高速铁路路基质量检测成果

（一）高速铁路路基质量检测方法

为了保证路基填料达到设计压实标准，需要有效地检测施工过程中填料的压实质量。路基检测的方法主要有压实度检测试验（环刀法、灌砂法、灌水法、核子湿度密度仪）、现场CBR值试验、回弹模量、承载力检测试验等。

1．环刀法检测密实度

环刀法是测量现场密度的传统方法，用环刀法测得的密度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度，只适用于黏性土和粉土。

2．灌砂法检测密实度

灌砂法属于对压实土面的破坏性量测方法，是利用均匀颗粒的砂去置换试洞的体积，该方法适用于现场测定最大粒径小于20 mm的土的密度，也是当前最通用的方法，很多工程都把灌砂法列为现场测定密度的主要方法。缺点是：需要携带较多量的砂，而且称量次数较多，因此，它的测试速度较慢。

3．核子仪法检测密实度

所谓核子密度湿度仪法，是利用元素的放射性来测定各种材料的密度和湿度，仪器内部带有两个辐射源，即用于测定密度的同位素Cs-l37γ源和用于测定湿度的Am-241/Be中子源。此外，仪器内部还有两种射线的接受装置（即接受器）以及为检测射线和显示测值所需要的微处理机电子部件。核子仪法适用于现场测定填料为细粒土、砂类土的压实密度。

通过路基质量检测，一方面可以评价路基施工过程中或竣工后路基的质量，检验路基是否达到了设计要求，验证路基是否具有足够的强度能够承受列车动荷载的作用，同时，又具备保证列车安全、舒适运行的合理刚度；另一方面，可以了解施工过程的质量情况，控制施工进度，促进施工单位对施工工艺的改进，加强施工质量管理，保质保量地完成施工任务。

（二）高速铁路路基压实质量衡量指标试验、适用条件及要求

路基压实质量应同时满足密度指标和刚度指标的规定。密度指标是指压实系数K和孔隙率n两项指标，刚度指标是指地基系数K30、变形模量（Ev2/Ev1）、动态变形模量Evd三项指标。

1．压实系数试验

压实系数（夯实系数）指工地试样的干密度与由击实实验得到的试样的最大干密度的比值K，是利用机械的方法来改变土的结构，以达到提高土基强度和稳定性的目的。路基的压实质量以施工压实度K（%）表示，压实系数愈接近1，表明压实质量要求越高。影响土基压实度的内在因素主要是含水量和土的性质，外在因素有压实功能，压实工具以及方法等。

压实系数应经现场试验确定。当无试验条件时，应要求施工压实机具、每层铺土厚度及每层压实遍数，均应符合表2-3-6的规定数值。

表2-3-6　压实填土每层铺土厚度和压实遍数

注：（1）本表适用于填土厚度在2 m以内的填土；
（2）本表适用于选用粉土、粘性土等作土料、对灰土、砂土累填料应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》的有关规定执行。

2．地基系数K30试验

地基系数K30是衡量土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性大小的刚性指标。K30平板载荷试验是采用直径为30 cm的刚性承载板进行静压平板荷载试验测定下沉量为l.25 mm的地基系数试验方法，并以此来检查填土或垫层的压实质量，属单循环荷载试验，取第一次加载测得的应力-位移（σ-s）曲线上s为1.25 mm所对的荷载σs，按K30=σs/1.25计算得出。国外还有用直径为60 cm和75 cm的荷载板试验确定的地基系数K60和K75。

K30平板荷载仪由刚性承压板、千斤顶、百分表或位移传感器、基准支架和反力装置等组成。K30平板荷载试验适用于粒径不大于荷载板1/4的各类土和土石混合填料，测试有效深度范围为400～500 mm，反力装置的承载力应大于最大试验荷载10 kN。

3．二次变形模量Ev2试验(www.xing528.com)

变形模量Ev2可用于路基填土压实检测，在荷载板试验应用过程中，常用的加载方式有单循环静载和二次循环静载。单循环静载是按每级40 kPa加载，当每级加载完成后，每隔1 min读取百分表1次，直至两次读数符合沉降稳定的要求，才能转到下一级荷载，直至试验最大荷载为止。二次循环静载也是按每级40 kPa加载的，分级加载到最后一级荷载的沉降稳定后，开始卸载，卸载梯度按最大荷载的0.5或0.25倍逐级进行，全部荷载卸除后记录其残余变形，之后又开始另一加载循环。采用d=30 cm的荷载板试验计算变形模量时，荷载一直加到沉降值达5 mm或荷载板正应力达到0.5 MPa为止。

平板荷载Ev2试验的目的在于测出应力-位移曲线，并对地面的变形量与承载力的关系进行分析计算，通过应力-位移曲线得出变形模量Ev2。在试验过程中，通过一圆形承载板和加载装置对地面进行反复依次的加载和卸载，将测得的承载板下的标准应力σ0跟与之相应的逐个位移s以应力-位移曲线的形式显示在图表上。

平板荷载Ev2试验适用于粗粒土，混合颗粒土及塑性硬质细颗粒土的检测。检测时，承载板下面不能有大于承载板直径1/4的颗粒，快干性的等粒径的砂子、地面表层硬化或软化、试验前地面表层受破坏的地方不符合检测条件，被测土体的密度必须尽可能保持不变，细粒土（粉砂、黏土）只有在压实的条件下方可进行检测。

4．动态变形模量Evd试验

无论是基床系数K30还是二次变形模量Ev2，都是通过施加静荷载测得的，尚不能完全反映列车在动荷载作用下对路基的真实作用情况。随着高速铁路的出现，在高速列车动荷载作用下，路基表现为动态行为（产生动态变形）。为保证列车的安全与正常运行，必须对路基的动变形加以控制，同时，要全面反映路基的质量和状态。

动态变形模量Evd是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作业下抵抗变形能力的参数。它由平板压力公式得出

式中：Evd——动态变形模量，MPa；

r——圆形刚性荷载板的半径，mm；

σ——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Fs=18 ms时标定得到的，即σ=0.1 MPa ；

s——实测荷载板下沉幅值，即荷载板的沉降值，mm；

1.5——荷载板形状影响系数。

实测结果采用公式Evd=22.5/s计算。沉陷测试范围：（0.1～2.0） mm ±0.05 mm，Evd测试范围：10 MPa＜Evd＜225 MPa。

动态变形模量Evd是反映路基动态特性的指标，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，其大小与填土种类、含水量、密实度、强度、应力状态等参数有密切的关系，任一参数的变化都将影响到动模量数值的大小。

目前，动态变形模量Evd在铁路中主要应用于新建铁路、既有线提速改造工程中，依据《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004），将“Evd动态平板荷载试验”作为“K30平板荷载试验”的快速试验方法，根据该规程条文说明中的Evd与K30的换算关系，由Evd快速推算出K30值（见表2-3-7）。

表2-3-7　Evd与K30的相关性参考表

注：摘自《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004）。

5．静力触探试验

将圆锥形探头按一定速率均匀压入土中，量测其灌入阻力、锥头阻力、侧壁摩擦阻力的过程被称为静力触探试验。静力触探是工程地质勘查中的一项原位测试方法，可用于：划分图层，判定图层类别，查明软、硬夹层及图层在水平和垂直方向的均匀性；评价地基土的工程特性（容许承载力、压缩性质、不排水剪切强度、水平向固结系数、饱和沙土液化势、沙土模式度等）；静力触探适用于软土、粘性土、粉土、砂类土及含少量碎石的土层。

设备的组成：触探主机、探头的负荷传感器（参照JJG391-85《负荷传感器试行检定规程》检定）、孔隙压力传感器（应参照JJG860-94《压力传感器检定规程》进行检定）。探头传感器一般应每隔3个月校准一次。静力触探确定地基基本承载力和极限承载力时，应综合考虑场地土的工程性质和建筑物特点。