Evd在既有线路基提速改造工程中的应用

王志辉 张 强

随着高速铁路和客运专线的发展,高速铁路路基工程质量控制指标体系也经历了一个逐步发展的过程。几十年来,国内外均沿用的是美国20世纪30年代开始采用的压实度指标,即压实系数K、相对密度Dr或孔隙率n作为路基设计及施工控制的土的压实质量标准。虽然压实度检测有指导现场施工和操作相对简便等优点,但是,对于高速铁路和其他对强度指标要求严格的情况下,仅采用压实度指标来控制土的压实质量是有一定局限性的。因此,在检测压实度的基础上,将强度及变形指标作为判别路基承载力好坏的标准,已经成为了国内外路基施工质量检测的发展方向,其中包括美国的CBR(加州承载比)标准,德国、法国、奥地利等国的静态弹性模量 Evd标准,日本的地基系数 K30等[4]。国内已经形成了以压实度、相对密度、地基系数、孔隙率、Ev2和Evd等为指标的路基质量控制指标体系。本文以既有线路基质量检测为对象,介绍了Evd在既有线路基质量检测中的应用和注意事项,同时探讨了多指标控制路基施工质量的可行性和必要性。

1 动弹性模量的概念及设备原理

动态变形模量Evd是由落锤冲击施加一定大小和作用时间荷载的平板试验测得的土体变形模量。通常荷板的直径为300 mm,锤重为10 kg,最大冲击力为7.0 kN,荷载脉冲宽度18 mm。试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比 μ=0.21的情况下,由弹性各项同性半空间体上圆形局部荷载的公式计算动态变形模量：

其中,r为承载板的半径,为150 mm;σ为路基最大动应力;S为承载板的沉陷值,mm;1.5为承载板形状影响系数。

动态弹性模量测试仪的工作原理是利用落锤自由落体产生冲击力作用于直径300 mm的圆形平板上,通过载荷板将动荷载传递给路基面使得路基产生沉降,并由此计算动态弹性模量Evd[2]。Evd动态平板载荷试验弥补了K30平板载荷试验用静力加载不能真实反映列车高速行驶时动载荷对路基影响的不足。因此,动态弹性模量Evd更适合高速铁路路基施工的检测。从理论上讲,路基沉降量越小,路基 Evd值越大,路基承载力越高;反之路基承载力越低。

2 Evd测试在既有线提速中的应用及其存在的问题

1)试验步骤。

首先将荷载板摆放在已经整平好的测试面(可用少量细中砂找平)上,安装上导向杆并通过调整圆水准管气泡居中以保持其垂直;其次打开沉陷测定仪开关并通过数据线将沉陷测定仪与荷载板连接,将落锤提升至挂钩装置上挂住,然后使落锤脱钩并自由落下,当落锤弹回后用手将其抓住并重新挂回挂钩装置上,按此操作进行三次预冲击;点击沉陷测试仪上的测试按钮后即进入正式测试,正式测试按预冲击方式进行三次重复冲击测试,其数值作为正式测试记录,测试时应防止载荷板跳跃或移动;测试结束后将所得数据通过沉陷测试仪及时记录在已备好的试验记录上,并将实测结果和S—T(沉陷—时间)曲线打印出来。

2)成果分析。

本次检测根据先期的路基状况的调查结果,将整个检测路段划分为24个区段,进行了345点 Evd测试,Evd平均值34.9 MPa,标准差 18.2,变异系数0.516,修正系数0.92,则 Evd的标准值为32.1 MPa,小于 55 MPa。

根据 Evd值的范围对检测段Evd值进行统计,各个区间段 Evd值的分布情况见表1。

表1 Evd值区间统计表

虽然从总体评价来看路基 Evd测试值普遍较低,不能满足提速要求,但这并不能意味着全路段都需要进行路基加固处理,因为其中少数路段的路基状况还是可以满足提速要求的,故在对全路段进行总体评价的基础上,针对不同的土质及 Evd值测试结果的分布特点,我们又将全部测试结果按里程进行了分段评价,全程共分为了24个区段,由于进行分段后的Evd值离散较小,故采用了 Evd平均值作为评价指标,最终得出合格的区段6个,不合格的区段18个。

3)与压实度评价结果的对比。

以宁启线K122+300～K124+250段承载力评价为例,K122+300～K124+250段测试数据见图1。

评价结果：该段 Evd平均值为 57.05 MPa。本段共有 4个测点,所有测点均达到55 MPa的标准,故该段 Evd检测评定为合格。

K120+400～K140+000段为路堤。该段共有95个测点,该段压实系数散点图如图2所示。

评价结果：该段压实系数平均值为86.5%。本段共有95个测点,所有测点均未达到压实标准,故该段压实度评定为不合格。

图1 4个测点与图2的测点取同一路段,其中在K122+300～K124+250路段 Evd评价结果为合格,而路基的压实度不合格,二者存在不一致性,由此可见对于高速铁路路基质量检测各指标的重要性,选用多指标评价高速铁路路基的施工质量和既有路基的工作状态是非常必要的。

3 结语

1)本文对Evd测试成果在运用数理统计总体评价的基础上进行分段评价,这样既突出整体的好坏又可以对部分区段有针对性的进行评价。但是对于整体和分段进行评价的方法的适用性和合理性有待进一步研究。2)Evd测试适用范围广,仪器携带方便,数据采集快捷,操作简单直观,劳动强度低,并能够较真实地反映铁路路基在列车荷载作用下的土体动力特性,尤其适用于既有线提速中路基质量检测。3)在检测中发现,不同填料工程特性和不同的水文地质与工程地质条件,Evd动态平板载荷试验适用性,以及相关技术规范及验收标准还不是很完善,急需解决。

[1] TB 10102-2004,铁路工程土工试验规程[S].

[2] TB 10414-2003,铁路路基工程施工质量验收标准[S].

[3] 李怒放.动态弹性模量 Evd标准的应用与展望[J].铁路标准设计,2003(6)：37-40.

[4] 铁建设[2005]160号,客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准[S].