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路 基 工 程
20 0 4年 第 2期 ( 总第 1 3 ) 1期
动态 变 形 量 E d 模 v与地 基 系数 3o 的相 关 性 研 究
王从 贵
( 道建 筑 研 究 设 计 院 ) 铁
摘
要 介 绍 了 E d 态 平 板 荷 载 试 验 与 K0 板 荷 载 试 验 的 测 试 原 理 , 结 合 秦 沈 客 运 专 线 动 3平
路 基 的 动 态 变 形模 量 E d 与 地 基 系数 Ko 的 对 比 试 验 结 果 ,对 E d 与 Ko 的 相 关 关 系作 了 值 3 值 值 3值
统计 ;分析 了采 用 E d 态平板荷 载 试验 来检 测路基 施 工质量 的作 用 . 动
关 键 词 Ed 态 平 板 荷 载 试 验 动 态 变 形 模 量 E d 地 基 系数 动 荷 载 强 度
部将研 制 E 动态平 板 荷 载试 验 仪作 为 一 种新 的 路
1 概 述
基 质量 检测设 备 ,即 " 沈客运 专线 路基关 键技术 秦
的研究—— 施 工 质 量监 控 测 试 仪 器 的研 制 " ,列 为 19 99年铁 道 部 科 技 研 究 开 发计 划 项 目.通 过 几 年 的研 究 ,设计 ,制 造 ,改进 ,试验 和在秦 沈客 运专 线 ,新 长线 ,宁启 线 等 路 基 工 程 中的试 用 ,E 动
态平板 荷载 试 验 取 得 了较 大 进 展 . E 动 态 平 板 荷
几十 年来 ,我 国铁路 路基 的设 计 和施 工质 量控 制标 准主 要是采 用压 实 系数 ,相对 密度 及孔 隙 率等 压实度 参数 .虽 然 以这些 指标作 为 路基 填筑 质量 检 测 标 准 ,对 路基 填土具 有 检测方 便 ,结 果直 观等 优
点 ,但 是这些 物 理参数 仅 能间接 反 映填筑 土 层 的力
学 性能 .有 资料显 示 ,在某 些情 况 下 ,即使 路基 填
载试验 与
规 程 》 .
平板 荷 载试 验作 为路 基施 工 质量 检 测
土达 到设计 的压实 度 ,但 其 强度 指标 仍然 较低 ,不
能 满足 路基 的要求 .所 以 ,对 于高速 铁路 或其 它对
方 法 己纳入 新编 的铁 道部 行业标 准 《 铁路 土工试 验
强度 及 变形指标 要求 严格 的路基 ,不 能只用 压 实度
参数 监控 路基 填筑压 实质 量 .为 了保证 路基 填 土 的 强度 及变 形指标 ,二 十世 纪七 ,八 十 年代 以后 ,许 多 国家 开始采用 强度 及变 形指 标作 为 路基填 筑 质量
2 平 板 荷 载 试 验 的 检 测 原 理 平 板 荷 载 试 验 是 刚 性 板 上 施 加 一 定 强 度 的 荷
载 ,检 测在荷 载作 用下 ,地 基强 度及 变形参数 的 一 种 现场 测试方 法 平板 荷载 试验 的检测 结果不 仅与
土 层 的性 质 有 关 ,还 与 荷 载板 的 形 状 ,面 积 , 加 载
控制标 准 ,如地 基 系 数 . 标 ,加 州 承 载 比 C R 指 B
等 .九 十年代 以后 ,有 的 国家 开始 研究 路基 施 工质 量的快 速 ,准确 ,非破 损 检测技 术 和设 备 ,并 纳人 了试验 规范 ,如 E 动态 平板 荷 载试验 等 . E 动 态
平板 荷载 试验 与 3 0 平板 荷 载试 验都 是
方式 有关 . E 动态平板 荷 载试验 与
平板荷 载试
验 的荷载板 的形状 ,面积 相 同 ,都 是 直径 3 m的 0e
圆形 钢板 ,但 它们 的加 载方式 不 同 ,其 检测原 理和
方法 也不 相 同. 21 K . 平 板 荷 载 试 验
在 直径 为 3 m的平 板上 施加 荷 载 ,检 测 反 映路 基 0e
强 度与 变形 参数 的承载 力 指标 的试 验方 法 .国 际上 有 不少 国 家 制定 了 相 应 的 平 板 荷 载 试 验 规 程 和 标
平板 荷 载试 验 是 通 过 静 力 加 载 检测 路 基 土 的强度 与 变形 参 数 ,即地 基 系 数 3值 ( a m) 0 MP/ ; 它是 检测路 基 压实质 量 ,研究 土 的强度 及变形关 系 的一种 现场 原 位 测试 方 法 . 3平 板 荷 载试 验 是 在 0 直径 为 3 m 的圆形荷 载板 上 ,以 00 P 0e ,4M a的增量
逐 级 加 载 ,在 每 级 荷 载 作 用 下 , 下 沉 量 稳 定 后 ,读
准.我 国 在 大 秦 重 载 铁 路 路 基 施 工 中 ,开 始 引人
.
平板荷 载 试验检 测地 基 系数 Ko 作 为路基 施 工 3 值
质量 监控 标准 ,后来 相 继在 广深 准 高速等 线路 的路 基施 工 中应用 .在 秦沈 客运 专线 路基 的设 计 和施工 中 ,首 次提 出了采 用压 实 系数 ( 或孔 隙率 ) 和地 基
系数 加值作 为 双控 指标 来 评 定 路基 施 工 质 量 ,根 据 路基 填筑部 位 ,填料 的不 同 ,其压 实标 准—— 压
取荷 载强度 和 下沉 量值 ;当总下沉 量超 过下 沉量基 准值 ( .5m ,或 荷 载强度 超过 估计 的现 场实 际 12 m)
最 大 接 触 压 力 ,或 达 到 地 基 的 屈 服 点 , 试 验 可 终
实系数 ( 或孔 隙率 ) 和地 基 系 数 3 都 有 相应 的 . 值 要求 .另外 ,结 合秦沈 客运 专线 路基 的特 点 ,铁道
止 .最 后根据 每级 试验 数据绘 出荷载强 度 与下沉 量
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王 从 贵 :动 态 变 形 模 量 E d 地 基 系 数 K 0 相 关 性 研 究 与 3 的
·5 ·
关 系 曲线 ,从 荷载 强度 与下沉 量关 系 曲线 上找 出下
沉 量基 准时 对应 的荷 载 强 度 ,并 按 式 ( )计 算 地 1
基 系 数 Ko . 3 值
l 0 — k3
式计 算
乜 :—— 一 E d ■ () 2
1. 5 × 1 2 0—3
荷 载强度
,, ,
,
式 中 :Ed 动态变形 模 量 ,M / 一 Nm;
15 承载板 形 状影 响 系数 ; .一 d 路 基面 最大 动应 力 ,0 1MP ; 一 . a
式 中 :K 0 3 —— 由直 径 3 m的 荷 载 板 测 得 的 地 基 0c
系数 ,MPl a m;
. 承载 板 的垂直 沉 陷值 ,rn s 一 n; /
r 承 载板半 径 ,10rn 一 5 /. n
荷载 强 度—— 荷 载 强 度 与 下 沉 量 关 系 曲 线
上 ,下沉量为 12 ×1 0n相 对应 的荷 载 强 .5 0 l
度 MP ; a
此 公式 表示 按照 弹性 各 向 同性 半空 间 理论 ,并
假 定 横 向变
形 系数 =02 .1时 ,园形 刚性 板 在竖 向 集 中荷 载作 用下 的地 面沉 陷 .
12 0 m .5x1 —— 下沉 量基 准值 .
通 过 so 板 荷 载试 验 检 测 地 基 系数 . , :平 3 值
是 评价路 基 是否有 足 够的强 度 和抗变 形 能力 的重要
3 Ed 态 平板 荷载 试 验 与 K 动 平 板 荷 载 试 验 数 据
分 析
手段 ,也 是 确定路 基 容许 承载力 的现 行测 试方 法 .
2 2 Ed . 动态平 板荷 载试验
Ed 动态平 板荷 载试 验与 3 o 平板 荷 载试验 同属
E 动态平 板 荷 载试 验 是 近 年 出现 的检 测 反 映
路基 动荷 载特 性 承载 力 指 标—— 动 态变 形 模 量 E d 值 M /2 N m 的一 种 新 的 检 测方 法 ,它 是 通 过 动 力 加 载检测 路基 的动态变 形模 量值来 监控 和评 价路 基 填
于检 测路 基 的强度 与变形 关 系 的平 板 荷载试 验 ,但
它们 的检测 设备 ,检测方 法 和原理 都不 相 同 ,对两 种平板 荷 载试验 数据 之间 的相 关关 系 ,只能通 过 大 量的 同类 土 的对 比试验 来确 定 . E d 态平板 荷载试 验 与 K 0 动 3 平板 荷 载试验 进行
筑质量 .该试 验 是采 用 动态 变形 模 量 测试 仪 ( Ed 动态平 板荷 载试验 仪 )来测 定路 基在 动荷 载作 用 下
所产 生 的 力 和 变 形 的 关 系 ,即 动 态 变 形 模 量 d MN m 值 ,是 一 种 新 型 路 基 施 工 质 量 监 控 测 试 方 /2 法 .动 态变形 模量 测试 仪包 括 :落锤仪 和沉陷 测定
对 比试验 的 目的 ,是 为 了得 出 动 态变 形 模 量 E d 值 与 地基 系数 ∞ 的相关 关 系 ,并 以此 分析 路 基 土 值
的承载力 和路 基 的 填筑 质 量 .另 外 ,虽 然 E d 动态
平板荷 载试 验 已纳入 新编 的铁 道部 行业 标准 《 路 铁 土工试 验 规 程 》 ,但 采 用 动 态 变 形 模 量 E d 标 来 指 评 价路 基压 实质 量 的 有关 技 术 标 准 目前 正 在 研究 ,
在还 没有 相应 的评定 标 准 的 情 况 下 ,通 过 E d 态 动 平 板荷 载试 验作 为快速 荷 载试验 方 法 ,间接 检测地
仪 两部分 .其 检测 原理 是采 用落 锤 自由落 下 冲击路 基面 和测 试沉 陷值 ,模拟 列 车高 速运行 时对 路 基面 产生 的 冲击效 应 ,进 行 动力 加载 ,检测 路基 在 动荷 载作 用下 的动 应力 和动应 变参 数 ,并 以此计 算 反映 路 基 动 力 特 性 承 载 力 指 标—— 动 态 变 形 模 量 Ed 值 . Ed 动态平 板荷 载试 验弥 补 了 K 0 板荷 载试 验 3 平 仪用静 力 加载 ,不 能真实 反 映列车 高速 运行 时 动荷 载对路 基 的作用 状况 的不 足 ,更 适合 高速 铁路 路基
施 工质 量 的监控 .
基 系数
值 ,可 以提 高试 验 效 率 ,增 加 检 测 点 的
数 量 ,使试 验数 据更全 面 ,更具
有 代表 性 .
20 年 ,2 0 在秦 沈 客 运专 线 路基 工 程 中 , 01 0 2年
做 了细 粒土 ,粗 粒土 ,碎石 土 ,级 配碎 石 四类 土共
80组 Ed 与 3 的对 比试 验 . 由于秦沈 客 运专 0 值 0 值
线路 基 的 地 基 系 数 Ko 值 要 求 范 围 在 9 3. 0～ 10 9 MP/ ( 基基 床 以下 ,填料 为细 粒 土 ,要 求 大于 am 路 9 a m,基 床表 层要求 大 于 10MP/ ,所 以 , 0MP/ 9 a m) 两种 平板 荷载对 比试验 主要是 在 地 基 系数
～
落锤 自由下 落 冲击 路 基面 的最 大动应 力要 符合 列 车高 速 运行时 对路 基 面所产 生 的实际 动应 力 .在 落锤 质 量和 阻尼 系统 的刚度 一定 时 ,落锤 自由下落 冲击 路基 面 的动 应力 的大 小是 由落 高决定 .仪 器 出 厂时 ,落锤 的落 高是经 室 内标定 的 ,试验 时不 能 随
为 6 o
20 P/ 4 M a m范 围进行 .为 了保 证 试验 数据 的准 确 ,
意调 整 .根据 《 沪 高速 铁 路 设 计 暂 行 规 定》 京 ,作
用在路 基 面上 动 应 力设 计 值 为 0 1MP ,该值 也 被 . a
客观 ,在 进 行 3平 板 荷 载 试 验 时 ,要 按 试 验 要 0 求 ,在施 加 一级荷 载后要 等 下沉 量达 到稳 定 ,才能
认 为是 列车 高速运 行时 对路 基面 所产 生 的实际 最大
动应 力 .
施 加 下 一 级 荷 载 ;否 则 ,试 验 结 果 大 于 实 际 值.
值是 取
平 均值 .
平板 荷载 试验 点 周 围 的 多点 Ea 的 v值
根据平 板 压 力 公 式 ,动 态 变 形 模 量 ,按 ( ) 2
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·
6·
路 基 工 程
20 0 4年 第 2期 ( 第 13期 ) 总 】
3 1 相关 性 分析 .
所 测 的 四类 土 的试验 数 据 ,根据 相关 系数 公式
+0. 1
() 5
( ) 粗 粒 土 : 拟合 直 线 方 程 为 :K o .3 2 3=33 Ed
+ 6. 9 O
计 算 ,可 以定量 地 分析两 个 值 的相关 程度 .
() 6
相关 系数 尺=_=兰
~| ) sY / ( ×| v s ()
式中:
s ) ( 一 ) = :∑ 2 一 |y = ( ) sv () y一 :∑ 2 y一 ; ;
() 3
( )碎石土 :拟 合 直 线 方 程 为 :K0 .0 3 3 =3 1 E d
+l 3 4.
() 7
( )级 配碎 石 :拟 合直 线方 程 为 : 4
3.9 E +l . 4 44
=
() 8
以上 四类 土 的 E d 与 3拟 合 直线 方 程 ,是 根 o
据 秦沈 客运专 线路 基 的动 态 变 形模 量 E d 与地 基 , 值
系数 K 0值 对 比试 验 数 据 统 计 得 出 的 ,这 四种 相 3
.
s y= ( - × ( 一 ) : 一(x2 () ∑ 一 4 ) y 了 ∑ E ~ E)
相关 系数 l l 近 l时 ,说 明 , '之 间 有 接 , 明显 的相 关 关 系 ; f f . 月 ≤0 3时 ,相 关 系数 就 很
弱 .当 J J=1时 ,则表 示 数 据 的点 在 一 条直 线 月
上 , ,Y完 全成 线 性 关 系 .根 据 试 验数 据 和 以上
关关 系方 程 在实际 检测 时 可作 参考 使用 ,还 可以为
正在研 究 的 " 动态 变 形模 量
E 用 评价 路 基 压实 质
量"项 目提供重 要 的现场 对 比试 验依据 . 由 以上 几种 相关关 系 方程 ,可 以计算 出 :秦沈
公式 ,可 以 计 算 出秦 沈 线 细 粒 土 ,粗 粒 土 ,碎 石
土 ,级 配碎 石 四类 土 的 动态 变 形 模 量 d Ko 与 3之 间的 相关 系数 . ( )细 粒土 :相关 系 数 R=0 96 1 .2 ( )粗粒 土 :相关 系 数 R:09 3 2 .1 ( )碎石 土 :相关 系数 R=09 5 3 .1 ( )级 配碎石 :相 关 系数 R:0 95 4 .1 3 2 一元 线性 回归—— 直线 拟合 .
一
客 运 专线路 基从路 基基 床 以下到 基床表 层 ,地 基系
数 = 要 求 范 围 在 9 l 0 值 0～10 MP/ 9 a m;所 对 应 的动 态 变形模 量 E d 要求 范 围应在 2 ～5 N m . 由 值 6 1M / 于路 基 土的复 杂性 和多样 性 ,秦沈 客运专 线路 基检 测试 验 中得 出 的 E 值 与 K o 的相 关 关 系 ,不 一 3值
定完 全符合 其 它线路 路基 或土 类 的检测结 果 ,建议
在路 基施工 质量 检测 时 ,在条件 许 可的情况 下 ,应 该 通 过实 测 对 比试 验 ,来 确 定 E d 与 3 的相 值 0 值
关关 系.
元 线性 回归 是处 理 两个变 量 之间 的关 系 ,根
据 以上计算 的 动 态 变形 模 量 E d 与地 基 系数 3 值 0 值之 间 的 相关 系数 ,可 以得 出 d 与 . 间 存 在 之
一
4 结 论
定 的线性 关 系 ,所 以可根 据一 元线性 回归 即最小
在 检测路 基土 压实 系数 的基 础上 ,通过平板 荷
二乘 法拟合 .
设 动态 变形 模 量 E 与地 基 系 数 3之 间 的 函 o 数 关 系式 为
K3 = b o o+b × E d l ( 4)
载试 验检 测路 基 的承载力 指标 ,是 比较 全面评价 和
监控 路 基填 筑 质量 的 重要 手段 .由 于 3 板荷 载 0 平 试验 是静 力 ,逐级 加载 ,检测 时 间较长 ,试验 点过 多影 响施工 进 度 ;E d 动态 平 板 荷 载试 验 是 采 用 动
式 中 :b ,b 为待 确定 的 参数 . . .
根据 最 小二乘 法 :
( Ed × ( ∑ ) ∑K o) 3
× 一 三 L — ～
力加 载 ,检 测速 度快 ( 点 只 需 约 三 分钟 ) 一 ,检 测
结 果 更符 合路基 的 实际受 力情 况 ;所 以在需要较 全
面检 测 地 基 系数 3指 标 或 3 板 荷 载试 验 难 以 . 0 平
施 加 反力 的路 桥 ,路涵 过 渡段 ,通过 Ed 动态 平 板 荷载 试验 ,并 利用 E d 态 平 板 荷 载试 验 与 3平 动 o 板荷 载 试 验 数 据 的 相关 关 系 , 可 推算 出地 基 系 数
3 o
bl =
值. 由于 E d 态 平板 荷载 试 验 的快 速 , 动 准确 , 破 非
∑ 3 o
b 一 0=
∑ Ed i
× b l
一 一
损 及设备 便携 等 特 点 , 既 有线 提 速 线 路 的路 基 改 在
建工程 检测 中 也 非常 适 用 .另 外 , 为 一种 新 的 检 作 测 方法 , 动态 平板 荷 载 填 土 承 载力 检 测 工法 已被 评 为
20 0 2年铁 路 部 级 工 法 ;动态 变形 模 量 检 测 方 法
求 出细粒 土 ,粗粒 土 ,碎石 土 和级 配碎石 四类 土,
～
d 与 3 0 之间 的一 元线性 回归方 程 ,如式 ( ) 5
式 ( ) 8.
( )细 粒土 :拟 合 直 线 方 程 为 : Ko .5 1 3 :3 4 E d
已纳入铁 道 部行业 标 准 《 铁路 工程 土工 试验规 程》 ;
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郭 鹕 ,等 :青 藏 铁 路 高 原 冻 土 区低 温 耐 久混 凝 土 施 工 技 术 综 述
青 藏 铁 路 高 原 冻 土 区低 温 耐久 混 凝 土施 工 技 术 综 述
郭 鹏 张 力
( 铁西北科学研究院) 中
摘
要
低 温耐 久混凝 土是我 国 自行研 究开发 并成 功应 用 于青藏铁 路 工程 建设 中的一项 新技
术.介 绍该 项施 工技 术在 高原 冻 土 区的具 体施 工 方 法及 注 意事 项 ,为 今后 在 实 际施 工 中的应 用 . 积 累了有益 的经验 .
关 键 词 低 温 耐 久 混 凝 土 高 原 冻 土 区 施 工
后 ,低温耐 久 混凝 土被 推广 应用 到 了实际 施工 中.
1 前 言
青 藏铁 路工 程建设 处 在世 界 上海拔 最 高 ,气侯 条 件恶 劣且 有世界 屋 脊之称 的 青藏 高原 ,东 起 青海 重镇 格尔 木 ,西 止 西 藏 首 府 拉 萨 ,全 长 l18k 1 m,
其 中多年 冻 土 地段 5 0k 5 m.不 同 于 内 陆 地 区 工 程
3 施 工 要 点
3 1 材 料 的 选 用 .
低温 耐久 混凝 土 材料 的选 用是 保证 高原 冻土 区 施 工质量 的基 础 ,在 施工 中容 易 引起问题 的主要是 水 泥 ,粗 集料 ,细 集料 和J ~ 剂 ,对 其 质量应 严格 'H I - 控制. ( )水 泥应选 用 普通 硅 酸盐 系列产 品 ,其性 能 1 应 符合 G 15 19 B 7 - 9 9的规定 .选 用 的普通 硅 酸盐 水
施工 的是 ,高原冻 土 区及 其 相应 恶劣气 侯 环境 对 铁 路 工程 建设 带来 了极 大 的危 害 ,处 于高 原 冻土 区的 桥涵 ,隧道 等重 要结 构 中的 混凝 土施工 成 为 了一项 复杂 的 技 术 难 题 ,按 照 国 家 ,铁 道 部 提 出 的 高 起 点 ,高标准 ,高 质量 建设青 藏铁 路 的要 求 ,由铁 道 部组 织 进行 了低 温耐 久混 凝土 的应 用试 验研 究 ,并 取得 成功 通 过成果 鉴定 ,现 已在 青藏 铁路 高 原冻 土
区沿 线各 施 工单位 中推 广应 用 .通过 施 工技 术 的有 效质 量控 制措 施 ,在高原 冻 土 区应用 低温 耐久 混 凝
泥 应对其 各项 性 能指标 进 行严 格检 验 ,以确保 其性 能 满足 质量 要求 .但 要注 意 的是 ,不得 使用 高铝 水
泥或 复合 硅 酸盐水 泥 . ( )粗 集料 ,应 选 用坚 固性 优 良 ,非碱 活 性并 2
具连 续级 配 的碎石 ,卵石或 两 者 的混合 物 ,并 根据
混凝 土的 设计 强度 等级 ,对 粗集 料 的含 泥量 ,针 片
土技 术 明显地 提高 了施 工质
量 ,产生 了 良好 的经 济 效益 ,为 确保青 藏铁 路工 程建 设计 划 工期 的完 成 奠 定 了坚实 的基础 .
2 低 温耐 久混凝 土设 计要 求
状颗粒 含量 ,压碎指 标值 等 性 能进行 严格 检验 .粗
集料最 大颗 粒不 得 大 于结 构 物 截 面 尺寸 的 14 / ,也
不得大 于钢 筋最 小净 距 的 34 / ,且 大 于 4 n 的颗 Ot i o
粒 含量不 超过 5%.
由 于青 藏铁 路 高 原 冻 土 区 的 自然 环 境 异 常 恶
劣 ,因此 要求 混凝 土 必须 具 备 低 温 下 的 耐久 性 能 .
() 细集 料 ,宜 选 用 坚 固性 优 良,非碱 活性 , 3 级 配 良好 的 中粗河 砂 , 中 C 0级 以下 及 C 0～C 0 其 3 3 4
混凝 土设 计要 满足 抗冻 融破 坏 ,抗碱 一 骨料 反 应破
级 混凝土 中含 泥 量控 制 在 ≤3 %, 5 C 0一C 0级 混 凝 6 土中含泥 量 应控制 在 2 %以 内 .不宜选 用机 制砂 .
( )外 加剂 ,应 选 用具 早强 ,减 水 ,引 气 ,能 4
坏 ,耐硫 酸盐 和镁 盐破 坏 ,抗氯 离子 侵 蚀及抗 风蚀
破坏 等具 体技术 指标 ,在 以上指标 经试 验 研 究达 到
了在青 藏 铁 路 高原 冻 土 区 进 行 混 凝 土 施 工 的要 求
.
细化 孑 结 构等功 能 的 复合 型产 品 ,其 技 术性 能应 满 L
· … · … ' … ' … ' … ● ● ● ● ●
●… · ".●… ● .
. … · … ● ●
●…
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目前 ,有关 单位 正在 研 究 动 态 变形 模量 E d 为标 作 准评 价 路基 压实 质量 的有 关 技术 标 准 . 采 用 E , 动 态平 板荷 载试验 检测 路基 的 填筑质 量 ,可 以使 庞 大
复杂 的静 载试 验 大 幅 度 简 化 ,试 验 效 率 大大 提 高 ;
该 新 方法 ,新设 备 和新标 准 的 应用 ,将使 我 国铁路
路基检 测技 术与 国 际先进 技 术相 一致 .
收 稿 日期 :20 一l —l 03 l 7
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路 基 工 程
20 0 4年 第 2期 ( 总第 1 3 ) 1期
动态 变 形 量 E d 模 v与地 基 系数 3o 的相 关 性 研 究
王从 贵
( 道建 筑 研 究 设 计 院 ) 铁
摘
要 介 绍 了 E d 态 平 板 荷 载 试 验 与 K0 板 荷 载 试 验 的 测 试 原 理 , 结 合 秦 沈 客 运 专 线 动 3平
路 基 的 动 态 变 形模 量 E d 与 地 基 系数 Ko 的 对 比 试 验 结 果 ,对 E d 与 Ko 的 相 关 关 系作 了 值 3 值 值 3值
统计 ;分析 了采 用 E d 态平板荷 载 试验 来检 测路基 施 工质量 的作 用 . 动
关 键 词 Ed 态 平 板 荷 载 试 验 动 态 变 形 模 量 E d 地 基 系数 动 荷 载 强 度
部将研 制 E 动态平 板 荷 载试 验 仪作 为 一 种新 的 路
1 概 述
基 质量 检测设 备 ,即 " 沈客运 专线 路基关 键技术 秦
的研究—— 施 工 质 量监 控 测 试 仪 器 的研 制 " ,列 为 19 99年铁 道 部 科 技 研 究 开 发计 划 项 目.通 过 几 年 的研 究 ,设计 ,制 造 ,改进 ,试验 和在秦 沈客 运专 线 ,新 长线 ,宁启 线 等 路 基 工 程 中的试 用 ,E 动
态平板 荷载 试 验 取 得 了较 大 进 展 . E 动 态 平 板 荷
几十 年来 ,我 国铁路 路基 的设 计 和施 工质 量控 制标 准主 要是采 用压 实 系数 ,相对 密度 及孔 隙 率等 压实度 参数 .虽 然 以这些 指标作 为 路基 填筑 质量 检 测 标 准 ,对 路基 填土具 有 检测方 便 ,结 果直 观等 优
点 ,但 是这些 物 理参数 仅 能间接 反 映填筑 土 层 的力
学 性能 .有 资料显 示 ,在某 些情 况 下 ,即使 路基 填
载试验 与
规 程 》 .
平板 荷 载试 验作 为路 基施 工 质量 检 测
土达 到设计 的压实 度 ,但 其 强度 指标 仍然 较低 ,不
能 满足 路基 的要求 .所 以 ,对 于高速 铁路 或其 它对
方 法 己纳入 新编 的铁 道部 行业标 准 《 铁路 土工试 验
强度 及 变形指标 要求 严格 的路基 ,不 能只用 压 实度
参数 监控 路基 填筑压 实质 量 .为 了保证 路基 填 土 的 强度 及变 形指标 ,二 十世 纪七 ,八 十 年代 以后 ,许 多 国家 开始采用 强度 及变 形指 标作 为 路基填 筑 质量
2 平 板 荷 载 试 验 的 检 测 原 理 平 板 荷 载 试 验 是 刚 性 板 上 施 加 一 定 强 度 的 荷
载 ,检 测在荷 载作 用下 ,地 基强 度及 变形参数 的 一 种 现场 测试方 法 平板 荷载 试验 的检测 结果不 仅与
土 层 的性 质 有 关 ,还 与 荷 载板 的 形 状 ,面 积 , 加 载
控制标 准 ,如地 基 系 数 . 标 ,加 州 承 载 比 C R 指 B
等 .九 十年代 以后 ,有 的 国家 开始 研究 路基 施 工质 量的快 速 ,准确 ,非破 损 检测技 术 和设 备 ,并 纳人 了试验 规范 ,如 E 动态 平板 荷 载试验 等 . E 动 态
平板 荷载 试验 与 3 0 平板 荷 载试 验都 是
方式 有关 . E 动态平板 荷 载试验 与
平板荷 载试
验 的荷载板 的形状 ,面积 相 同 ,都 是 直径 3 m的 0e
圆形 钢板 ,但 它们 的加 载方式 不 同 ,其 检测原 理和
方法 也不 相 同. 21 K . 平 板 荷 载 试 验
在 直径 为 3 m的平 板上 施加 荷 载 ,检 测 反 映路 基 0e
强 度与 变形 参数 的承载 力 指标 的试 验方 法 .国 际上 有 不少 国 家 制定 了 相 应 的 平 板 荷 载 试 验 规 程 和 标
平板 荷 载试 验 是 通 过 静 力 加 载 检测 路 基 土 的强度 与 变形 参 数 ,即地 基 系 数 3值 ( a m) 0 MP/ ; 它是 检测路 基 压实质 量 ,研究 土 的强度 及变形关 系 的一种 现场 原 位 测试 方 法 . 3平 板 荷 载试 验 是 在 0 直径 为 3 m 的圆形荷 载板 上 ,以 00 P 0e ,4M a的增量
逐 级 加 载 ,在 每 级 荷 载 作 用 下 , 下 沉 量 稳 定 后 ,读
准.我 国 在 大 秦 重 载 铁 路 路 基 施 工 中 ,开 始 引人
.
平板荷 载 试验检 测地 基 系数 Ko 作 为路基 施 工 3 值
质量 监控 标准 ,后来 相 继在 广深 准 高速等 线路 的路 基施 工 中应用 .在 秦沈 客运 专线 路基 的设 计 和施工 中 ,首 次提 出了采 用压 实 系数 ( 或孔 隙率 ) 和地 基
系数 加值作 为 双控 指标 来 评 定 路基 施 工 质 量 ,根 据 路基 填筑部 位 ,填料 的不 同 ,其压 实标 准—— 压
取荷 载强度 和 下沉 量值 ;当总下沉 量超 过下 沉量基 准值 ( .5m ,或 荷 载强度 超过 估计 的现 场实 际 12 m)
最 大 接 触 压 力 ,或 达 到 地 基 的 屈 服 点 , 试 验 可 终
实系数 ( 或孔 隙率 ) 和地 基 系 数 3 都 有 相应 的 . 值 要求 .另外 ,结 合秦沈 客运 专线 路基 的特 点 ,铁道
止 .最 后根据 每级 试验 数据绘 出荷载强 度 与下沉 量
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王 从 贵 :动 态 变 形 模 量 E d 地 基 系 数 K 0 相 关 性 研 究 与 3 的
·5 ·
关 系 曲线 ,从 荷载 强度 与下沉 量关 系 曲线 上找 出下
沉 量基 准时 对应 的荷 载 强 度 ,并 按 式 ( )计 算 地 1
基 系 数 Ko . 3 值
l 0 — k3
式计 算
乜 :—— 一 E d ■ () 2
1. 5 × 1 2 0—3
荷 载强度
,, ,
,
式 中 :Ed 动态变形 模 量 ,M / 一 Nm;
15 承载板 形 状影 响 系数 ; .一 d 路 基面 最大 动应 力 ,0 1MP ; 一 . a
式 中 :K 0 3 —— 由直 径 3 m的 荷 载 板 测 得 的 地 基 0c
系数 ,MPl a m;
. 承载 板 的垂直 沉 陷值 ,rn s 一 n; /
r 承 载板半 径 ,10rn 一 5 /. n
荷载 强 度—— 荷 载 强 度 与 下 沉 量 关 系 曲 线
上 ,下沉量为 12 ×1 0n相 对应 的荷 载 强 .5 0 l
度 MP ; a
此 公式 表示 按照 弹性 各 向 同性 半空 间 理论 ,并
假 定 横 向变
形 系数 =02 .1时 ,园形 刚性 板 在竖 向 集 中荷 载作 用下 的地 面沉 陷 .
12 0 m .5x1 —— 下沉 量基 准值 .
通 过 so 板 荷 载试 验 检 测 地 基 系数 . , :平 3 值
是 评价路 基 是否有 足 够的强 度 和抗变 形 能力 的重要
3 Ed 态 平板 荷载 试 验 与 K 动 平 板 荷 载 试 验 数 据
分 析
手段 ,也 是 确定路 基 容许 承载力 的现 行测 试方 法 .
2 2 Ed . 动态平 板荷 载试验
Ed 动态平 板荷 载试 验与 3 o 平板 荷 载试验 同属
E 动态平 板 荷 载试 验 是 近 年 出现 的检 测 反 映
路基 动荷 载特 性 承载 力 指 标—— 动 态变 形 模 量 E d 值 M /2 N m 的一 种 新 的 检 测方 法 ,它 是 通 过 动 力 加 载检测 路基 的动态变 形模 量值来 监控 和评 价路 基 填
于检 测路 基 的强度 与变形 关 系 的平 板 荷载试 验 ,但
它们 的检测 设备 ,检测方 法 和原理 都不 相 同 ,对两 种平板 荷 载试验 数据 之间 的相 关关 系 ,只能通 过 大 量的 同类 土 的对 比试验 来确 定 . E d 态平板 荷载试 验 与 K 0 动 3 平板 荷 载试验 进行
筑质量 .该试 验 是采 用 动态 变形 模 量 测试 仪 ( Ed 动态平 板荷 载试验 仪 )来测 定路 基在 动荷 载作 用 下
所产 生 的 力 和 变 形 的 关 系 ,即 动 态 变 形 模 量 d MN m 值 ,是 一 种 新 型 路 基 施 工 质 量 监 控 测 试 方 /2 法 .动 态变形 模量 测试 仪包 括 :落锤仪 和沉陷 测定
对 比试验 的 目的 ,是 为 了得 出 动 态变 形 模 量 E d 值 与 地基 系数 ∞ 的相关 关 系 ,并 以此 分析 路 基 土 值
的承载力 和路 基 的 填筑 质 量 .另 外 ,虽 然 E d 动态
平板荷 载试 验 已纳入 新编 的铁 道部 行业 标准 《 路 铁 土工试 验 规 程 》 ,但 采 用 动 态 变 形 模 量 E d 标 来 指 评 价路 基压 实质 量 的 有关 技 术 标 准 目前 正 在 研究 ,
在还 没有 相应 的评定 标 准 的 情 况 下 ,通 过 E d 态 动 平 板荷 载试 验作 为快速 荷 载试验 方 法 ,间接 检测地
仪 两部分 .其 检测 原理 是采 用落 锤 自由落 下 冲击路 基面 和测 试沉 陷值 ,模拟 列 车高 速运行 时对 路 基面 产生 的 冲击效 应 ,进 行 动力 加载 ,检测 路基 在 动荷 载作 用下 的动 应力 和动应 变参 数 ,并 以此计 算 反映 路 基 动 力 特 性 承 载 力 指 标—— 动 态 变 形 模 量 Ed 值 . Ed 动态平 板荷 载试 验弥 补 了 K 0 板荷 载试 验 3 平 仪用静 力 加载 ,不 能真实 反 映列车 高速 运行 时 动荷 载对路 基 的作用 状况 的不 足 ,更 适合 高速 铁路 路基
施 工质 量 的监控 .
基 系数
值 ,可 以提 高试 验 效 率 ,增 加 检 测 点 的
数 量 ,使试 验数 据更全 面 ,更具
有 代表 性 .
20 年 ,2 0 在秦 沈 客 运专 线 路基 工 程 中 , 01 0 2年
做 了细 粒土 ,粗 粒土 ,碎石 土 ,级 配碎 石 四类 土共
80组 Ed 与 3 的对 比试 验 . 由于秦沈 客 运专 0 值 0 值
线路 基 的 地 基 系 数 Ko 值 要 求 范 围 在 9 3. 0～ 10 9 MP/ ( 基基 床 以下 ,填料 为细 粒 土 ,要 求 大于 am 路 9 a m,基 床表 层要求 大 于 10MP/ ,所 以 , 0MP/ 9 a m) 两种 平板 荷载对 比试验 主要是 在 地 基 系数
～
落锤 自由下 落 冲击 路 基面 的最 大动应 力要 符合 列 车高 速 运行时 对路 基 面所产 生 的实际 动应 力 .在 落锤 质 量和 阻尼 系统 的刚度 一定 时 ,落锤 自由下落 冲击 路基 面 的动 应力 的大 小是 由落 高决定 .仪 器 出 厂时 ,落锤 的落 高是经 室 内标定 的 ,试验 时不 能 随
为 6 o
20 P/ 4 M a m范 围进行 .为 了保 证 试验 数据 的准 确 ,
意调 整 .根据 《 沪 高速 铁 路 设 计 暂 行 规 定》 京 ,作
用在路 基 面上 动 应 力设 计 值 为 0 1MP ,该值 也 被 . a
客观 ,在 进 行 3平 板 荷 载 试 验 时 ,要 按 试 验 要 0 求 ,在施 加 一级荷 载后要 等 下沉 量达 到稳 定 ,才能
认 为是 列车 高速运 行时 对路 基面 所产 生 的实际 最大
动应 力 .
施 加 下 一 级 荷 载 ;否 则 ,试 验 结 果 大 于 实 际 值.
值是 取
平 均值 .
平板 荷载 试验 点 周 围 的 多点 Ea 的 v值
根据平 板 压 力 公 式 ,动 态 变 形 模 量 ,按 ( ) 2
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·
6·
路 基 工 程
20 0 4年 第 2期 ( 第 13期 ) 总 】
3 1 相关 性 分析 .
所 测 的 四类 土 的试验 数 据 ,根据 相关 系数 公式
+0. 1
() 5
( ) 粗 粒 土 : 拟合 直 线 方 程 为 :K o .3 2 3=33 Ed
+ 6. 9 O
计 算 ,可 以定量 地 分析两 个 值 的相关 程度 .
() 6
相关 系数 尺=_=兰
~| ) sY / ( ×| v s ()
式中:
s ) ( 一 ) = :∑ 2 一 |y = ( ) sv () y一 :∑ 2 y一 ; ;
() 3
( )碎石土 :拟 合 直 线 方 程 为 :K0 .0 3 3 =3 1 E d
+l 3 4.
() 7
( )级 配碎 石 :拟 合直 线方 程 为 : 4
3.9 E +l . 4 44
=
() 8
以上 四类 土 的 E d 与 3拟 合 直线 方 程 ,是 根 o
据 秦沈 客运专 线路 基 的动 态 变 形模 量 E d 与地 基 , 值
系数 K 0值 对 比试 验 数 据 统 计 得 出 的 ,这 四种 相 3
.
s y= ( - × ( 一 ) : 一(x2 () ∑ 一 4 ) y 了 ∑ E ~ E)
相关 系数 l l 近 l时 ,说 明 , '之 间 有 接 , 明显 的相 关 关 系 ; f f . 月 ≤0 3时 ,相 关 系数 就 很
弱 .当 J J=1时 ,则表 示 数 据 的点 在 一 条直 线 月
上 , ,Y完 全成 线 性 关 系 .根 据 试 验数 据 和 以上
关关 系方 程 在实际 检测 时 可作 参考 使用 ,还 可以为
正在研 究 的 " 动态 变 形模 量
E 用 评价 路 基 压实 质
量"项 目提供重 要 的现场 对 比试 验依据 . 由 以上 几种 相关关 系 方程 ,可 以计算 出 :秦沈
公式 ,可 以 计 算 出秦 沈 线 细 粒 土 ,粗 粒 土 ,碎 石
土 ,级 配碎 石 四类 土 的 动态 变 形 模 量 d Ko 与 3之 间的 相关 系数 . ( )细 粒土 :相关 系 数 R=0 96 1 .2 ( )粗粒 土 :相关 系 数 R:09 3 2 .1 ( )碎石 土 :相关 系数 R=09 5 3 .1 ( )级 配碎石 :相 关 系数 R:0 95 4 .1 3 2 一元 线性 回归—— 直线 拟合 .
一
客 运 专线路 基从路 基基 床 以下到 基床表 层 ,地 基系
数 = 要 求 范 围 在 9 l 0 值 0～10 MP/ 9 a m;所 对 应 的动 态 变形模 量 E d 要求 范 围应在 2 ～5 N m . 由 值 6 1M / 于路 基 土的复 杂性 和多样 性 ,秦沈 客运专 线路 基检 测试 验 中得 出 的 E 值 与 K o 的相 关 关 系 ,不 一 3值
定完 全符合 其 它线路 路基 或土 类 的检测结 果 ,建议
在路 基施工 质量 检测 时 ,在条件 许 可的情况 下 ,应 该 通 过实 测 对 比试 验 ,来 确 定 E d 与 3 的相 值 0 值
关关 系.
元 线性 回归 是处 理 两个变 量 之间 的关 系 ,根
据 以上计算 的 动 态 变形 模 量 E d 与地 基 系数 3 值 0 值之 间 的 相关 系数 ,可 以得 出 d 与 . 间 存 在 之
一
4 结 论
定 的线性 关 系 ,所 以可根 据一 元线性 回归 即最小
在 检测路 基土 压实 系数 的基 础上 ,通过平板 荷
二乘 法拟合 .
设 动态 变形 模 量 E 与地 基 系 数 3之 间 的 函 o 数 关 系式 为
K3 = b o o+b × E d l ( 4)
载试 验检 测路 基 的承载力 指标 ,是 比较 全面评价 和
监控 路 基填 筑 质量 的 重要 手段 .由 于 3 板荷 载 0 平 试验 是静 力 ,逐级 加载 ,检测 时 间较长 ,试验 点过 多影 响施工 进 度 ;E d 动态 平 板 荷 载试 验 是 采 用 动
式 中 :b ,b 为待 确定 的 参数 . . .
根据 最 小二乘 法 :
( Ed × ( ∑ ) ∑K o) 3
× 一 三 L — ～
力加 载 ,检 测速 度快 ( 点 只 需 约 三 分钟 ) 一 ,检 测
结 果 更符 合路基 的 实际受 力情 况 ;所 以在需要较 全
面检 测 地 基 系数 3指 标 或 3 板 荷 载试 验 难 以 . 0 平
施 加 反力 的路 桥 ,路涵 过 渡段 ,通过 Ed 动态 平 板 荷载 试验 ,并 利用 E d 态 平 板 荷 载试 验 与 3平 动 o 板荷 载 试 验 数 据 的 相关 关 系 , 可 推算 出地 基 系 数
3 o
bl =
值. 由于 E d 态 平板 荷载 试 验 的快 速 , 动 准确 , 破 非
∑ 3 o
b 一 0=
∑ Ed i
× b l
一 一
损 及设备 便携 等 特 点 , 既 有线 提 速 线 路 的路 基 改 在
建工程 检测 中 也 非常 适 用 .另 外 , 为 一种 新 的 检 作 测 方法 , 动态 平板 荷 载 填 土 承 载力 检 测 工法 已被 评 为
20 0 2年铁 路 部 级 工 法 ;动态 变形 模 量 检 测 方 法
求 出细粒 土 ,粗粒 土 ,碎石 土 和级 配碎石 四类 土,
～
d 与 3 0 之间 的一 元线性 回归方 程 ,如式 ( ) 5
式 ( ) 8.
( )细 粒土 :拟 合 直 线 方 程 为 : Ko .5 1 3 :3 4 E d
已纳入铁 道 部行业 标 准 《 铁路 工程 土工 试验规 程》 ;
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郭 鹕 ,等 :青 藏 铁 路 高 原 冻 土 区低 温 耐 久混 凝 土 施 工 技 术 综 述
青 藏 铁 路 高 原 冻 土 区低 温 耐久 混 凝 土施 工 技 术 综 述
郭 鹏 张 力
( 铁西北科学研究院) 中
摘
要
低 温耐 久混凝 土是我 国 自行研 究开发 并成 功应 用 于青藏铁 路 工程 建设 中的一项 新技
术.介 绍该 项施 工技 术在 高原 冻 土 区的具 体施 工 方 法及 注 意事 项 ,为 今后 在 实 际施 工 中的应 用 . 积 累了有益 的经验 .
关 键 词 低 温 耐 久 混 凝 土 高 原 冻 土 区 施 工
后 ,低温耐 久 混凝 土被 推广 应用 到 了实际 施工 中.
1 前 言
青 藏铁 路工 程建设 处 在世 界 上海拔 最 高 ,气侯 条 件恶 劣且 有世界 屋 脊之称 的 青藏 高原 ,东 起 青海 重镇 格尔 木 ,西 止 西 藏 首 府 拉 萨 ,全 长 l18k 1 m,
其 中多年 冻 土 地段 5 0k 5 m.不 同 于 内 陆 地 区 工 程
3 施 工 要 点
3 1 材 料 的 选 用 .
低温 耐久 混凝 土 材料 的选 用是 保证 高原 冻土 区 施 工质量 的基 础 ,在 施工 中容 易 引起问题 的主要是 水 泥 ,粗 集料 ,细 集料 和J ~ 剂 ,对 其 质量应 严格 'H I - 控制. ( )水 泥应选 用 普通 硅 酸盐 系列产 品 ,其性 能 1 应 符合 G 15 19 B 7 - 9 9的规定 .选 用 的普通 硅 酸盐 水
施工 的是 ,高原冻 土 区及 其 相应 恶劣气 侯 环境 对 铁 路 工程 建设 带来 了极 大 的危 害 ,处 于高 原 冻土 区的 桥涵 ,隧道 等重 要结 构 中的 混凝 土施工 成 为 了一项 复杂 的 技 术 难 题 ,按 照 国 家 ,铁 道 部 提 出 的 高 起 点 ,高标准 ,高 质量 建设青 藏铁 路 的要 求 ,由铁 道 部组 织 进行 了低 温耐 久混 凝土 的应 用试 验研 究 ,并 取得 成功 通 过成果 鉴定 ,现 已在 青藏 铁路 高 原冻 土
区沿 线各 施 工单位 中推 广应 用 .通过 施 工技 术 的有 效质 量控 制措 施 ,在高原 冻 土 区应用 低温 耐久 混 凝
泥 应对其 各项 性 能指标 进 行严 格检 验 ,以确保 其性 能 满足 质量 要求 .但 要注 意 的是 ,不得 使用 高铝 水
泥或 复合 硅 酸盐水 泥 . ( )粗 集料 ,应 选 用坚 固性 优 良 ,非碱 活 性并 2
具连 续级 配 的碎石 ,卵石或 两 者 的混合 物 ,并 根据
混凝 土的 设计 强度 等级 ,对 粗集 料 的含 泥量 ,针 片
土技 术 明显地 提高 了施 工质
量 ,产生 了 良好 的经 济 效益 ,为 确保青 藏铁 路工 程建 设计 划 工期 的完 成 奠 定 了坚实 的基础 .
2 低 温耐 久混凝 土设 计要 求
状颗粒 含量 ,压碎指 标值 等 性 能进行 严格 检验 .粗
集料最 大颗 粒不 得 大 于结 构 物 截 面 尺寸 的 14 / ,也
不得大 于钢 筋最 小净 距 的 34 / ,且 大 于 4 n 的颗 Ot i o
粒 含量不 超过 5%.
由 于青 藏铁 路 高 原 冻 土 区 的 自然 环 境 异 常 恶
劣 ,因此 要求 混凝 土 必须 具 备 低 温 下 的 耐久 性 能 .
() 细集 料 ,宜 选 用 坚 固性 优 良,非碱 活性 , 3 级 配 良好 的 中粗河 砂 , 中 C 0级 以下 及 C 0～C 0 其 3 3 4
混凝 土设 计要 满足 抗冻 融破 坏 ,抗碱 一 骨料 反 应破
级 混凝土 中含 泥 量控 制 在 ≤3 %, 5 C 0一C 0级 混 凝 6 土中含泥 量 应控制 在 2 %以 内 .不宜选 用机 制砂 .
( )外 加剂 ,应 选 用具 早强 ,减 水 ,引 气 ,能 4
坏 ,耐硫 酸盐 和镁 盐破 坏 ,抗氯 离子 侵 蚀及抗 风蚀
破坏 等具 体技术 指标 ,在 以上指标 经试 验 研 究达 到
了在青 藏 铁 路 高原 冻 土 区 进 行 混 凝 土 施 工 的要 求
.
细化 孑 结 构等功 能 的 复合 型产 品 ,其 技 术性 能应 满 L
· … · … ' … ' … ' … ● ● ● ● ●
●… · ".●… ● .
. … · … ● ●
●…
. … . … . … · … - .| ●··●… ● ● ● ● ● .· . ·
●… · · ●… ● …
· … ●
· … · … · … - … - "·●· ● ● ● ● ● - … ●… · … · … · … · … · "· ●… - … - 一 ' .| ● ● ● ● ● · ● ● ● .·
目前 ,有关 单位 正在 研 究 动 态 变形 模量 E d 为标 作 准评 价 路基 压实 质量 的有 关 技术 标 准 . 采 用 E , 动 态平 板荷 载试验 检测 路基 的 填筑质 量 ,可 以使 庞 大
复杂 的静 载试 验 大 幅 度 简 化 ,试 验 效 率 大大 提 高 ;
该 新 方法 ,新设 备 和新标 准 的 应用 ,将使 我 国铁路
路基检 测技 术与 国 际先进 技 术相 一致 .
收 稿 日期 :20 一l —l 03 l 7