《铁路工程土工试验规程》

284《铁路工程土工试验规程》条文说明本条文说明系对重点条文的编制依据、存在的问题以及在执行中应注意的事项等予以说明。为了减少篇幅，只列条文号，未抄录原条文。21.1.1本试验的编制主要是参照日本JISA1215-1995年修订版《公路的平板荷载试验方法》和德国DIN18134《平板荷载试验》-1993年修订板，并吸收近几年的科技发展成果和施工实践经验，同时针对在实际应用上存在问题予以修正，以便其能适合今后施工的需要。K30-平板荷载试验是使用直径为30cm的荷载板通过试验求出地基反力系数，以标准值K30表示。我国自1985年引用以地基反力系数K30值作为路基填料质量的检测控制指标以来，在铁路系统均以“地基系数”为基本用语，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)。因此，为了统一起见，此次编制中仍沿用“地基系数”作为基本用语。并明确用语定义，即“地基系数”：系指以某一下沉量除与其相对应的荷载强度所得出的值，以标准值K30作为标记。所谓下沉量是指荷载板在路基、基床层面上受荷载引起的中心垂直变形尺寸。其中包含弹性变形和塑性变形两部分。21.1.2动态平板载荷试验是通过落锤试验和沉陷测定来直接获取土体动态特性的承载力指标“动态变形模量”值的，以Evd表示，其计量单位为MPa。本试验主要是参照德国1997年颁布的《道路施工岩土试验技术规程----采用轻型落锤仪进行动态平板载荷试验》(TPBF－StBTeilB8.3)和德国1997年的补充修订版《轻型落锤仪在铁路施工中的使用准则》(DR－A2015)，并结合铁道部1999年科技研究开发计划项目（99G13）“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”的科技成果而编制的。通过对秦沈客运专线及京沪高速铁路试验段的细粒土、粗粒土、碎石土和级配碎石等四种土共800多组的285动态变形模量Evd与地基系数K30的现场对比试验，其结果表明，Evd与K30之间具有良好的相关性，相关系数均在90%以上，利用某种条件下同类性质的土的Evd与K30的相关关系，可以由Evd值推算出测试点的K30值。因此，动态平板载荷试验也可作为一种快速试验方法，间接测出地基系数K30值。21.1.3K30平板载荷试验和Evd动态平板载荷试验仪适用的土体颗粒最大粒径尺寸是由荷载直径决定的。本规程规定“可用于不大于荷载板直径1／4的各类土和土石混合填料”。落锤对土层的影响深度是仪器的一项重要指标，它是决定被检测路基每层填土压实检测厚度的主要因素。动态变形模量测试仪测试影响深度范围的确定，是通过在土体中各种深度处埋设压力盒的试验方法，根据能量沿土层深度方向消耗衰减的程度来确定的，其试验数据见说明表21.1.3。由表测试数据可以说明，锤击能量的大部分（约70％）消耗在400mm厚的土层内。因此，可以得出落锤的影响深度为400－500mm的结论，它与K30平板载荷试验仪以及德国1997年的补充修订版《轻型落锤仪在铁路施工中的使用准则》(DR－A2015)一致。说明表21.1.3测试作用深度影响范围试验数据土压力盒编号埋入深度（mm）示波器记录的幅值（mm）9077023090011001509077150200900120010590013007590774006690015004890776003321.1.4K30试验的场地和环境条件是此次编制中需重点解决的问题。从广深准286高速铁路，秦沈客运专线施工现场对K30值的测试情况，普遍反映存在的问题是：同一测试地点不同时间测出的K30值离散性很大，重复性差，缺乏可比性。从而给质量检测评定工作造成很大困难。因此，根据铁建技字（99）第12号《K30测试精度影响因素研究课题报告》中的初步结论，做以下规定：⑴被测土体表面状态是影响K30测试精度的主要因素之一。为此，本条第1款是依据德国DIN18134（1993年）规定，对于水分挥发快的均粒砂，表面结硬壳，软化，或其它原因表层扰动的土。必须下挖后试验，下挖深度限定在荷载板直径D的范围内。本条第3款规定了对被测面的要求及为了保证荷载板与测试面的良好密贴接触可采用的处理方法。⑵被测土体含水率对测试结果也起主要影响作用。根据室内模拟试验，说明K30值与含水率之间存在着类似于压实度与含水率之间的关系。K30最大值时的含水率要低于压实度的最佳含水率，而且随着含水率的增加K30值将急剧下降。因此，本条第2款规定平板荷载试验，宜在填料层压实后2～4h内进行试验，主要是为了防止填层碾压完成后，表层含水率的变化，而影响测试结果。对于级配砾石（碎石）填料，特别是砾石级配料施工现场为了易于压实，而将其含水率调高，而且在碾压过程中，由于表层始终是松散状态，因此规定需待凉干后进行测试。但需要凉干到什么程度才能测出该层的真实值，还需要通过测定其含水率加以确定，还有待研究。根据国外资料介绍，土体的含水率对其强度测定有极大的影响，因此，测定时土体的含水率变化范围应是在其使用期间所能保持的范围。⑶此次对K30平板载荷试验的有效深度未明确规定，但根据国内外资料表明，试验载荷所涉及深度约为荷载板直径的1.5～2倍，因此，在实际试验过程中应加以注意。21.2.1鉴于目前尚未制定K30平板荷载试验设备标准的情况下，为了规范施工现场使用的平板荷载仪。参照国外41-T121和1-T121/A平板荷载试验仪，(参见说明图21.2.1-1、说明图21.2.1-2所示)结合国内现有标准，提出有关仪器287设备的要求。其中基本要点是:⑴为了不影响检测精度，本条第2款1）项规定千斤顶与手动油泵应为分体式,采用高压细管连接，千斤顶顶端应设置球铰，并配有不同长度的加长杆件，以便与各种不同高度的反力装置相对应。⑵强调了对荷载板下沉量的测量，应使用3只测表在距荷载板中心点相等距离的三点上测定荷载板平面法线方向的位移。以便于求出其中心点的沉降值。这是因为早期引进的日本平板荷载试验装置上只配置两只百分表，而实际上却忽略了其使用说明,按照条文说明中“4.4（3）：用于测定下沉量的位移计，应沿荷载板的周边等分设置2～4个，如果使用2个位移计，则应以荷载板下沉不出现偏歪为前提”。⑶本条第2款5）项规定了可用测力计直接测定加载荷载，早期日本使用的平板荷载试验装置，是将测力计（压力环）设置在千斤顶顶端，位于球铰座与油缸活塞杆之间。用以直接测定加载载荷，其目的是可以减少由于测定油压受油缸内摩擦阻力影响所产生的系统误差。最近国内研制的数据采集系统，亦将测力计（压力传感器）设置于荷载板的千斤顶底座上，用于直接测定荷载板承受的荷载。⑷为了保证测桥有足够的刚度，规定在4m时，其截面系数不得小于8cm3。8910121176345288说明图21.2.1-1平板荷载仪组成示意1-荷载板；2-千斤顶；3-加长杆；4-调节丝杆；5-球铰座；6-手动液压泵；7-油压表；8-测桥；9-百分数；10-仪表支架；11-测桥支撑座说明图21.2.1-2测桥布置21.2.3对于试验终止的确定，日本规定试验下沉量应该达到15mm为止，德国规定当使用直径762mm荷载板试验，下沉量应达到13mm或荷载强度达到0.2MPa为止。我国亦规定试验下沉量应达到15mm为止。但实际上，地基系数是直接按不同领域规定的下沉量基准值（1.25mm）进行计算。而且，正常情况试验的下沉量也不可能出现所规定的值，因此，此次规定“试验可以进行至下沉量超出其领域内规定的基准值为止”。这在实用上不会有任何问题。为了便于从仪表上读取读数，按照德国规定预加荷载强度为0.01MPa和每级荷载强度增量为0.04MPa.21.2.4～21.2.5试验结果计算和记录，其中表21.2.5中荷载强度σ与油压表压P的关系应根据本规程第21.2.2条仪器校验标定得出。即σ=b压P+a。地基系数计算所使用下沉量基准值为1.25×10-3m21.2.6随机误差的校正，主要是针对由于土体表面状态的影响所出现的偶然误差进行修正。并列举两种修正方法，其中作图法修正，需要有一定的实践经12004m289验才能分析判断，因此，为了便于施工现场使用。最好是通过使用K30ADJUST修正程序进行修正。21.3.3仪器要求导向杆与荷载板保持垂直，要求测试面与荷载板底面完全密贴，在实测中，可以用少量中细砂来补平。为了防止荷载板振动时将铺垫的细砂喷出，也可以用潮湿的细砂。本试验中“进行三次预冲击”是依据德国1997年的补充修订版《轻型落锤仪在铁路施工中的使用准则》（DR－A2015）中规定。试验前首先进行三次预冲击，目的是消除可能产生的塑性变形的影响，并可使荷载板下产生平整面。21.3.4根据某种条件下同类性质土的Evd与K30的相关关系，可以推算出测试点相应的K30值。相关关系见说明表21.3.4。说明表21.3.4Evd与K30的相关性参考表土的种类相关系数相关关系细粒土0.926K30=3.45Evd+0.1粗粒土0.913K30=3.33Evd+6.1碎石土0.915K30=3.10Evd+14.3级配碎石0.915K30=3.49Evd+14.4说明表21.3.4中的相关关系是通过采用“DBM型动态变型模量测试仪”和“K30平板载荷试验仪”对秦沈客运专线路基的800多组对比试验数据统计得出的，其中细粒土、粗粒土、碎石土和级配碎石等四类土各180组。对于某一具体工程，在有条件的情况下，应该通过Evd与K30的对比试验，来确定Evd值与K30值相关关系，并在应用中进一步积累试验数据，不断修改和完善。