K30平板载荷试验

平板载荷试验K30平板载荷试验一、前言在铁路建设中，路基填方压实质量的检测方法是保证工程质量和满足工程要求的手段。多年来，在铁路工程施工中一直是采用密实度法对路基填方压实质量进行评价、检测和控制，这是因为土壤密实度很容易通过测定重量和体积来确定。但是随着高速铁路、高速公路发展对路基质量的高要求以及大量非细粒土填料的使用，仅用压实度法对路基填方压实质量进行评价、检测和控制已难以保证工程质量和满足现代化机械施工的要求。为此，在本次修订的《铁路工程土工试验规程》中，特增加了基于抗力检测法的平板载荷试验方法，以下将结合科技发展成果和施工实践经验对该试验规程的编制目的、编制依椐、编制基本内容予以说明。二、压实质量检测方法1、压实质量检测方法根据目前国内外对路堤填方压实质量采用的检测方法和手段，大致可分为三类，即：密度检测法，抗力检测法，试验工程法。（1）、密度检测法密度检测法是目前应用最为广泛的一种方法，该法是以Proctor压实理论为基础，并以现埸实测干容重（）与室内击实试验求取的标准干容重（或最大干容重）之比值，即压实度是否达到某一规定之值来实现。应用该法进行压实质量的检测与评定，需要解决三个问题，即：标准干容重的确定、现场干容重的测定、压实度标准的取值。这三个问题对于均质的细粒土来说可获得比较满意的效果，但对于粗粒土来说（尤其dmaxd是土石混合的非均质填料）其效果就不是那么如意。为此，各国研究人员针对大粒径组粒土影响因素复杂的特点，对密实度法进行了改进，例如：在现场干容重的测定上，扩大了试坑的体积（目前最大的试坑体积已达1.5）；在室内标准干容重的测定上，采取增大试验击实筒的直径和高度（目前试筒的直径有的已采用D=0.3m）等等。但是，在许多工程的实际应用中，由于受施工进度等的限制，很难以改进的方法进行检测，从而使得所求取的标准干容重不能真实反映实际情况。此外，路堤填方压实目的是在于提高路基土的强度，以增加其稳定性和抵抗变形的能力，而能直接与稳定相联系的主要是土的强度指标c（内聚力），（内摩擦角）；与变形相联系的则是弹性模量E。因此，仅用单一的密度作为压实质量的指标难以反映出路堤填方的稳定与变形特性。从上述分析可见，采用密度检测法来评价填方压实质量不仅有其局限性，而且难以周全地考虑众多的影响因素；同时其检测所需的作业时间也难以满足现代化机械施工的要求。3m（2）、抗力检测法抗力检测法是根据土体压实过程中所呈现出的力学特性，建立的检测方法。即：土体（弹塑体）在压实荷载的反复作用下，塑性变形增量逐渐减少，弹性模量逐渐增加，强度得以提高；当土体的弹性模量最后趋于某一值，或是塑性变形增量最后趋于零的状态时，则可认为土体已经压实。抗力检测法正是基于这一原理，采取一定手段，通过测定土体的弹性模量或塑性变形增量，以评价填方压实质量。应用抗力法检测压实质量具有以下优点：①测定的指标直接与变形特性相联系；②荷载量大，影响范围广，反映了一定范围内压实填方的整体情况；③不破坏土体结构。目前，以抗力法检测填方压实质量已在各国的工程施工中得到普遍地广泛应用，而且所采取的手段和方法类型繁多，平板荷载试验仅是其中一种，该试验可通过采用不同的加载荷装置和不同的测定方法，围绕应力-应变之间关系，获取用以表征土体压实质量的不同力学指标。例如：回弹模量、值、值、值、刚度……等等。但是究竟哪一种方法的测试结果能以真实反映填料的整体压实情况，还尚无定论。2VEVdE30K（3）、试验工程法试验工程法系根据具体工程，通过在现场修筑一碾压试验段，在综合采用上述检测方法的同时，结合现场使用的固定压实机具，找出施工控制参数（例如：碾压遍数、铺层填筑厚度、压实功能等），并在实际施工过程中，运用这些参数来控制压实质量。近些年来，试验工程法已被许多工程施工单位所所普遍采用，其目的是用以获取能有效确保填方压实质量的施工工艺；特别是对于某些压实特性极其复杂的非均质填料（例如：土石混合料），由于目前所采用的压实质量检测方法尚难以全面反映其实际工程的压实质量，也只能是采用试验工程法，以保证工程质量。试验工程法存在的缺点是：由于填料的性质变化，即使是同一种填料由于其粒级组成不同，在同样的压实功能下进行压实，也会得到不同的压实效果。……三、关于平板载荷试验编制说明1、编制目的地基系数值作为路基填料压实质量的检测控制指标，自1985年大秦线引用后已在全路逐步推广应用，并正式列入TB10414-98《铁路路基工程质量检验评定标准》和《TB10001-99铁路路基设计规范》。该检测方法的优点是所测定的指标能直接与变形特性相联系，可直观地反映出压实层的强度和变形等力学特性。但是，由于对平板载荷试验除了铁基函[1988]164号文件中规定的“承载板试验装置的使用及保养说明”之外，至今还没有统一的平板载荷试验规程，因此，在实际应用中，对存在的一些问题无从统一，从而给质量评定工作造成一些困难。为此，根据铁道部《关于下达2000年铁路工程建设规范、定额编制计划的通知》（铁建设函[2000]36号），由铁一院主持编制的《铁路工程土工试验方法》修订工作大纲中，新增加平板试验一项，以用于对路基填筑质量进行评价。30K30K30K30K2、编制依据本规程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。3、编制的内容要点3.1基本用语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。其试验目的主要用于路基，基床填料层的压实施工及质量管理。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TB10414-98《铁路路基工程质量检验评定标准》和《TB10001-99铁路路基设计规范》。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。当限于被测土体的粒径尺寸而需要采用直径为60cm、75cm的荷载板进行试验时，则应加以注明。所测得的地基系数应按下列公式换算成K30值:=2.2=2.0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。30K30K60K75K3.2仪器设备和仪器检验3.2.1仪器设备鉴于目前尚能制定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。特参照国外ControlsTestingEquipmentLtd所生产41-T121和41-T121/A平板荷载试验仪(参见图1、图2所示)，并结合执行国内现有标准阐述了有关仪器设备的组成。其中基本点是：1．为了不影响检测精度，规定千斤顶与手动油泵应为分体式,采用高压软胶管连接，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。2．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,按照日本JISA1215-1995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”。（参见JISA1215条文说明）30K3．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。4.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8。3cm1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9百分表10仪表支架11测桥支撑座图1平板荷载仪组成示意图图2测桥布置图3.2.2仪器的检验K30平板载荷试验仪在使用中应定期进行校验,以消除由于仪器自身系统液压阻力变化所引起的测量误差。通过校验测定出实际加载值或实际荷载板正应力值与系统压力表读数值之间的相关关系，建立其回归方程，并经整理绘制成图表，以作为K30平板载荷试验的计算基础。仪器校验的技术条件和校验方法可参见附录E”K30平板载荷试验仪校验方法”。3.3、试验条件试验条件和要求是此次编制的重点。从广深准高速铁路，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，为了能根据地基系数K30测定值客观地评价被测层的压实状态，根据铁建技字（99）第12号《K30测试精度影响因数研究》课题报告中得出的初步结论,做以下规定：（参见《K30测试精度影响因数研究课题报告》）（1）、平板荷载板试验对不同填料粒径大小的使用范围，限定于被测土体的粒径尺寸不得大于荷载板直径的1/4。（2）、被测土体表面状态的影响主要表现在：测试面倾斜度过大、凹凸不平、表面松散或表面结硬壳或软化。为此，在条文中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30K30K法。同时按照德国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。要求必须下挖后测试，下挖深度限定在荷载板直径D的范围内。（3）、对于被测土体含水率的影响，虽然日本JISA1215-1995和德国DIN18134（1993）标准中均强调了这一点，但却未有明确的规定。例如日本标准说明中只强调应避免在路基、基床过湿或乾燥的情况下进行试验。（参见JISA1215条文说明）为了探索K30值与含水率之间关系，铁十七局秦沈客运专线检测中心曾在室内进行模拟试验，证明K30值与含水率之间存在着类似于密实度与含水率之间的关系。K30最大值时的含水率要低于密实度的最佳含水率，而且随着含水率的增加K30值将急剧下降（参见“路基填筑压实度、地基系数与含水率关系探索”一文）。图示:98%Compaction100%Compaction鉴于目前对其关系尚未量化，因此，在条文中规定对于粗细粒均质土，宜在填料层压实后两小时内进行试验，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。这种做法是符合要求的。但至于需要凉干到什么程度才能测出该层的真实值，则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其在使用期间所能保持的范围。（4）、此次对K30平板载荷试验有效深度明确规定为400~500mm，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。3.4、试验过程1、对于试验终止的确定，日本JISA-1215-1995规定试验下沉量应达到15mm为止，德国DIN18134-1993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。我国铁路函1988-164文，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。下表是