高速铁路路基压实质量检测方法标准的研究

1、高速铁路路基压实质量检测方法、标准的研究王光辉摘 要 在高速铁路设计中，路堤填筑压实不仅要考虑列车静荷载的影响，其高速行驶中产生的动荷载冲击力已经不容忽视。本文通过采用地基系数K30、动态变形模量Evd、孔隙率n三种不同检验方法对试验段碎石土路堤填筑压实质量进行检验，利用数理统计方法分析研究，以期提出高速铁路路基检测合理标准、方法。关键词 检测 地基系数 孔隙率1. 前言为适应经济和社会的飞速发展，高速铁路正在筹建和建设中。根据高速铁路建设的需要，对路基本体填筑施工和质量检测也提出了新的要求。路堤压实是保证路堤填筑质量的关键，使得路基的压实面临着很多新问题，必须对其施工工艺及质量检测标准做进一

2、步的研究和探索。通过采用地基系数K30、动态变形模量EVD、孔隙率n三种不同检验方法对试验段碎石土路堤填筑压实质量进行检验，利用数理统计方法分析研究，以期提出高速铁路路基检测合理标准、方法，对指导下步京沪高速铁路的施工都具有重要的工程意义。2. 碎石土室内检验室内物理、力学指标检验的主要项目有：最大干密度、最优含水量、平均颗粒密度、破碎率、有机质、击实前后筛分试验、CBR试验，其中CBR试验依据GB50123，其它试验依据铁路标准。共进行14组的碎石土室内试验，各项试验结果及分析如下。2.1击实前后筛分试验通过击实前后筛分试验，主要是模拟填料经现场碾压前后的颗粒变化的情况，预测碎石土经碾压后的

3、级配状况。击实前后级配曲线图见图1、图2，级配状况见表1。从级配曲线和不均匀系数、曲率系数可以看出：(1)经击实后，颗粒总体向级配良好方向发展，少部分（如8、9、11、12）由于0.255mm颗粒较少，级配反而变差。(2)填料击实前不均匀系数Cu在11.2221.4之间、曲率系数Cc在1.2932.0之间；击实后不均匀系数Cu在106.73600之间、曲率系数Cc在0.085.0之间，加之粗颗粒含量差异较大，击实前大于5mm颗粒含量P5在55.485.4之间，击实后在36.069.0之间，反映出填料颗粒级配的相对不均匀。 击实前后级配状况表 表1序 号1234567Cu击实前72105.750

4、38112183.3146.2击实后129.4106.7150337.5172.2159.6180Cc击实前2.74.943.565.9210.35.510.5击实后1.071.350.731.343.32.35序 号891011121314Cu击实前13.85221.411.277.7880347333.3击实后25003600971.41333164Cc击实前4.942.762.41.293.43329.3击实后0.080.320.170.4752.2最大干密度及最佳含水量最大干密度及最佳含水量汇总见表2。 最大干密度及最佳含水量汇总表 表2序 号1234567最大干密度(g/cm3)2.

5、192.132.172.152.132.092.12最佳含水量（%）7.47.87.37.98.18.48.1序 号891011121314最大干密度(g/cm3)2.042.072.152.042.072.111.97最佳含水量（%）8.88.26.88.16.87.59.4根据现场及料源调查所取数据，湖州土主要分两种土：一种为碎石土（1、2、3、4、5、6、7、10、13），最佳含水量在6.5%8.5%之间，干密度在2.092.19g/cm3之间，其击实前后的筛分曲线比较接近，其填料等级都属于为A、B类填料；另一种为角砾土（8、9、11、12、14），最佳含水量在8.0%9.5%之间，干密

6、度在1.972.07g/cm3之间，其击实前后的筛分曲线比较接近，其填料等级都属于为A、B类填料。两种土的平均颗粒密度为2.65g/cm3。现场取细颗粒土进行液塑限试验，其液限WL在2935%之间，塑限指数在13.515.6之间，属于粉粘土。2.3 湖州碎石土的稳定性能试验碎石土路基的稳定与否，与碎石土中粗颗粒的强度和抗风化能力息息相关，可通过测定破碎率及崩解率来评定填料的稳定性。表3为各组土的破碎率及崩解率试验结果汇总表。 破碎率及崩解率试验结果汇总表 表3序 号1234567破碎率（%）21.328.419.821.222.920.722.9崩解率（%）0.310.390.230.270.

7、290.360.48序 号891011121314破碎率（%）26.825.519.522.922.017.7/崩解率（%）0.530.470.170.220.130.6/破碎率是指碎石土中一定级配粗颗粒在200kN外力作用下粗颗粒破碎成细颗粒的情况，以通过2.5mm筛下质量百分率计。破碎率小，其颗粒抵抗破碎的能力强，岩块的强度就高；反之，其颗粒抵抗破碎的能力弱，岩块的强度低。从表3中实测破碎率来看，各组土中粗颗粒的抗压碎能力较强，岩块强度较高，可推定其具有非软岩性质。模拟自然界中温度变化情况，测定碎石土中粗颗粒在温度快速变化过程中的稳定性能，以质量损失率计。可推测其相应的抗风化能力。从表中实

8、测崩解率来看，均小于1，说明其粗颗粒的矿物成分稳定，抗风化能力强。从上述各组土的破碎率及崩解率试验结果可以得出：填料的粗颗粒部分具有较高的强度、矿物成分稳定、抗风化能力强，是性能稳定的填料。2.4 湖州碎石土的承载比试验模拟材料在使用过程中处于最不利状态，一般情况下，可按饱水四昼夜作为设计状态，按击实试验求得试料得最佳含水量后，再按此最佳含水量制备所需试件。湖州碎石土的承载比试验结果分别为：80%、40%、65%。试验结果较好，（在高速公路的设计中一般规定CBR值大于8%就可用于路基的填筑）2.5 填料的工程特性通过对土场不同部位的取样试验，以及过程抽检结果表明：湖州土属碎石土角砾土范畴，击实

9、前细颗粒的质量百分率在0.516之间，属A、B类填料；击实后细颗粒的质量百分率在1.134.2之间,其中有两组属C类填料，其细颗粒的质量百分率超过30%，其它均属A、B类填料，且级配较击实前优。细颗粒的质量百分率超过30%填料，严格限制填筑部位，仅用于基床以下部分。按细粒土组成可命名为黏性粗粒土和无黏性粗粒土。填料中粗颗粒的破碎率和崩解率较低，填料的稳定性能好。碎石土的承载比CBR试验结果均满足公路填料要求。3. 现场路堤压实质量的检验及分析3.1 路堤压实质量检验概述按现行规范要求，碎石土路堤压实质量检验主要参数为孔隙率n、地基系数K30，孔隙率n主要采用核子密度仪、灌水法检测，地基系数K3

10、0检验采用平板荷载法检测。根据本次试验段要求，引入动态变形模量EVD检验参数，其方法为小型平板动态变形模量仪法。压实质量检验结果（1）孔隙率n在分布在927.5之间，具体概率分布见图3(样本数为299个)。（2）地基系数k30均满足150MPa的要求。（3）动态变形模量EVD实测数据在43106之间，具体概率分布见图4(样本数为300个)。（1）孔隙率n分布在15.030.0之间，具体概率分布见图5(样本数为186个)。（2）地基系数k30均满足130MPa的要求。（3）动态变形模量EVD实测数据在33106之间，具体概率分布见图6(样本数为140个)。3.2 不同检验方法所得指标的相关关系本

11、次孔隙率检测采用核子仪法和灌水法比对，共比对173点，舍去异常点10个，对163个样本进行统计回归分析，样本采用率为94.2%，结果如下：回归方程为：n核0.0154+0.9934n灌水相关系数为：r0.9911由此可以看出两种方法检验结果相互吻合，相关性好。具体回归曲线见图7。30与动态变形模量EVD之间的关系本次比对在基床底层进行，共检验抽样299点，舍去异常点后，对272个样本进行统计和回归分析，样本采用率为91.0%，结果如下：回归方程为：k3059.933+2.011EVD相关系数为：r0.8663由此得到地基系数k30与动态变形模量EVD之间的对应关系有一定的规律，但受填料种类、级

12、配、含水量等多个因素影响，不宜简单的进行回归分析；可以对相对均匀的填料（如细粒土等）进行比对。本次比对的回归曲线见图8。30、动态变形模量EVD关系本次比对在整个路堤进行，孔隙率n与地基系数k30共检验抽样453点，孔隙率n与动态变形模量EVD共检验抽样439点，其分布如图9、图10。孔隙率n一般在1725之间，其占88.3%，地基系数k30主要分在150250MPa/m间， k30150MPa/m占94.5%；动态变形模量EVD主要分在4585MPa间，其占87.2%，EVD45MPa占97.9%，孔隙率n与地基系数k30、动态变形模量EVD无明显的相关关系，是受与填料的颗粒和级配、含水量变

13、化影响到实测结果之间的相关关系。3.3不同压实测试方法的工效及适用性核子仪法检测一个断面（3个点）孔隙率n，从准备工作起计时，一般1人需时间1015min；灌水法现场2人则需时间2h左右，而且含水量测定还需回试验室进行，加之前面已经提到两种方法之间的相关性好，误差小，因此核子仪法远远优于灌水法。k30检测地基系数的检测要足够的反力，也就是需工程机械（主要是汽车）配合，因此，在空间狭小的过渡段、测试元器件附近等部位就难以进行检测，这是其不足之处。一般分体式（简易k30）地基系数测试仪检测1点需3545min，23人配合，一体化数控地基系数检测车检测1点需20min左右，需2人配合，时间差异的主要

14、原因是前者需人工记录、计算并判定每级荷载稳定与否，需时长，而后者通过计算机程序控制，需时间短。但前者仪器购置费远远低于后者。VD检测动态变形模量EVD检测1点需2人配合，耗时为35min。其优点是适合空间狭小的过渡段、测试元器件附近等部位作业，不足点是设备需从国外进口，国内尚无维修站、合法计量标定的单位，仪器的存储量太小，一次只能存储50个测点，一旦超过，之前的检测数据将被后检测的数据自动替换。通过大量的检测数据表明，路堤压实标准中孔隙率一项要求相对较宽松，其中基床以下部分路堤孔隙率n28占总数的4.84%；基床底层孔隙率n24占总数的5.35%。基床以下部分动态变形模量Evd40MPa占总数的3.57（除第一层）；基床底层动态变形模量Evd45MPa占总数的0.33，Evd50MPa占总数的3.33。4. 结语通过对大量昆山试验段碎石土路堤质量检测数据分析，建议高速铁路路堤质量检验标准及方法如下：4.1作为高速铁路填料，其质量较以往铁路路基工程的填料要求更高，除常规的填料检验外，建议对其稳定性能（破碎率、崩解率和水稳性）及强度（承载比CBR）进行检验，综合判定填料性能。4.2建议碎石土路堤压实标准如下表部 位碎石土压实标准孔隙率n(%)地基系数k30(MPa/m)动态变形模量EVD（MPa）基床以下部位