張智

(鐵道部工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，北京100844)

路基施工質(zhì)量是客運專線鐵路建設關(guān)注的關(guān)鍵問題之一，而路基填筑質(zhì)量檢測技術(shù)是路基施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科學、合理的試驗檢測方法是保證路基施工質(zhì)量的重要措施。我國有砟軌道路基壓實質(zhì)量采用地基系數(shù) K30、動態(tài)變形模量 Evd、孔隙率 n三項指標控制，無砟軌道路基檢測在有砟軌道的基礎上引入了變形模量Ev2檢測指標，進行四項指標控制。

目前，我國鐵路相關(guān)規(guī)程已明確規(guī)定了二次變形模量Ev2值的控制標準，二次變形模量與一次變形模量的比值Ev2/Ev1值尚無統(tǒng)一的控制標準。近年來，國內(nèi)一些專家及工程技術(shù)人員關(guān)于路基Ev2檢測作了大量試驗與科研。文獻［1］和文獻［2］中提出，在無砟軌道路基檢測中均遇到過Ev2測試值雖然超過設計要求值，但Ev2與Ev1的比值卻很大，甚至在壓實度明顯不足的土上進行Ev2檢測，出現(xiàn)Ev2值也并不低的情況。本文結(jié)合新建客運專線鐵路路基Ev2測試資料，分析了路基Ev2測試指標的分布規(guī)律及影響因素，對Ev2工程測試具有借鑒作用。

1 試驗原理與方法

變形模量Ev2試驗屬于平板荷載試驗，在圓形荷載板上分級施加靜荷載，測試荷載強度與沉降變形的關(guān)系，由此計算地基的變形模量。試驗方法與地基系數(shù)K30試驗類似，其主要差別在于數(shù)據(jù)整理和計算方法的不同。變形模量Ev2試驗采用二次循環(huán)加載。這樣，可以得出第一次加載、第一次卸載和第二次加載的荷載—沉降量曲線。

在鐵路路基填筑施工質(zhì)量檢測中，一般情況下采用直徑300 mm的荷載板。試驗先預壓0.01 MPa的荷載30 s，然后分級加載，直至沉降達到5 mm或荷載達到0.5 MPa。加載等級不應小于6級，卸載分3級，每級加載要在60 s內(nèi)完成，加載完成后經(jīng)120 s加下一級荷載，荷載—沉降量曲線見圖1。

圖1 Ev2荷載—沉降量曲線

由于土是彈塑性體，在平板荷載試驗中，第一次加載后的第一次卸載σ—s曲線當荷載σ為零時，沉降量s并不為零，即土體由于塑性的存在發(fā)生了不可恢復的殘余變形。第二次加載時由于消除了土體的部分塑性變形，得到的σ—s曲線就比較接近于直線，比較能反映土體的彈性變形。相對于K30來說，采用第二次加載曲線來計算土體在力的作用下抵抗變形的能力(變形模量Ev2)，消除了土的部分表面塑性，更能反映土體的彈性性能。

圖1中，第1次加載曲線走向平緩表明承載力高，走向陡峭則表示承載力低。卸載至零荷載時對應的殘余沉降量代表路基產(chǎn)生的塑性變形，Ev2值是消除地基表面效應后，被壓實后路基的剛度。當Ev2/Ev1值較大時，說明路基的塑性變形(沉降量)較大，路基壓實不充分。

2 工程測試資料分析

變形模量Ev2值與Ev2/Ev1值均為評價無砟軌道路基壓實質(zhì)量的重要指標。通過對新建鐵路路基Ev2測試資料分析，可以看出Ev2測試指標的分布規(guī)律及其對路基質(zhì)量的控制作用。以京津城際Ⅱ標段路基為例，抽取的碎石類土路基800個點測試數(shù)據(jù)，Ev2值均 >130 MPa，無不合格現(xiàn)象，但在平行檢測指標 K30、Evd不合格處，Ev2/Ev1值偏大。為此，對于A、B組填料，京津城際軌道交通工程規(guī)定了 Ev2/Ev1≤3，檢測過程中，收到了良好的控制效果。

本文隨機抽取了城際軌道交通工程93組級配碎石路基Ev2測試數(shù)據(jù)做統(tǒng)計分析，其中57組數(shù)據(jù)為普通級配碎石路基，36組數(shù)據(jù)為涵洞或橋臺過渡段(水泥穩(wěn)定級配碎石填料)。檢測結(jié)果表明，Ev2測試值介于140～926 MPa之間，是規(guī)范規(guī)定值的2.33～15.43倍，Ev2/Ev1為1.01～5.59，Ev2值及 Ev2/Ev1值分布見表1。

表1 級配碎石路基Ev2值及Ev2/Ev1分布

表1中，Ev2/Ev1主要介于2.0～3.0之間，不同填料Ev2/Ev1平均值為2.70，標準差0.85。從Ev2/Ev1值分布來看，水泥穩(wěn)定級配碎石填料Ev2/Ev1>3.0的量占總量的38.89%，不摻水泥級配碎石Ev2/Ev1>3.0的量占總量的21.05%。從平行檢測的K30值與Ev2值、Ev2/Ev1值的分布規(guī)律來看，隨比值 Ev2/Ev1的增大，K30值呈減小趨勢，Ev2值分布無規(guī)律性;對于水泥穩(wěn)定級配碎石填料，Ev2/Ev1≥3.0時，K30值的分布規(guī)律稍差，并非隨比值的增大而減小。因此，對于普通填料Ev2/Ev1值較大時，則路基壓實不充分;對于水泥穩(wěn)定級配碎石填料，Ev2值一般均較大，且Ev2/Ev1分布規(guī)律性差，Ev2/Ev1值并不能完全反映路基壓實程度。

針對Ev2測試值普遍偏高的現(xiàn)象，本文分析研究了新建鐵路路基的Ev2監(jiān)督抽檢資料，見表2。

表2 新建鐵路路基抽檢資料分析

表2中，除水泥穩(wěn)定級配碎石填料外，其余填料路基Ev2/Ev1值均<3.0，其中細粒土填料(改良土、礫砂)Ev2值均偏低，粗粒土Ev2值偏高。可以看出，Ev2值反映了路基壓實后的剛度，與填料類型有關(guān)，如果填料選擇不合理，亦可能出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。因此，客運專線無砟軌道鐵路引進Ev2值控制是有效的。

路基變形模量Ev2的工程測試資料分析表明，測試指標Ev2值、Ev2/Ev1值從不同角度評定了路基質(zhì)量。Ev2值反映了路基壓實后的剛度與填料類型有關(guān)，粗粒土填料的Ev2值普遍高于細粒土，彈性性能優(yōu)于細粒土;除水泥穩(wěn)定填料外，Ev2/Ev1值越大，則路基越不密實。

3 Ev2控制標準及影響因素

路基壓實質(zhì)量不僅與變形模量 Ev2值有關(guān)，還與Ev2/Ev1值有關(guān)。目前，行業(yè)相關(guān)規(guī)程尚未制訂Ev2/Ev1的控制標準，工程測試中，Ev2測試值遠高于規(guī)范控制值。針對工程測試出現(xiàn)的問題，作如下分析討論。

3.1 Ev2值的控制標準問題

Ev2在國內(nèi)采用時間不長，無論是設計取值、檢測規(guī)程、檢測設備，均是借鑒和引進國外的，而在引進、消化、吸收的過程中，隨著實際工程應用所暴露出的問題，就會發(fā)現(xiàn)對國外標準規(guī)范了解還不夠全面和深入。工程測試資料分析表明，基于目前客運專線所采用的填料，Ev2測試值遠高于規(guī)范控制值，在研究探討如何控制路基工后沉降的同時，應總結(jié)經(jīng)驗，開展相關(guān)的研究，提出適合我國高速鐵路建設的Ev2值控制標準。

3.2 Ev2/Ev1值的控制標準問題

德國鐵路路基規(guī)范RIL836中規(guī)定了Ev2的設計值，與其相關(guān)的規(guī)范ZTVE－StB94/97(德國道路土方路基工程附加技術(shù)合同條款和規(guī)程)中對Ev2/Ev1值的大小給出了限制值。德國除規(guī)定Ev2值要滿足設計標準外，同時還要求Ev2/Ev1的值要滿足相應的值，且當Ev1超過Ev2要求值的60%時，對Ev2/Ev1值的要求也允許適當放寬。

目前，我國客運專線關(guān)于Ev2/Ev1值相應規(guī)范、規(guī)程均沒有給出其控制值。針對無砟軌道路基檢測中經(jīng)常遇到Ev2測試值雖然超過設計要求值，但Ev2與Ev1的比值卻很大，甚至在壓實度明顯不足的土上進行Ev2檢測，出現(xiàn)Ev2值也并不低的情況，各客運專線鐵路在建設中提出了Ev2/Ev1控制指標，作為參考，但仍沒有統(tǒng)一的標準。我國客運專線鐵路設計時速、工況基本一致，對于相同的路基填料應分析、研究，制訂統(tǒng)一標準。

3.3 水泥穩(wěn)定填料的Ev2檢測問題

過渡段常采用水泥穩(wěn)定填料，由于水泥的膠結(jié)作用，碾壓完畢經(jīng)長時間放置后，水泥穩(wěn)定填料板結(jié)形成整體，并具有一定的強度，出現(xiàn) Ev1、Ev2值均明顯高于Ev2控制值，Ev2/Ev1值偏高的現(xiàn)象。進行 K30、Evd和 n平行測試時，K30、Evd一般都比較高，孔隙率n測試試坑因填料板結(jié)較難開挖。為保證檢測數(shù)據(jù)的準確性及有效性，水泥穩(wěn)定填料應嚴格按照操作規(guī)程要求，在碾壓完畢后2～4 h內(nèi)開始檢測。

3.4 Ev2檢測影響因素分析及應對措施

1)含水率影響。土體的含水率對其強度測定有較大的影響，當水在土體中以自由水存在時會降低其強度，當水在土體中以結(jié)合水存在時會增加其強度。為確保檢測結(jié)果能反映出路基土的真實強度，試驗時土體的含水率變化范圍應是在其使用期間所能保持的范圍，宜在壓實后2～4 h內(nèi)開始試驗。

2)路基表面平整度影響。當試驗場地面不平整時，試驗面與承載板接觸面不緊密，甚至只有局部支撐，這樣就存在應力集中的問題，直接影響試驗結(jié)果。對于粗粒土或混合料填層造成表面凹凸不平，承載板下應鋪一層厚約2～3 mm的干燥中砂或石膏膩子。

3)路基表面結(jié)殼、軟化等因素的影響。對于水分揮發(fā)快的中粗砂，表面結(jié)硬殼、軟化或因其他原因表層擾動的土，變形模量Ev2試驗應置于其影響以下進行，下挖深度應不大于承載板直徑。

4)填料粒徑的影響。K30、Evd、Ev2試驗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。在鐵路路基填筑施工質(zhì)量檢測中，采用直徑為300 mm的承載板，即最大粒徑不大于75 mm，而在《客運專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收暫行標準》(鐵建設［2005］160號)中對基床底層及以下路堤填料的最大粒徑限制值分別為100 mm和150 mm。因此，應開展相關(guān)研究，分析大粒徑填料對測試的影響及解決措施。

5)儀器安裝、操作不規(guī)范的影響。反力裝置與測量裝置的安裝、加卸載的不規(guī)范均可能導致試驗誤差。

4 結(jié)語

變形模量Ev2測試是客運專線無砟軌道路基壓實質(zhì)量有效的控制方法，Ev2值與Ev2/Ev1值從填料剛度、壓實度兩方面進行路基質(zhì)量控制。工程檢測資料分析表明:

1)基于目前客運專線所采用的填料，Ev2測試值遠高于規(guī)范控制值，在研究控制路基工后沉降的同時，應總結(jié)經(jīng)驗，開展相關(guān)研究，提出適合我國高速鐵路建設的Ev2值控制標準。

2)Ev2/Ev1值是反映路基壓實質(zhì)量的重要指標，當路基壓實質(zhì)量較差時，Ev2/Ev1值偏大，在大量試驗的基礎上，統(tǒng)計并綜合分析，應盡早提出適應我國填料和壓實要求的統(tǒng)一的控制標準。

3)水泥穩(wěn)定填料的 Ev2測試結(jié)果表明，由于水泥板結(jié)作用導致 Ev2/Ev1值偏高、規(guī)律性較差，檢測時在綜合分析其影響因素的同時，應嚴格按照操作規(guī)程要求，在碾壓完畢后2～4 h內(nèi)開始檢測，確保檢測數(shù)據(jù)的有效性。

4)為保證Ev2檢測數(shù)據(jù)的準確性、評定的有效性，宜綜合考慮對測試產(chǎn)生影響的不利因素，規(guī)范檢測程序，降低測試誤差。

［1］胡在良，李晉平，王軍東，等.無砟軌道鐵路 Ev2控制指標的試驗研究［J］.中國鐵道科學，2008，29(6):20 －24.

［2］李明領(lǐng).武廣鐵路客運專線路基工程設計與施工綜述［J］.鐵道建筑，2010(1):102－105.

［3］呂賓林，張千里.地基系數(shù)變形模量及動態(tài)變形模量的測試與對比［J］.鐵道建筑，2006(2):55－57.

［4］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2005］188號 變形模量檢測規(guī)程(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國鐵道部.鐵建設函［2005］754號 客運專線無砟軌道鐵路設計指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［6］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2005］160號 客運專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收暫行標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.