路基施工与质量检测技术

路基施工与质量检测技术

四、高速铁路路基质量检测技术n主要内容（一）高速铁路路基质量检测必要性（二）高速铁路路基质量检测参数与检测方法压实系数K孔隙率n地基系数K30动态变形模量Evd静态二次变形模量Ev29/1/20212n（一）高速铁路路基质量检测必要性9/1/20213n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；9/1/20214n另一方面，可以了解施工过程的质量情况，控制施工进度，促进施工单位改进施工工艺，加强施工质量管理，保质保量地完成施工任务。9/1/20215n（二）高速铁路路基质量检测参数与检测方法9/1/20216n压实系数K环刀法灌水法灌砂法气囊法核子湿度密度仪《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）9/1/20217n孔隙率n灌水法灌砂法气囊法《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）9/1/20218nK30平板载荷试验《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）地基系数K309/1/20219n地基系数K30是日本和我国在铁路路基检测中常用的方法，是采用单循环荷载试验。用单位面积压力除以承压板相应的下沉量表示的（MPa/m），计算时选用的沉降量为0.125cm。9/1/202110n《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）标志着动态变形模量术语Evd符号正式在我国铁路规范中采用9/1/202111nEvd动态平板载荷试验《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）动态变形模量Evd9/1/202112n中国铁路路基的相关标准规范1、《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004）适用于所有铁路路基工程。Evd试验规程。9/1/202113n中国铁路路基的相关标准规范2、《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》（2004-12-30实施）适用于客运专线及高速铁路路基工程。规定了Evd的设计值。如下：9/1/202114n《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》Evd的相关规定级配碎石基床表层的压实标准填料厚度（m）压实标准备注地基系数K30（MPa/m）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n级配碎石0.6—0.65≥190≥55＜18%路堤9/1/202115n填料厚度（m）压实标准地基系数K30（MPa/m）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n级配砂砾石0.6—0.65≥190≥55＜18%级配砂砾石基床表层的压实标准《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》Evd的相关规定注：基床表层的K30、Evd、n三项指标要求同时检测，均必须满足压实标准。9/1/202116n过渡段级配碎石填筑标准：K30≥150MPa/mEvd≥50MPan＜28%《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》Evd的相关规定9/1/202117n动态变形模量Evd的定义动态变形模量Evd（英文：dynamicmodulusofdeformation）是指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Evd=1.5×r×σ/s计算得出，其中：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=7.07KN且冲击时间ts=18ms时标定得到的，即σ=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Evd=22.5/s计算。nEvd动态变形模量测试仪基本原理利用落锤从一定高度自由下落在阻尼装置上，产生的瞬间冲击荷载，通过阻尼装置及传力系统传递给直径300mm的承载板，在承载板下面（即测试面）产生的动应力，使承载板发生沉陷s—即承载板振动的振幅，由沉陷测定仪采集记录下来。沉陷值s越大，则被测点的承载力越小；反之，越大。承载板落锤阻尼装置传感器路基面n1.脱钩装置；2.落锤；3.导向杆4.阻尼装置；5.荷载板；.6.沉陷测定仪9/1/202120n动态变形模量Evd是德国九十年代开始采用的新型路基压实质量标准，从研究开发至今已有近二十年的历史。动态变形模量Evd标准首先应用于道路建设、路面垫层、管道和电缆沟槽、渠道、基础回填等工程。1997年2月德国颁布执行的《德国铁路建设轻型落锤仪使用规定》（NGT39）标志着动态变形模量Evd标准开始在铁路工程中正式采用。国外Evd发展情况9/1/202121n动态变形模量Evd标准的最大特点是能够反映列车在高速运行时产生的动应力对路基的真实作用状况。1999年12月20日颁布执行的德国铁路规范DS836.0501中，按路基结构形式、设计速度、填土种类、工程部位的不同，明确规定了各种情况下的动态变形模量Evd的设计标准值，其中，设计速度300km/h的高速铁路路基基床表层的Evd设计标准为50MPa。国外Evd发展情况9/1/202122n德国有碴轨道设计对路基面的要求Evd9/1/202123n德国有碴轨道设计对路基面的要求Evd9/1/202124n德国无碴轨道设计对路基面的要求Evd9/1/202125n德国无碴轨道设计对路基面的要求Evd9/1/202126n德国无碴轨道设计对路基面的要求Ev2、Evd9/1/202127n国际上广泛采用的是德国HMP公司生产的LFG型Evd动态变形模量测试仪，亦称“轻型落锤仪”（LFG是“轻型落锤仪”的德文缩写），该仪器从开发应用至今己有20多年的历史，仪器的性能、质量、功能以及软件已相当完善，居国际领先地位。国外Evd仪器情况9/1/202128n德国HMP公司研发的LFG型Evd动态变形模量测试仪20多年的发展历史9/1/202129nLFG-K型Evd测试仪在柏林Lehrter火车站前使用9/1/202130n9/1/202131n1999年铁道部开始立项研究秦沈客运专线路基关键技术研究——施工质量监控测试仪器的研制由于元器件的精度、制造工艺水平及标定手段所限，目前还没有符合标准的国产仪器。国内Evd发展情况9/1/202132nEvd检测设备德国HMP公司LFG系列Evd动态变形模量测试仪9/1/202133nLFG系列Evd测试仪在中国的应用2003年1月，中国铁道部昆山试验段“软土地基路桥设计参数试验项目”首次引进2台LFG系列Evd测试仪进行试验研究，为《铁路工程土工试验规程》和《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》的编写提供了依据。9/1/202134n软土地基路桥设计参数试验项目昆山试验段——路基9/1/202135n软土地基路桥设计参数试验项目昆山试验段——涵洞路基过渡段9/1/202136nLFG系列Evd测试仪在中国的应用至今已有30多台LFG系列Evd测试仪在中国10多条铁路新线建设和提速改造中发挥着重要作用。9/1/202137n德国HMP公司Evd产品中国用户名录中铁三局集团有限公司中心试验室中铁四局集团有限公司中心试验室中铁四局集团有限公司浙赣线项目部中心试验室中铁五局集团有限公司四处遂渝铁路工程指挥部中铁六局集团太原铁建有限公司中心试验室中铁六局集团北京铁建有限公司中心试验室中铁七局集团武汉公司中心试验室中铁八局集团有限公司检测中心中铁十局集团济南铁路工程总公司检测中心中铁十二局集团有限公司二公司胶济项目经理部中铁十二局集团有限公司三公司中心试验室中铁十四局集团有限公司工程试验检测中心中铁十五局集团有限公司计试中心中铁十六局集团有限公司三处浙赣铁路项目经理部中铁十七局集团有限公司京津客运专线指挥部中铁十八局集团有限公司遂渝铁路工程指挥部中铁二十局集团有限公司一公司中心试验室中铁二十一局集团有限公司兰州计量测试中心中铁二十四局集团有限公司温福客运专线试验段项目经理部齐齐哈尔铁路科研所铁道部工程质量监督总站武汉监督站铁道部工程质量监督总站济南监督站杭州铁路分局铁路工程质量监督站铁道第二勘察设计院工程测试中心铁道第三勘察设计院物探技术研究所9/1/202138n德国HMP公司Evd中国应用的工程项目昆山试验段软土地基路桥设计参数试验项目秦沈铁路客运专线新长铁路武九铁路郑徐铁路宁启铁路滨洲铁路浙赣铁路胶济铁路津浦铁路烟大铁路呼准铁路宜万铁路大秦铁路遂渝铁路客运专线试验段京津铁路客运专线试验段武广铁路客运专线试验段温福铁路客运专线试验段9/1/202139nEvd在中国胶州—济南铁路的使用9/1/202140nLFG系列Evd测试仪在中国的应用目前，承担中国铁路客运专线试验段建设的施工单位大多具备LFG系列Evd测试仪。9/1/202141nLFG系列Evd测试仪在中国的应用2005年5月，根据中国用户的需求，德国HMP公司与北京德纳米克科技有限公司联合研发的中文界面LFG—K型Evd测试仪已在中国投入使用。9/1/202142n主要结构组成加载装置①挂（脱）钩装置(带水准泡)②导向杆③落锤④阻尼装置荷载板①圆形钢板②传感器沉陷测定仪(存储、与电脑连接)打印机Evd动态变形模量测试仪9/1/202143nEvd动态变形模量测试仪用途：监控检测土体承载力指标——动态变形模量Evd适用范围：铁路、公路、机场、城市交通、港口码头、工业与民用建筑的地基施工质量监控测试。9/1/202144n特点体积小、重量轻、便于携带安装及拆卸方便、操作简便自动化程度高、测试速度快性能稳定、测试精度高检测费用低适应范围广环保型，无核辐射、废气等污染动载测试符合土体实际受力状况Evd动态变形模量测试仪9/1/202145nEvd试验前的准备平整测试面放置荷载板加载装置在荷载板上就位用测量电缆将沉陷测定仪与荷载板连接松开搬运锁9/1/202146nEvd试验步骤打开沉陷测定仪电源使导向杆保持垂直进行三次预冲击连续三次冲击测试显示三次测试的沉陷值S1、S2、S3显示三次平均沉陷值Sm和动态变形模量值Evd储存并打印测试结果9/1/202147nEvd测试演示9/1/202148n9/1/202149nEvd主要应用于以下两个方面：一、铁路新线建设、既有线提速改造建设依据《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004）、《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003，J285-2004）将“Evd动态平板载荷试验”作为“K30平板载荷试验”的快速试验方法，根据Evd与K30的相关关系式，由Evd测试值推算出K30值。9/1/202150nEvd与K30的相关性试验结果(相关系数）现场室内细粒土:0.9260.967粗粒土:0.9130.926碎石土:0.9150.946级配碎石:0.9150.9479/1/202151nEvd与K30的相关关系式细粒土:K30=3.45Evd+0.1粗粒土:K30=3.33Evd+6.09碎石土:K30=3.10Evd+14.3级配碎石:K30=3.49Evd+14.4摘自《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004）9/1/202152nEvd主要应用于以下两个方面：二、高速客运专线铁路建设依据《京沪高速铁路设计暂行规定》《京沪高速铁路路基施工暂行规定》《京沪高速铁路路基工程施工质量验收暂行标准》可将通过“Evd动态平板载荷试验”取得的动态变形模量Evd值直接用于评判路基的压实质量。9/1/202153n2004立项、2005开工9条客运专线铁路工程武广、郑西、石太京津、合宁、合武温福、福厦、甬温规定Evd作为基床表层和过渡段的压实标准9/1/202154n《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》Evd的相关规定级配碎石基床表层的压实标准填料厚度（m）压实标准备注地基系数K30（MPa/m）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n级配碎石0.6—0.65≥190≥55＜18%路堤9/1/202155n填料厚度（m）压实标准地基系数K30（MPa/m）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率n级配砂砾石0.6—0.65≥190≥55＜18%级配砂砾石基床表层的压实标准《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》Evd的相关规定注：基床表层的K30、Evd、n三项指标要求同时检测，均必须满足压实标准。9/1/202156n过渡段级配碎石填筑标准：K30≥150MPa/mEvd≥50MPan＜28%《京沪高速铁路设计暂行规定（上、下）》Evd的相关规定9/1/202157nEvd在既有铁路提速改建中的应用特点胶济线、郑徐线、武九线、浙赣线的应用表明：时间优势——检测速度快既有线在不间断运营的情况下，行车密度大，K30检测一点需要30—60分钟，而Evd只需要2—3分钟。仪器优势——小型、便携既有线道碴已存在，检测Evd只需扒开直径30cm的面积即可，而K30基准杆还需要较大的地方、加载装置也需要较大的空间。经济优势——检测费用低Evd检测中不需要额外的大吨位加载装置，避免了台班费用，操作只需一个人即可，减少了人工费用。安全优势——易于快速撤离既有线在不间断运营的情况下，行车密度大，Evd仪器重量轻，一个人就可以提起并快速撤离。9/1/202158nLFG型Evd在我国铁路中的应用既有线提速改建（胶济线、郑徐线、武九线、浙赣线、呼准线、滨洲线、津浦线、大秦线）新建高速铁路（京沪高速昆山试验段）新建客运专线（秦沈客运专线）新建普速铁路（新长线、宁启线、渝怀线、宜万线、烟大线）9/1/202159n术语静态二次变形模量符号Ev2nEv2是德国、法国及欧洲一直沿用的、成熟的路基压实设计标准和检测技术，德国铁路路基标准DS836中无碴轨道和有碴轨道均采用Ev2和Evd设计标准。9/1/202161n德国铁路300km/h高速客运专线无碴轨道路堤结构设计横断面图Ril836.0501n变形模量——Ev土体的变形模量Ev值是通过一次加载或重复加载测得的应力σ0—位移s曲线上0.3×σ0max和0.7×σ0max之间的位移割线斜率来确定的。其中，一次加载曲线上为静态一次变形模量——Ev1二次加载曲线上为静态二次变形模量——Ev29/1/202163nEv=(1.5×r×△σ)/△s9/1/202164n静态二次变形模量Ev2测试仪Ev2试验规程执行德国DIN18134标准nDIN18134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+a1·σ0+a2·σ20σ0——承载板下的平均标准应力，单位：MN/m²；s——承载板的位移，单位：mm；a0——二次多项式中的系数，单位：mm；a1——二次多项式中的系数，单位：mm/(MN/m2)；a2——二次多项式中的系数，单位：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。9/1/202166nDIN18134变形模量Ev由下式计算：Ev=1.5×r×1/（a1+a2×σ0max）式中：Ev——变形模量，单位：MN/m²；r——承载板半径，单位：mm；σ0max——最大平均标准应力，单位：MN/m²。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。9/1/202167nPDG系列Ev2静态二次变形模量测试仪仪器构成PDG-SD型PDG-K型9/1/202168nPDG-K型Ev2测试仪在路基上的使用9/1/202169n9/1/202170n我国Ev2的现状①无仪器设备②无检测规程③无设计标准④无设计经验9/1/202171n为尽快解决我国客运专线路基上修建无碴轨道的关键技术问题，加紧引进、消化、吸收德国Ev2设计标准、仪器设备、试验规程是十分必要的。9/1/202172nEv2进入中国随着2004年中国多条客运专线铁路的立项，2005年中国铁路迎来了客运专线建设的新高潮。据悉，客运专线的线下工程都将以设计速度350km/h的高速铁路标准建设，并且将大量采用无碴轨道的结构形式。路基上若采用德国的无碴轨道结构形式，路基压实标准也将相应地采用德国的标准。德国标准中不采用K30，而采用Ev2。PDG系列Ev2测试仪在中国的应用9/1/202173nPDG系列Ev2测试仪在中国的应用2005年3月，中铁15局集团引进PDG系列Ev2测试仪，用于客运专线路基质量控制研究。9/1/202174nPDG系列Ev2测试仪在中国的应用2005年4月，承担中国铁路遂宁——重庆客运专线（遂渝线）试验段研究任务的中铁8局集团、中铁5局集团、中铁18局集团引进3台PDG系列Ev2测试仪，进行客运专线无碴轨道技术的研究，为中国客运专线无碴轨道的建设提供技术支持。9/1/202175nPDG系列Ev2测试仪在中国的应用2005年6月，承担中国铁路北京——天津城际客运专线试验段任务的中铁17局集团公司同时引进LFG—K型Evd测试仪和PDG—K型Ev2测试仪，用以监控客运专线路基施工质量。9/1/202176