗（2）以0.04MPa的增量,逐級加載。每增加一級荷載，應(yīng)在下沉量穩(wěn)定后（即1min的沉降量不大于該級荷載產(chǎn)生的沉降量的1%時），讀取荷載強度和下沉量讀數(shù)。然后增加下一級荷載，每級荷載的穩(wěn)定時間不得少于3min，試驗中施加了比原定荷載值高的荷載時，應(yīng)保持該荷載，并在試驗記錄單中記錄該荷載和該荷載下的下沉量讀數(shù)。3）加載試驗（3）達到下列條件之一時，試驗即可終止：①總下沉量超過規(guī)定的基準值（1.25mm），且加載級數(shù)至少5級；②荷載強度大于設(shè)計標準對應(yīng)荷載值的1.3倍，且加載級數(shù)至少5級；③荷載強度達到地基屈服點。4）當試驗過程出現(xiàn)異常時(如承載板嚴重傾斜、承載板過度下沉及試驗數(shù)據(jù)異常),應(yīng)查明原因，另選點進行試驗，并在試驗記錄表中注明。

（1）試驗結(jié)果計算從荷載強度與下沉量關(guān)系曲線得出下沉量基準值時的荷載強度，并按下式計算出地基系數(shù)：

五.試驗結(jié)果計算（2）制圖根據(jù)試驗結(jié)果繪出荷載強度與下沉量關(guān)系曲線，如圖2-15所示。宜采用計算機或編程軟件程序按二次方程擬合，繪制荷載強度與下沉量關(guān)系曲線。采用手工描繪曲線時，應(yīng)使曲線圓滑，且盡量接近各點。圖荷載強度σ與下沉量S關(guān)系曲線加載順序荷載強度σ(MPa)油壓表讀數(shù)P(MPa)下沉量(百分表讀數(shù))(mm)承載板中心下沉量S（mm）表1表2表3平均值S預(yù)壓復(fù)位123456荷載強度σ-下沉量s關(guān)系曲線：下沉量基準1.25mm對應(yīng)的荷載強度σs：

MPa；地基系數(shù)Ks：

MPa六．標準試驗記錄格式知識點3：Evd

動態(tài)平板載荷試驗

高速鐵路路基工程施工階段的檢測

無論是靜態(tài)變形模量Ev2，還是地基系數(shù)K30

，兩者都是采用φ300mm的靜態(tài)平板載荷試驗儀，通過在壓實填土表面做靜壓試驗測得的，二者反映的都是靜態(tài)應(yīng)力作用下土體抵抗變形的能力。眾所周知，鐵路路基承受的是列車運行時產(chǎn)生的動荷載，特別是高速列車的出現(xiàn)，動荷載產(chǎn)生的沖擊力對路基的影響更為明顯，而K30和Ev2值都不能完全反映列車在高速運行條件下所產(chǎn)生的動應(yīng)力對路基的真實作用狀況。一.背景

另外，K30和Ev2試驗設(shè)備和試驗方法上還存在著一些不足：試驗設(shè)備龐大，需要大噸位加載車；操作復(fù)雜、麻煩，要求條件苛刻；費時、費力；占用人員和臺班費，檢測費用高；要求有寬敞的試驗場地，不適用狹窄地段；試驗結(jié)果影響因素較多，誤差較大等。

為解決上述問題，德國HMP公司于80年代初開始研發(fā)一種輕型、便攜、快速、高自動化、高精度的地基承載能力的動態(tài)測試儀器，稱為“輕型落錘儀”，德文縮寫“LFG”。通過“輕型落錘儀”試驗所檢測的地基承載力指標，稱為“動態(tài)變形模量”，符號“Evd”。因此，“輕型落錘儀”也稱為“Evd動態(tài)變形模量測試儀”。

Evd

動態(tài)平板載荷試驗在秦沈客運專線的研究應(yīng)用Evd試驗儀器和試驗方法的研究與應(yīng)用，有效地克服了K30和Ev2上述不足。具有體積小、重量輕、便于攜帶；安裝及拆卸方便、操作簡便；自動化程度高、測試速度快；性能穩(wěn)定、測試精度高；檢測費用低；適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點。

Evd將成為路基質(zhì)量檢測的發(fā)展方向。二、Evd的定義

動態(tài)變形模量Evd（英文：dynamicmodulusofdeformation）是指土體在一定大小的豎向沖擊力Fs和沖擊時間ts作用下抵抗變形能力的參數(shù)。

三、Evd測試儀的工作原理

利用落錘從一定高度自由下落在阻尼裝置上，產(chǎn)生的瞬間沖擊荷載，通過阻尼裝置及傳力系統(tǒng)傳遞給直徑300mm的承載板，在承載板下面（即測試面）產(chǎn)生的動應(yīng)力，使承載板發(fā)生沉陷s—即承載板振動的振幅，由沉陷測定儀采集記錄下來。沉陷值s越大，則被測點的承載力越?。环粗?，越大。1.脫鉤裝置；2.落錘；3.導(dǎo)向桿4.阻尼裝置；5.承載板；6.沉陷測定儀由平板壓力公式

Evd