K30、Ev2、Evd检测技术 - 讲义材料

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客运专线铁路路基K30、Ev2、Evd检测技术

李 怒 放

（铁道部工程管理中心，北京 100844）

1、地基系数K30检测

1.1 名词解释 地基系数K30

地基系数K30是表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小。它是用直径为 300mm 的刚性承载板进行静压平板载荷试验，取第一次加载测得的应力—位移（σ—s）曲

线上s 为1.25mm 所对应的荷载σs，按K30=σs／1.25计算得出，单位:MPa/m。 1.2国内外发展现状

二十世纪三十年代开始美国提出的压实度指标，即压实系数K、相对密度Dr或孔隙率n 至今仍然作为世界各国路基设计及施工控制的土的压实质量标准。虽然压实度为参数的路基 压实质量标准具有击实试验指导现场施工、现场检测简便等优点，但是，对于高速铁路或其 他对强度指标要求严格的情况，仅靠压实度参数来反映填土的压实质量就有其局限性。 为了保证路基填土的强度指标，七、八十年代，许多国家开始用强度及变形指标作为路 基填土质量控制参数，即所谓的“抗力检测法”。其中包括美国的CBR（加州承载比值）标

准，德国、法国、奥地利和瑞士等国家的静态变形模量Ev2 标准，日本的地基系数K30 标准 等。可见，采用强度及变形参数作为控制指标是路基质量标准的一大进步。

我国铁路系统自1985 年大秦线施工引入K30平板载荷试验以来，在铁路建设中已经逐

步推广应用。从二十多年K30在我国铁路系统应用的情况来看，无论是仪器设备、试验方法, 还是设计标准均已比较成熟。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《铁路路基工程质量检验评定标准》(TB10414-98)和《铁路路

基设计规范》(TB10001-99)。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。我国参照日本JISA1215-1995年修订版《公路的平板载荷试验方法》 和德国的DIN18134《平板载荷试验》-1993 年修订版，并吸收近年来的科研成果和施工经验，

同时针对实际应用中存在的问题，制订了“K30平板载荷试验”方法，该方法首次正式纳入 2004 年4 月1 日起开始实施的《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）。 1.3 K30平板载荷试验的适用条件和要求

对平板载荷试验测试值大小的影响因素很多。包括填料的性质、级配、压实系数、含水 率、碾压工艺、最大干密度、最佳含水量、试验操作方法及测试面平整度等。为了规范试验 过程，提出了平板载荷试验的适用条件和要求。

1.3.1 K30平板载荷试验适用于粒径不大于载荷板直径1/4的各类土和土石混合填料。

由于K30的荷载板直径只有300mm．因此对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定的限值， 否则颗粒粒径过大，级配不均匀，K30的测试结果就会带来较大的误差，难以真实反映路基 的压实情况。根据秦沈客运专线的经验，K30适用于均匀地基土(如粗、细粒土)地基系数K30

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的检测，对于拌和较均匀的级配碎石也是符合测试要求的，而对于颗粒不均匀的碎石土，其 K30检测就难以得出准确可靠的测试结果。

1.3.2K30平板载荷试验的测试有效深度范围为400～500mm。

由于K30平板载荷试验成果所反映的是压板下大约1．5倍压板直径深度范围内地基土的性 状，因此要想真实全面地反映更深土层的情况，尚需结合其他的检测手段进行综合评定。 1.3.3对于水分挥发快的均粒砂，表面结硬壳、软化、或因其他原因表层扰动的土，平 板载荷试验应置于扰动带以下进行。

影响K30测试结果的因素很多，但含水量变化是造成K30测试结果偶然误差的主要因素， 也就是说K30测试结果具有时效性。一般来说，控制在最佳含水量附近施工，路基压实系数 较高，路基质量好，基床表面刚度较大，K30测试结果较高。但是由于受季节及天气气温变 化的影响，其水分的蒸发程度不同，含水量差别较大，因而含水量为一变量。实践证明，碾 压完毕后，_?ga à_z �路基含水量大时，K30试结果就小；含水量小时，K30测试结果就高。由于击实土

处于不饱和状态，含水量对其力学性质的影响很大。这就造成K30测试结果因含水量变化而 离散性大、重复性差。为此，现场测试应消除土体含水量变化的影响。 1.3.4对于粗、细粒均质土，宜在压实后2～4h内进行。

在进行K30测试时，发现不同时间的K30测试结果差别较大，尤其对级配碎石来讲更为明 显。这是由于不同的检测时间，其路基的含水量及板结强度不同。若在碾压完毕后2～3 d 再进行K30测试，这样虽然K30测试结果提高了，满足了K30的设计要求。但这样做会造成K30 测试结果无可比性、不可信。因此，为了检测路基填筑质量而进行的K30试验，只有在碾压 完毕时一定时限内进行测试才有意义。

1.3.5测试面必须是平整无坑洞的地面。对于粗粒土或混合料造成的表面凸凹不平，应 铺设一层约2～3mm的干燥中砂或石膏腻子。此外，测试面必须远离震源，以保持测试精度。 细粒土（粉砂、黏土）只有在压实的条件下方可进行检测。在不确定的情况下，要对地 面不同深度进行检测，地面以下最深至d(d=承载板直径)。 1.3.6雨天或风力大于6级的天气，不得进行试验。 1.4 仪器设备

1.4.1 荷载板：荷载板为园形钢板, 其直径为30cm、板厚为25mm。荷载板上应带有水 准泡。

1.4.2 加载装置：

1）液压千斤顶与手动油泵, 通过高压油软管连接。千斤顶顶端应设置球铰，并配有 可调节丝杆和加长杆件，以便与各种不同高度的反力装置相适应。选用荷载应大 于或等于50kN。

2）液压油软管长度至少为2m，两端应装有自动开闭阀门的快速接头，以防止液压 油漏出。

3）手动液压泵上应装有一个可调节减压阀，可准确地分级对荷载板实施加、卸载。

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4）测压表量程应达到最大试验荷载的1.25倍, 精度不低于0.6级。 5）当使用测力计直接测量加荷荷载时，测力计精度应达到1％。 1.4.3 反力装置的承载能力应大于最大试验荷载10kN。

1.4.4 下沉量测量装置由测桥和测表组成。测桥是用于安装测表固定支架或作为测表量 测基准面，由长度大于3m 的支撑粱和支撑座组成，当跨度为4m 时其截面系数应大于或等于

8cm3。测表宜配置3～4 个精度为0.01mm 的百分表或电子数显百分表, 量程应不小于

10mm,

每个测表应配有可调式固定支架。

1.4.5 其他：铁锹、钢板尺（长400mm）、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、铅垂、褶尺、 干燥中砂、石膏、油、遮阳挡风设施等。 1.5试验仪器的校验要求

1.5.1 测试地基系数时，应对仪器进行测试校验。

1.5.2 新仪器进行试验的三个月内，应每月标定一次，以作出相应误差修正。当三次标 定误差小于?5%时，仪器进入稳定期。

1.5.3 仪器每次投入新工点或每年必须予以校验一次。 1.6试验操作步骤

1.6.1 场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，应将荷载板支 撑面做成水平面。

1.6.2 安置平板载荷仪：

1)将荷载板放置于测试地面上，应使荷载板与地面良好接触，必要时可铺设一薄层 干燥砂（2～3mm）或石膏腻子。当用石膏腻子做垫层时，应在荷载板底面上抹一 层油膜，然后将荷载板安放在石膏层上，左右转动荷载板并轻轻击打顶面，使其 与地面完全接触，与此同时可借助荷载板上水准泡或水准仪调整水平。

2)将反力装置承载部分安置于荷载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点必须距 荷载板外侧边缘1m 以外。

3)将千斤顶放置于反力装置下面的荷载板上，可利用加长杆和通过调节丝杆，使千 斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上，组装时应保持千斤顶垂直不出现倾 斜。

4)安置测桥，测桥支撑座应设置在距离荷载板外侧边缘及反力装置支承点1m 以___________外。

测表的安放必须相互对称，并且应与荷载板中心保持等距离。 1.6.3 加载试验：

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1)为稳固荷载板, 预先加0.01MPa荷载，约30秒钟，待稳定后卸除荷载，将百分表 读数调至零或读取百分表读数作为下沉量的起始读数。

2)以0.04MPa 的增量,逐级加载。每增加一级荷载，应在下沉量稳定后，读取荷载强 度和下沉量读数。

3)当总下沉量超过规定的基准值（1.25mm），或者荷载强度超过估计的现场实际最大 接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。

1.6.4 当试验过程出现异常时(如荷载板严重倾斜, 荷载板过度下沉), 应将试验点下 挖相当于荷载板直径的深度，重新进行试验。对出现的异常应在试验记录表中注明。 1.7试验结果计算及制图

1.7.1 根据试验结果绘出荷载强度与下沉量关系曲线，见图1。 图1.荷载强度σ—下沉量S 关系曲线

1.7.2 从荷载强度与下沉量关系曲线得出下沉量基准值时的荷载强度，并按下式计算 出地基系数： K30=σs/ss （1） 式中：

K30 — 由直径30cm的荷载板测得的地基系数（MPa/m），计算取整数。 s s --- σ-S 曲线中ss =1.25?10-3m 相对应的荷载强度(MPa)。

ss— 下沉量基准值（=1.25?10-3m）。 1.8试验记录格式

荷载强度 （Mpa) 下 沉 量 (mm)

σ

s

σ

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表1 K30平板载荷试验记录 工程名称 填料类型 试验编号 工程地点 填层厚度 试验日期 施工单位 检测里程 试验人员 荷载板直径 检测标高 试验负责人 下沉量s(mm) (百分表读数) 加载 顺序 荷载 强度 σ(Mpa) 油压表 读数

P 压(Mpa) 表1 表2 表3 平均 荷载板中心 下沉量（mm） 预压 0.01 复位 0.00 1 0.04 2 0.08 3 0.12 4 0.16 5 0.20 6 0.24

复核 年 月 日 试验 年 月 日 1.9随机误差校正

1.9.1由被测土体表面状态影响,所出现的随机误差可通过作图法和K30 ADJUST程序进行 校正。

1.9.2 作图法校正见图2 所示。 Δs σ σ σ σ Δs