浅谈K30\Ev2\Evd在高速铁路路基工程施工质量检测中的应用

摘要：在高速铁路全面建设时期，在施工过程中的质量检测技术的熟练掌握是控制施工质量，保障运营安全的重要手段。本文主要对K30、Ev2、Evd在高速铁路路基工程施工质量检测中的应用作一简单介绍。

关键词：高速铁路 质量检测 K30、Ev2、Evd

中图分类号：U238文献标识码： A

一、概述

在现阶段，我国的客运专线和高速铁路已近进入了高速的建设时期，作为铁路轨下结构的路基工程，伴随着高速铁路和客运专线的发展已经在发挥着越来越重要的作用。这样一来对于铁路建设来说对路基施工的质量和标准就有了越来越高的要求。

路基施工的质量控制指标在上世纪三十年代由美国提出，即压实系数K、相对密度Dr和孔隙率n，至今仍然作为世界各国路基设计及施工控制的质量标准的主体部分。但是对于高速铁路和客运专线的高标准来说，这些试验参数就有了很大的局限性。特别是在路基整体强度性能以及抵抗列车运行时所产生的动荷载的性能方面无法全面的反映。

为了保证路基填土的强度和稳定性，上世纪后期许多国家开始增加强度及变形指标来作为路基填土质量控制的参数。其中包括美国的承载比CBR试验；德国等国家的静态变形模量Ev2试验；日本的地基系数K30试验。强度和变形参数作为铁路路基填筑质量控制指标是铁路路基填筑质量进步的重大标志。

到目前为止我国也已经引进了这些先进的试验检测技术作为铁路路基工程施工质量控制的重要指标。并且也有了相应的试验检测仪器的研发。

二、铁路路基试验检测的方法及要点

铁路路基试验检测主要分为两大类：第一类是密实度检测，主要包括压实系数、相对密度和孔隙率等；第二类力学指标检测，主要包括地基系数K30、静态变形模量Ev2、动态变形模量Evd、承载比试验CBR等。这两大类联合起来全面有效的控制了高速铁路的路基施工质量。本人有幸参建的武广客运专线、京沪高速铁路以及目前所在的沪昆高铁项目，一直从事试验检测工作，下面主要谈一下Ev2、Evd、K30的应用。

1、试验的条件及要求：

地基系数K30平板载荷试验、静态变形模量Ev2、动态变形模量Evd这些都是力学检测指标，都有一个承力的载荷板，试验仪器的载荷板的直径为300，因此这就对高速铁路路基所选填料的粒径和级配有一定的要求。根据大量的试验数据证明只有填料粒径小于载荷板四分之一的填料，经过相同的施工工艺的试验检测数据是稳定的。填料粒径过大的试验检测数据起伏较大，影响检测结果。另外填料的级配也很重要。它不仅是路基密实度控制的前提保障，也是影响路基力学检测结果的重要因素之一，通过大量的试验检测数据证明这些力学检测适用于填料粒径不大于荷载板直径的四分之一（小于75）的各类土或土和石的混合填料，检测的有效深度为载荷板直径的1.5倍（400～500）。

2、试验检测的要点：

地基系数K30平板载荷试验

这项试验是采用圆形承载板测定土体在荷载作用下，下沉量基准值（1.25）所对应的荷载强度与下沉量基准值的比值，计量单位为MPa/m。地基系数作为一种抗力指标，能够直观的体现路基的刚度和承载力，其物理意义明确。

试验采用的仪器主要包括：圆形刚性承载板直径300，板厚25，并带有水准气泡、千斤顶、百分表或位移传感器、基准支架和反力装置。

⑴ 试验检测前应对试验仪器进行校验，试验检测面应当平整，并远离振源，隔离干扰。用毛刷扫去松散的土粒，必要时可以使用干燥的细砂找平。左右旋转载荷板并轻巧其顶面，使承载板与检测面完全接触，水准气泡居中，处于水平面上。并使其位于反力装置支撑点1m以外。

⑵ 将千斤顶至于载荷板中心位置，保证其垂直，然后安置测桥和百分表。测桥的支撑座要位于反力装置的支撑点1m以外。

⑶ 加载试验：稳固载荷板，预先加载0.01MPa，约30秒钟，待百分表读数稳定后，卸除荷载，将百分表读数归零或者记做下沉量的初始读数。以0.04MPa的递增量逐级加载，每开始下一级加载之前，必须等到百分表读数稳定（当1分钟的下沉量不大于该级荷载产生的沉降量的百分之一时即可以认为下沉量已稳定）但是每一级必须保证维持荷载2分钟。当下沉量超过规定的基准值（1.25）或荷载强度超过现场实际最大接触力，或达到地基的屈服点时即可终止试验。当试验过程出现异常时（如载荷板严重倾斜或者下沉量过大），应将试验点下挖至载荷板直径的深度重新进行试验。

⑷ 试验结果的处理：根据试验所得到的荷载值和对应的沉降量绘制两者的关系曲线图。从关系曲线得出沉降量基准值（1.25）所对应的荷载值。并根据公式K30=σs/Ss计算地基系数。

中国铁路系统自1985年大秦线施工引入K30平板载荷试验以来，在铁路建设中已经广泛推广应用。从K30在中国铁路系统应用的情况来看，无论是仪器设备、试验方法，还是设计标准均已趋于成熟。地基系数K30已成为新线铁路控制基床和路堤填料压实质量的主要指标之一，并已正式列入《高速铁路路基工程质量验收标准》(TBl0751-2010)和《铁路路基土工试验规程》(TB10102-2010)。K30平板载荷试验作为一种强度及变形指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力。

静态变形模量Ev2试验

这项试验是通过圆形承载板和加载装置对地面进行反复加载和卸载，将检测得到的承载板下的应力与之对应的位移的关系进过计算和分析，通过两者关系曲线得出变形模量Ev1和Ev2，静态变形模量Ev2试验消除了填料的塑性形变，比地基系数K30更能客观的反映路基填土的真是力学性能。

静态变形模量Ev2试验要点与地基系数K30试验基本相似。相当于做了2次K30试验以及一次卸载。而且检测数据以及应力与位移的关系曲线也是仪器自动生成，再此就不再多述。就个人认为的不同之处以及对影响这两项试验检测结果的因素再此简单讲一下。

静态变形模量Ev2试验作为高速铁路路基填筑质量的检测指标，不仅对最终结果Ev2的数值有规定要求。而且对两次加载产生的变形模量的比值Ev2/Ev1也有规定要求。如果比值过大，说明一次变形模量偏小，即路基的塑性变形较大，直接反应了路基填料压实的不充分。比K30更直观更全面。缺点就是仪器费用高、检测时间长。

由于静态变形模量Ev2试验和地基系数K30平板载荷试验有很大的相似之处，因此影响这两项试验检测的因素也基本相同，首先仪器应该定期校验，保养。第二就是现场环境影响，由于两者的测试精度都比较高（0.01），要尽量避免周围振源的干扰。特别是附近作业的振动压路机。第三就是填料本身的因素，路基填筑所选填料的含水率对静态变形模量Ev2试验和地基系数K30平板载荷试验的影响是很大的。对于级配碎石、级配砾石以及表面容易板结的细粒填料，刚刚碾压完时含水率偏高，这时Ev2和 K30的检测结果都较低。随着时间的推移，填料中的水分逐渐蒸发，含水率逐渐减小，由于填料中含有大量的细颗粒，水在颗粒间起粘结作用，通过水的吸力和表面张力现象增加了颗粒间的有效应力。即是通常所说的板结现象。由此导致Ev2和 K30的检测结果会有一定幅度的提高。

动态变形模量Evd试验

动态变形模量Evd试验是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间的作用下抵抗变形能力的参数。因此也叫轻型落锤仪。它的测试原理是模拟高速列车对路基所产生的动应力进行动载测试。它通过落锤和沉陷值真实的反映土体受冲击力时的动态特性的指标。

⑴ 试验采用的仪器主要包括：加载装置（落锤）、载荷板、和沉陷测定仪。

⑵ 试验检测前应对试验仪器进行校验，试验检测面应当平整，并远离振源，隔离干扰。用毛刷扫去松散的土粒，必要时可以使用干燥的细砂找平。左右旋转载荷板并轻巧其顶面，使承载板与检测面完全接触，水准气泡居中，处于水平面上。

⑶ 正式测试前首先进行三次预冲击，目的在于消除路基填料可能产生塑性形变带来的影响，并可使载荷板下得到精确的平面。

⑷ 试验结果的处理：

实验结果按下列公式计算：Evd=1.5rσ/s

式中r为载荷板半径，σ为载荷板下的最大冲击应力，有最大冲击力（70.7KN）在核定冲击时间时(18秒)标定得到的，即σ=0.1MPa，s为实测沉陷值。

相对于地基系数K30平板载荷试验、静态变形模量Ev2试验动态变形模量Evd检测仪（轻型落锤仪）具有很多的优点：体积小、重量轻、便于携带、安装和拆卸方便操作简单，尤其适用于狭小地带（如过渡段、路肩、沟槽的部位）的检测，检测时间断时效性高。

结束语：

随着我国高速铁路和客运专线等高等级铁路的快速发展，对路基填筑的质量标准也同时提出了跟高的要求。就目前我国铁路路基填筑压实质量的控制检测方法来看，现行《高速铁路路基工程施工质量验收标准》中所涉及到的多种方法，都是“点式”抽检的检测方式，即以点带面的来反映路基填料的压实质量。为使高速铁路路基施工质量达到设计要求，《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》TB10108-2011的标志着我国已近开始了新的的检测工艺的实践，目前只是试点，还没有全面推广，相信用不了多久这项技术就将会全面应用到我国高速铁路和客运专线等高等级铁路建设之中。这样就借助了常规的试验检测项目真正的实现了全面有效的对路基填筑质量的控制。

这门新的工艺技术也是必须和地基系数K30平板载荷试验、静态变形模量Ev2、动态变形模量Evd等这些常规试验检测通过相关性校验结合电子技术和信息技术的一种新的检测工艺。依然是以常规的试验检测为依据，并且在部分局限区域和薄弱环节，还必须与常规检测相结合，同时完成对路基压实质量的控制，因此路基压实质量常规的试验检测，特别是力学性能检测的地基系数K30平板载荷试验、静态变形模量Ev2、动态变形模量Evd试验更应该大力的推广。