鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程

1、鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程條文說明本條文說明系對(duì)重點(diǎn)條文的編制依據(jù)、存在的問題以及在執(zhí)行中應(yīng)注意的事項(xiàng)等予以說明。為了減少篇幅，只列條文號(hào)，未抄錄原條文。 21.1.1 本試驗(yàn)的編制主要是參照日本JISA1215-1995年修訂版公路的平板荷載試驗(yàn)方法和德國(guó)DIN18134平板荷載試驗(yàn)-1993年修訂板，并吸收近幾年的科技發(fā)展成果和施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)針對(duì)在實(shí)際應(yīng)用上存在問題予以修正，以便其能適合今后施工的需要。K30-平板荷載試驗(yàn)是使用直徑為30cm的荷載板通過試驗(yàn)求出地基反力系數(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)值K30表示。我國(guó)自1985年引用以地基反力系數(shù)K30值作為路基填料質(zhì)量的檢測(cè)控制指標(biāo)以來，在鐵路系統(tǒng)均以“地基

2、系數(shù)”為基本用語，并已正式列入鐵路路基工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(TB10414-98)和鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(TB10001-99)。因此，為了統(tǒng)一起見，此次編制中仍沿用“地基系數(shù)”作為基本用語。并明確用語定義，即“地基系數(shù)”：系指以某一下沉量除與其相對(duì)應(yīng)的荷載強(qiáng)度所得出的值，以標(biāo)準(zhǔn)值K30作為標(biāo)記。所謂下沉量是指荷載板在路基、基床層面上受荷載引起的中心垂直變形尺寸。其中包含彈性變形和塑性變形兩部分。21.1.2 動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)是通過落錘試驗(yàn)和沉陷測(cè)定來直接獲取土體動(dòng)態(tài)特性的承載力指標(biāo)“動(dòng)態(tài)變形模量”值的，以Evd表示，其計(jì)量單位為MPa。本試驗(yàn)主要是參照德國(guó)1997年頒布的道路施工巖土試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程

3、-采用輕型落錘儀進(jìn)行動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)(TP BFStB Teil B8.3)和德國(guó)1997年的補(bǔ)充修訂版輕型落錘儀在鐵路施工中的使用準(zhǔn)則(DRA2015)，并結(jié)合鐵道部1999年科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（99G13）“秦沈客運(yùn)專線路基關(guān)鍵技術(shù)研究-施工質(zhì)量監(jiān)控測(cè)試儀器的研制”的科技成果而編制的。通過對(duì)秦沈客運(yùn)專線及京滬高速鐵路試驗(yàn)段的細(xì)粒土、粗粒土、碎石土和級(jí)配碎石等四種土共800多組的動(dòng)態(tài)變形模量Evd與地基系數(shù)K30的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果表明，Evd 與K30之間具有良好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在90%以上，利用某種條件下同類性質(zhì)的土的Evd 與K30的相關(guān)關(guān)系，可以由Evd值推算出測(cè)試點(diǎn)的K30

4、值。因此，動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)也可作為一種快速試驗(yàn)方法，間接測(cè)出地基系數(shù)K30值。21.1.3 K30平板載荷試驗(yàn)和Evd動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)儀適用的土體顆粒最大粒徑尺寸是由荷載直徑?jīng)Q定的。本規(guī)程規(guī)定“可用于不大于荷載板直徑14的各類土和土石混合填料”。落錘對(duì)土層的影響深度是儀器的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它是決定被檢測(cè)路基每層填土壓實(shí)檢測(cè)厚度的主要因素。動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀測(cè)試影響深度范圍的確定，是通過在土體中各種深度處埋設(shè)壓力盒的試驗(yàn)方法，根據(jù)能量沿土層深度方向消耗衰減的程度來確定的，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見說明表21.1.3。由表測(cè)試數(shù)據(jù)可以說明，錘擊能量的大部分（約70）消耗在400mm厚的土層內(nèi)。因此，可以得出落錘的

5、影響深度為400500mm的結(jié)論，它與K30平板載荷試驗(yàn)儀以及德國(guó)1997年的補(bǔ)充修訂版輕型落錘儀在鐵路施工中的使用準(zhǔn)則(DRA2015)一致。說明表21.1.3 測(cè)試作用深度影響范圍試驗(yàn)數(shù)據(jù)土壓力盒編號(hào)埋入深度（mm）示波器記錄的幅值（mm）90770230900110015090771502009001200105900130075907740066900150048907760033 K30試驗(yàn)的場(chǎng)地和環(huán)境條件是此次編制中需重點(diǎn)解決的問題。從廣深準(zhǔn)高速鐵路，秦沈客運(yùn)專線施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)K30值的測(cè)試情況，普遍反映存在的問題是：同一測(cè)試地點(diǎn)不同時(shí)間測(cè) 出的K30值離散性很大，重復(fù)性差，缺乏可比性

6、。從而給質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定工作造成很大困難。因此，根據(jù)鐵建技字（99）第12號(hào)K30測(cè)試精度影響因素研究課題報(bào)告中的初步結(jié)論，做以下規(guī)定： 被測(cè)土體表面狀態(tài)是影響K30測(cè)試精度的主要因素之一。為此，本條第1款是依據(jù)德國(guó)DIN18134（1993年）規(guī)定，對(duì)于水分揮發(fā)快的均粒砂，表面結(jié)硬殼，軟化，或其它原因表層擾動(dòng)的土。必須下挖后試驗(yàn)，下挖深度限定在荷載板直徑D的范圍內(nèi)。本條第3款規(guī)定了對(duì)被測(cè)面的要求及為了保證荷載板與測(cè)試面的良好密貼接觸可采用的處理方法。 被測(cè)土體含水率對(duì)測(cè)試結(jié)果也起主要影響作用。根據(jù)室內(nèi)模擬試驗(yàn)，說明K30值與含水率之間存在著類似于壓實(shí)度與含水率之間的關(guān)系。K30最大值時(shí)的含水率要

7、低于壓實(shí)度的最佳含水率，而且隨著含水率的增加K30值將急劇下降。因此，本條第2款規(guī)定平板荷載試驗(yàn)，宜在填料層壓實(shí)后24h內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，主要是為了防止填層碾壓完成后，表層含水率的變化，而影響測(cè)試結(jié)果。對(duì)于級(jí)配礫石（碎石）填料，特別是礫石級(jí)配料施工現(xiàn)場(chǎng)為了易于壓實(shí)，而將其含水率調(diào)高，而且在碾壓過程中，由于表層始終是松散狀態(tài)，因此規(guī)定需待涼干后進(jìn)行測(cè)試。但需要涼干到什么程度才能測(cè)出該層的真實(shí)值，還需要通過測(cè)定其含水率加以確定，還有待研究。根據(jù)國(guó)外資料介紹，土體的含水率對(duì)其強(qiáng)度測(cè)定有極大的影響，因此，測(cè)定時(shí)土體的含水率變化范圍應(yīng)是在其使用期間所能保持的范圍。 此次對(duì)K30平板載荷試驗(yàn)的有效深度未明確規(guī)定

8、，但根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料表明，試驗(yàn)載荷所涉及深度約為荷載板直徑的1.52倍，因此，在實(shí)際試驗(yàn)過程中應(yīng)加以注意。 鑒于目前尚未制定K30平板荷載試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的情況下，為了規(guī)范施工現(xiàn)場(chǎng)使用的平板荷載儀。參照國(guó)外41-T121和1-T121/A平板荷載試驗(yàn)儀，(參見說明圖21.2.1-1、說明圖21.2.1-2所示)結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，提出有關(guān)儀器設(shè)備的要求。其中基本要點(diǎn)是: 為了不影響檢測(cè)精度，本條第2款1）項(xiàng)規(guī)定千斤頂與手動(dòng)油泵應(yīng)為分體式,采用高壓細(xì)管連接，千斤頂頂端應(yīng)設(shè)置球鉸，并配有不同長(zhǎng)度的加長(zhǎng)桿件，以便與各種不同高度的反力裝置相對(duì)應(yīng)。 強(qiáng)調(diào)了對(duì)荷載板下沉量的測(cè)量，應(yīng)使用3只測(cè)表在距荷載板中心點(diǎn)相等

9、距離的三點(diǎn)上測(cè)定荷載板平面法線方向的位移。以便于求出其中心點(diǎn)的沉降值。這是 因?yàn)樵缙谝M(jìn)的日本平板荷載試驗(yàn)裝置上只配置兩只百分表，而實(shí)際上卻忽略了其使用說明,按照條文說明中“4.4（3）：用于測(cè)定下沉量的位移計(jì)，應(yīng)沿荷載板的周邊等分設(shè)置24個(gè)，如果使用2個(gè)位移計(jì)，則應(yīng)以荷載板下沉不出現(xiàn)偏歪為前提”。 本條第2款5）項(xiàng)規(guī)定了可用測(cè)力計(jì)直接測(cè)定加載荷載，早期日本使用的平板荷載試驗(yàn)裝置，是將測(cè)力計(jì)（壓力環(huán)）設(shè)置在千斤頂頂端，位于球鉸座與油缸活塞桿之間。用以直接測(cè)定加載載荷，其目的是可以減少由于測(cè)定油壓受油缸內(nèi)摩擦阻力影響所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。最近國(guó)內(nèi)研制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，亦將測(cè)力計(jì)（壓力傳感器）設(shè)置于荷載

10、板的千斤頂?shù)鬃?，用于直接測(cè)定荷載板承受的荷載。 為了保證測(cè)橋有足夠的剛度，規(guī)定在4m時(shí)，其截面系數(shù)不得小于8cm3。說明圖21.2.1-1 平板荷載儀組成示意 1-荷載板；2-千斤頂；3-加長(zhǎng)桿；4-調(diào)節(jié)絲桿； 5-球鉸座；6-手動(dòng)液壓泵；7-油壓表；8-測(cè)橋； 9-百分?jǐn)?shù)；10-儀表支架；11-測(cè)橋支撐座說明圖21.2.1-2 測(cè)橋布置 對(duì)于試驗(yàn)終止的確定，日本規(guī)定試驗(yàn)下沉量應(yīng)該達(dá)到15mm為止，德國(guó)規(guī)定當(dāng)使用直徑762mm荷載板試驗(yàn)，下沉量應(yīng)達(dá)到13mm或荷載強(qiáng)度達(dá)到0.2MPa為止。我國(guó)亦規(guī)定試驗(yàn)下沉量應(yīng)達(dá)到15mm為止。但實(shí)際上，地基系數(shù)是直接按不同領(lǐng)域規(guī)定的下沉量基準(zhǔn)值（1.25m

11、m）進(jìn)行計(jì)算。而且，正常情況試驗(yàn)的下沉量也不可能出現(xiàn)所規(guī)定的值，因此，此次規(guī)定“試驗(yàn)可以進(jìn)行至下沉量超出其領(lǐng)域內(nèi)規(guī)定的基準(zhǔn)值為止”。這在實(shí)用上不會(huì)有任何問題。為了便于從儀表上讀取讀數(shù)，按照德國(guó)規(guī)定預(yù)加荷載強(qiáng)度為0.01MPa和每級(jí)荷載強(qiáng)度增量為0.04MPa. 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算和記錄，其中表21.2.5中荷載強(qiáng)度與油壓表的關(guān)系應(yīng)根據(jù)本規(guī)程第21.2.2條儀器校驗(yàn)標(biāo)定得出。即 =b+a。地基系數(shù)計(jì)算所使用下沉量基準(zhǔn)值為1.25×10-3 m21.2.6 隨機(jī)誤差的校正，主要是針對(duì)由于土體表面狀態(tài)的影響所出現(xiàn)的偶然誤差進(jìn)行修正。并列舉兩種修正方法，其中作圖法修正，需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能分析

12、判斷，因此，為了便于施工現(xiàn)場(chǎng)使用。最好是通過使用K30 ADJUST修正程序進(jìn)行修正。21.3.3 儀器要求導(dǎo)向桿與荷載板保持垂直，要求測(cè)試面與荷載板底面完全密貼，在實(shí)測(cè)中，可以用少量中細(xì)砂來補(bǔ)平。為了防止荷載板振動(dòng)時(shí)將鋪墊的細(xì)砂噴出，也可以用潮濕的細(xì)砂。本試驗(yàn)中“進(jìn)行三次預(yù)沖擊”是依據(jù)德國(guó)1997年的補(bǔ)充修訂版輕型落錘儀在鐵路施工中的使用準(zhǔn)則（DRA2015）中規(guī)定。試驗(yàn)前首先進(jìn)行三次預(yù)沖擊，目的是消除可能產(chǎn)生的塑性變形的影響，并可使荷載板下產(chǎn)生平整面。21.3.4 根據(jù)某種條件下同類性質(zhì)土的Evd與K30的相關(guān)關(guān)系，可以推算出測(cè)試點(diǎn)相應(yīng)的K30值。相關(guān)關(guān)系見說明表21.3.4。說明表21.3.4 Evd與K30的相關(guān)性參考表土的種類相關(guān)系數(shù)相關(guān)關(guān)系細(xì)粒土0.926K30=3.45 Evd +0.1粗粒土0.913K30=3.33 Evd +6.1碎石土0.915K30=3.10 Evd +14.3級(jí)配碎石0.915K30