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1、1武广客运专线路基试验检测武广客运专线路基试验检测孙宪法 张小军 陶学良 （武广客运专线 XXTJ标第四试验室）摘摘 要要 武广客运专线设计时速为 350Km/h，全线采用无碴轨道形式，要求工后沉降不小于 15mm，这就要求高速铁路的路基要强度高、刚度大、稳定性及耐久性好、不易变形，同 时线路的纵向刚度应比较均匀或变化缓慢，所以要实现全线采用无碴轨道的目标，对高速 铁路路基就提出了更高的要求，必须强化对路基的质量检测。现行施工的武广客运专线对 路基进行四项指标的质量试验检测，分别是孔隙率 n(压实系数 k)、地基刚度系数 K30、动 弹性模量 Evd、静弹性模量 EV2。本文分别介绍了这四项检
2、测指标，并结合施工现场多次 试验检测所得的数据进行分析总结，从而对后续路基填筑施工的相关工艺有重要的指导作 用Abstract Speed of Wuhan-Guangzhou High-speed railway Passenger line is designed 350 Km / h, using ballastless track on all forms and the settlement later not less than 15 mm, which requires the high-speed railway roadbed hold high strength, stif
3、fness, stability , good durability and not easy deformation while the vertical lines should be more uniformed stiffness or changed slowly, so in order to achieve all the objectives of ballastless track on the high-speed railway roadbed , higher requirements have been put forward, we must strengthen
4、the quality of the roadbed. There are four test to indicator the quaity of the roadbed in the current construction of the Wuhan-Guangzhou Passenger lane, named porosity n (compaction factor k), foundation stiffness coefficient K30, dynamic elastic modulus Evd, static modulus of elasticity EV2. This
5、paper introduced the four detection indicators and, analyse the test data in conjunction with the construction site several times, thus it will have an important role in guiding filling construction of the follow-up roadbed related technology.关键词关键词 孔隙率 n(压实系数 k) 地基刚度系数 K30 动弹性模量 Evd 静弹性模量 EV2Keywor
6、d porosity n (compaction factor k) foundation stiffness coefficient K30 dynamic elastic modulus Evd static modulus of elasticity EV2 2一、引言：一、引言：武广客运专线设计时速为 350Km/h，全线采用无碴轨道形式，要求工后沉降不小于 15mm，技术指标高，科技含量大。由于高速、重载、高密度行车，使路基承受的动荷载 增大，列车的重复作用次数和附加振动增加，土壤的疲劳作用加强，促使路基强度降低和 变形，所以高速铁路路基要求强度高、刚度大、稳定性及耐久性好、不易变形
7、，同时线路 的纵向刚度应比较均匀或变化缓慢，所以要实现全线采用无碴轨道的目标，对高速铁路路 基就提出了更高的要求。根据武广客运专线施工检测要求，无碴轨道路基的质量检测频次 和数量是有碴轨道的 2 倍，因此必须强化对路基的质量检测。二二 、高速铁路路基质量检测方法：、高速铁路路基质量检测方法：为加强路基的整体性，提高路基的强度和刚度，减小变形，减小高速列车行驶过程中 路基病害的发生，世界各国在路基质量检测中都采取了科学的试验方法。在武广客运专线 上，路基的检测方法包括：反映土体压实质量的孔隙率 n(压实系数 k)；反映土体压实后承 载力与变形特性的地基刚度系数 K30；反映高速列车对路基所产生的
8、动应力真实作用状况 的路基动弹性模量 Evd；反映路基在静态应力作用下土体抵抗变形能力的静弹性模量 EV2 。1、 孔隙率 n(压实系数 k)： 孔隙率反映了土体的密实状况，孔隙率越小，表明土体越密实： n 1ds d 为路基的实测干密度；s 为路基的颗粒密度。 压实系数 k 即实测路基干密度d 与最大干密度dmax的比值，即 k d dmax ，d (1) 为实测路基的湿密度；为实测路基的含水率。 孔隙率 n 与压实系数 k 的关系为： n 1kdmax G G 为土体的比重。 由上面的公式可发现孔隙率 n 和压实系数 k 都是通过试验测得路基的实测湿密度、含 水率即而得到的，通常所用的方法
9、有核子湿密度仪法、灌水法、灌砂法和环刀法。2、 地基刚度系数 K30： 地基刚度系数 K30 是指地基基础单位面积荷载 q 与路基变形 u 的比值，即 K q u（单位为 MPa/m） 常用的 K30 荷载板通常是指使用直径为 30cm 的承载板测得的地基刚度系数。地基刚度系数 K30 直接相关于土体的物理力学特性，不同的土体具有不同的力学特性 指标，均可通过地基刚度系数 K30 表现出来，当路基的空隙率（压实系数）相同时，路基 填料的强度越高，其地基刚度系数越大。3、 动弹性模量 Evd： 铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载，特别是高速列车的出现，动荷载产生的3冲击力对路基的影响更为明显
10、，而无论静态模量 EV2 ，还是地基刚度系数 K30 都是检测路 基在静态应力作用下抵抗变形的能力，两者不能完全反映列车在高速运行下所产生的动应 力对路基的真实作用状况。为保证列车的安全、舒适运行，必须对路基所产生的动变形加 以控制。因此，近几年国外提出了新的路基质量控制指标动弹性模量 Evd 标准，动弹 性模量 Evd 是路基中某点的动应力与动应变之比，它描述了一定状态下该点抵抗动荷载产 生动变形的能力。 动态弹性模量测试仪的工作原理主要是利用落锤从一定高度自由下落在弹簧阻尼装置 上，再经 300mm 承载板在填土面产生符合列车高速运行时对路基面所产生的动应力， 使填土面产生沉降。通过测试冲
11、击荷载的大小，一定填土面范围的动变形来求算路基土层 的动弹性模量 Evd，即土体在一定大小的竖向冲击力 Fs 和冲击时间 ts 作用下抵抗变形能 力的参数。 它由平板压力公式 Evd1.5rs 计算得出， 其中：r 圆形刚性荷载板的半径（mm） ； 荷载板下的最大冲击动应力，它是通过在刚性基础上由最大冲击力 Fs7.07kN ，且冲击时间为 ts 0.1MPa ；s 实测荷载板下沉幅值（mm） ；1.5荷载板形状影响系数。 实测结果采用公式 Evd22.5s 计算。 沉幅值越大，被测点的承载能力越小，则动弹性模量 Evd 越小；反之沉幅值越小，被 测点的承载能力越大，则动弹性模量 Evd 越大
12、。 动弹性模量 Evd 反映了路基实际应力情况，因此，可以更真实和更科学的进行填土的 施工质量控制，是今后高速铁路路基质量检测的趋势。4、 静弹性模量 EV2：静弹性模量 EV2 是反映路基在静态应力作用下土体抵抗变形能力，其通过圆形承载板 和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，用测得的承载板下应力 和与之相对应的承载板中心沉降量 s ，来计算弹性模量 EV2 及 EV2EV1值。 理论上弹性模量 Ev 值是通过一次加载或重复加载测得的应力 0位移 s 曲线上 0.30max和 0.70max 之间的位移割线斜率来确定的（如下图） 。其中，一次加载曲线上为静态一次变形模量E
13、V1二次加载曲线上为静态二次变形模量EV2应力应力 0位移位移 s 曲线曲线4变形模量是基于一次加载和二次加载应力位移曲线，通过二次多项式方程计算得到的。s = a0 + a10 + a220 式中： 0承载板下的平均标准应力（MN/m） ；s承载板的位移， （mm） ；a0二次多项式中的系数（mm） ；a1二次多项式中的系数（mm/(MN/m2)） ；a2二次多项式中的系数（mm/(MN2/m4)） 。 式中的系数是把测试值按最小误差二乘法计算得到的。 变形模量 Ev 由下式计算：Ev = 1.5 r 1（a1 + a20max） 式中： Ev 变形模量（MN/m） ；r 承载板半径（mm）
14、 ；0max最大平均标准应力（MN/m） 。一次加载的变形模量值用 EV1表示，二次加载的变形模量值用 EV2表示。 虽然静弹性模量 EV2 和地基刚度系数 K30 都是检测静力作用下土体抵抗沉降的能力， 但是其物理意义、计算公式、检测方法、设计标准都有本质的区别，其更符合路基检测的 标准，更符合高速铁路的质量要求，所以静弹性模量 EV2 的检测必然是今后路基质量控制 必不可少的一项指标。三三 、高速铁路路基试验检测：、高速铁路路基试验检测：本文主要对中铁十四局武广客运专线 XXTJ标段中的 DK1672+655DK1672+795 段 A、B 组填料试验段进行质量检测，并对数据进行整理和分析
15、，对后续路基填筑施工的相关 工艺有重要的指导作用。1、 原地基检测及数据整理： 该试验段的原地基是冲击压实处理，要对原地基进行 EV2 检测，试验段 DK1672+655DK1672+795 的检测结果分别为： 47.8MPa、67.9MPa、75.2MPa、80.9MPa，EV2EV1 值分别为 1.77、2.0、1.4、1.14，检测 结果均满足 EV2 45MPa，EV2EV12.6；当 2.6EV2EV13.5 时，EV1值大于 EV2规定 值的 60的路基验收标准要求。2、 路基试验检测数据整理： 首先，对路基进行效果检测，观察路基表明摊铺碾压情况，看是否平顺，有无填料离 析现象（“集料窝”现象） ，然后进行试验检测。试验检测严格按照路基验收标准进行 各项指标的检测。在填筑试验段范围内，对每层压实后进行 K30 、Evd 、EV2 和 n 值的检 测，具体检测频率及标准符合路基路基验收标准 。基床底层路基填筑验收标准项目验收标准（碎石土）地基刚度系数 K30（MPa/m）150动弹性模量 Evd（MPa）40静弹性模量 EV2（MPa）605EV2EV12.6；当 2.6EV2EV13.5 时，EV1值大于 EV2规定值的 60孔隙率 n（）28我们对该试验段的每层 A、B 填
