湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421001

1 前言

高速鐵路路基壓實質(zhì)量檢測指標(biāo)有壓實系數(shù)k、相對密度Dr、地基系數(shù)K30、孔隙率n、動態(tài)變形模量Evd 等；密度控制指標(biāo)（壓實系數(shù)）測試，試驗采用灌砂法，對試坑和測試砂的標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量，對路基壓實強(qiáng)度指標(biāo)（地基系數(shù)K30 和動態(tài)變形模量Evd）進(jìn)行測試研究，并做對比分析。

2 地基系數(shù)K30

地基系數(shù)K30［1］是表示土體表面在平面壓力作用下所產(chǎn)生的壓縮性的程度，是反應(yīng)路基土的強(qiáng)度和變形的總和指標(biāo)，它是利用直徑為300mm的剛性承載板進(jìn)行靜壓平板載荷試驗，取加載測得的“荷載強(qiáng)度和下沉量關(guān)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(shù)

σs——荷載強(qiáng)度和下沉量關(guān)系曲線中1.25mm 所對應(yīng)的荷載強(qiáng)度（MPa）

Ss——下沉位移值

3 動態(tài)變形模量Evd

動態(tài)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(jīng)過ts 時間的沖擊，土體抵抗變形能力的參數(shù)。測定試驗是采用動態(tài)變形模量測試儀（又稱輕型落錘儀）檢測土體壓實指標(biāo)，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(chǎn)生瞬間沖擊荷載，模擬高速列車對路基產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力，進(jìn)行動載測試，并以此計算出動態(tài)變形模量Evd 值［2］。通常用平板壓力公式（2）計算。

式中：Evd——動態(tài)變形模量，MPa；

1.5——荷載板的形狀影響系數(shù)。

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(jù)實驗經(jīng)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(biāo)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(jié)果可簡化為：

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

4 地基系數(shù)K30 和動態(tài)變形模量Evd 現(xiàn)場測試

4.1 測試方案

地基系數(shù)K30和動態(tài)變形模量Evd 現(xiàn)場測試選取在張吉懷高鐵建設(shè)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(xiàn)場布置測試點(diǎn)為四個點(diǎn)LSDK6 +800點(diǎn)、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(xiàn)場試驗測點(diǎn)布置圖

4.2 地基系數(shù)K30 檢測

在工程試驗段中進(jìn)行地基系數(shù)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(diǎn)，以第三層檢測為例，得到測點(diǎn)1 詳細(xì)實驗數(shù)據(jù)表1。

表1 測點(diǎn)1 的地基系數(shù)

將表格數(shù)據(jù)處理，并繪制成圖2 所示：

圖2 測點(diǎn)1 的荷載-沉降量曲線

利用內(nèi)插法插值可以得到，當(dāng)沉降量1.25mm 對應(yīng)的荷載的強(qiáng)度為0.176MPa，則實測的地基系數(shù)K30值為0.176×1000/1.25=141MPa/m。

同樣的將第三層第2、3、4 測點(diǎn)試驗數(shù)據(jù)繪制成如圖2 形式的荷載-沉降量曲線圖，通過內(nèi)插法得出各測點(diǎn)的地基系數(shù)K30值，將各測點(diǎn)地基系數(shù)K30值整理繪制四個測點(diǎn)折線統(tǒng)計圖3，依次檢測各層地基系數(shù)，依照《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》和《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》，判定檢測結(jié)果是否符合設(shè)計規(guī)范。

圖3 基床底層第三層的地基系數(shù)統(tǒng)計圖

4.3 動態(tài)變形模量Evd 檢測

為了更好地評定路基的壓實質(zhì)量，與地基系數(shù)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(jìn)行動態(tài)變形模量的檢測，檢測位置與地基系數(shù)的檢測位置相同。利用動態(tài)變形模量測試儀對基床第三層動態(tài)變形模量檢測，詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄如表2 所示，將基床底層第三層四個測點(diǎn)的動態(tài)變形模量Evd 繪制成折線統(tǒng)計圖4，依次檢測各層動態(tài)變形模量，依照《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》和《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》［4］，判定檢測結(jié)果是否符合設(shè)計規(guī)范。

表2 基床底層第三層的動態(tài)變形模量

圖4 基床底層第三層的動態(tài)變形模量統(tǒng)計圖

5 地基系數(shù)K30 和動態(tài)變形模量Evd 現(xiàn)場測試對比

通過地基系數(shù)K30和動態(tài)變形模量Evd 現(xiàn)場測試均符合規(guī)范設(shè)計要求，地基系數(shù)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(jié)果誤差較大，不能準(zhǔn)確反映路基的真實壓實情況，需要結(jié)合其他的檢測手段進(jìn)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(jié)果的主要因素，處在最佳含水量狀態(tài)下路基施工質(zhì)量就好，路基壓實系數(shù)也較高。動態(tài)變形模量Evd測定適用于受動荷載作用的地基施工質(zhì)量監(jiān)控檢測，適用范圍廣，動態(tài)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(diǎn)只需約2min，測試速度快，模擬高速列車對路基產(chǎn)生的動應(yīng)力進(jìn)行動載測試，能夠反映土體的實際受力情況。