一、概述
路基的施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量、進(jìn)度和列車(chē)運(yùn)行安全，科學(xué)、合理的監(jiān)控測(cè)試方法是保證路基施工的重要措施。在路基工程施工中，土體壓實(shí)是一個(gè)zui基本的問(wèn)題，但僅用密實(shí)度指標(biāo)來(lái)檢測(cè)和判斷路基的質(zhì)量有其局限性。因?yàn)槁坊钔恋氖┕し椒ú煌?，含水量的差異和擊?shí)標(biāo)準(zhǔn)的差別，相同密實(shí)度的土體其力學(xué)性能指標(biāo)有較大差異。因此，在檢測(cè)密實(shí)度的基礎(chǔ)上，將強(qiáng)度及變形指標(biāo)作為反映路基承載力的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)內(nèi)外路基施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的強(qiáng)度及變形參數(shù)指標(biāo)通過(guò)靜態(tài)平板荷載試驗(yàn)測(cè)得，即檢測(cè)地基系數(shù)K30，而路基實(shí)際承受的荷載不僅有靜荷載，還有列車(chē)運(yùn)行時(shí)對(duì)路基產(chǎn)生的動(dòng)荷載。特別是高速鐵路，動(dòng)荷載產(chǎn)生的沖擊力對(duì)路基的影響更為明顯，也就是說(shuō)，路基的穩(wěn)定性和變形問(wèn)題主要是由于動(dòng)荷載引起的，所以，采用模擬列車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力及動(dòng)應(yīng)變形指標(biāo)作為路基的填筑質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)將更科學(xué)合理、更符合實(shí)際情況。
在浙贛線(xiàn)電氣化提速改造工程施工中運(yùn)用的動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀，主要用于測(cè)試基床表層級(jí)配碎石、橋涵過(guò)渡段的承載力指標(biāo)－動(dòng)態(tài)變形模量Evd和地基系數(shù)K30。動(dòng)態(tài)變形模量檢測(cè)方法也已經(jīng)納入*行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》。
二、動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試的工作原理
動(dòng)態(tài)彈性模量Evd（dynamic modulus of deformation）是指土體在一定大小的豎向沖擊力和沖擊時(shí)間作用下抵抗變形能力的參數(shù)。根據(jù)平板壓力公式，動(dòng)態(tài)變形模量可按下式計(jì)算：Evd＝1.5×r×σ/s（MN/m2）式中：1.5－承載板形狀影響系數(shù)；r－承載板的半徑，這里為150mm；σ－路基zui大動(dòng)應(yīng)力；s－承載板的沉陷值（mm）。此公式表示按照彈性各項(xiàng)同性半空間理論，并假定橫向變形系數(shù)為0.21時(shí)，圓形剛性板在豎向集中荷載作用下的地面沉陷。
動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀主要有落錘儀和沉陷測(cè)定儀組成。落錘儀包括：脫鉤裝置、落錘、導(dǎo)向桿、阻尼裝置、承載板等，沉陷測(cè)定儀主要包括傳感器、放大器、數(shù)據(jù)處理器、打印機(jī)和電源。
動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀的工作原理是：采用一定質(zhì)量的落錘，從一定高度自由落下，通過(guò)阻尼裝置、承載板，對(duì)路基產(chǎn)生瞬間的沖擊，使路基產(chǎn)生沉陷。也就是采用一定質(zhì)量的落錘，從一定高度自由落下，模擬列車(chē)運(yùn)行時(shí)對(duì)路基產(chǎn)生的動(dòng)荷載效應(yīng)沖擊路基，在沖刷能相同的條件下，測(cè)試路基的垂直變形值，以此計(jì)算路基的動(dòng)態(tài)變形模量Evd指標(biāo)。從理論上講，路基碾壓越密實(shí)，沉陷值越小，路基的動(dòng)態(tài)變形模量Evd值越高；反之，路基的Evd值越低。
根據(jù)公式計(jì)算的動(dòng)態(tài)變形模量值即代表被測(cè)點(diǎn)的承載力。沖擊力（動(dòng)應(yīng)力）由落錘的落高和阻尼裝置控制，它的大小及延時(shí)時(shí)間要符合列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)對(duì)路基產(chǎn)生的沖擊力，“暫規(guī)”中規(guī)定，路基zui大設(shè)計(jì)動(dòng)應(yīng)力為0.1MPa。路基在動(dòng)應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的沉陷值，即路基產(chǎn)生的垂直變形值由沉陷測(cè)定儀測(cè)得。沉陷測(cè)定儀的工作原理是：落錘自由落下對(duì)路基產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)經(jīng)傳感器、放大器、低通濾波器、采樣保持器輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由單片微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，zui后由液晶顯示器（LCD）顯示和打印機(jī)打印測(cè)試結(jié)果。
動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀的測(cè)試深度，即落錘自由下落對(duì)路基產(chǎn)生的沖擊影響深度，也是該測(cè)試儀的主要技術(shù)指標(biāo)和研究?jī)?nèi)容之一。落錘的質(zhì)量和落高是決定沖擊影響深度的主要因素，落高一定時(shí)，落錘越重，影響土體的深度越深，反之則越淺。但對(duì)于便攜式測(cè)試儀來(lái)說(shuō)，落錘太重，不便于攜帶。所以在研制時(shí)，采用直徑為30cm的承載板，10kg的落錘。落錘從一定高度自由落下，通過(guò)阻尼裝置、承載板對(duì)路基產(chǎn)生沖擊，再通過(guò)在土體中不同深度處分層埋設(shè)壓力和的試驗(yàn)方法，測(cè)試沿土層深度方向錘擊能量衰減的程度，來(lái)確定沖擊影響深度。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，錘擊能量的大部分（約70%）消耗在40cm厚的土層內(nèi)。因此可以得出落錘沖擊路基的影響深度為40～50cm，滿(mǎn)足路基施工中每層填土碾壓后30cm的分層檢測(cè)要求。
用動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀檢測(cè)路基的承載力，與動(dòng)力觸探法檢測(cè)路基的承載力相比，它們的相似之處在于：它們都是采用一定質(zhì)量的落錘，以一定高度自由落下。但兩者的檢測(cè)原理和檢測(cè)方法*不同：動(dòng)力觸探設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，檢測(cè)速度快，但影響檢測(cè)結(jié)果的因素較多，如探桿側(cè)壁摩擦阻力的影響、地下水的影響、探桿的連接剛度等，是一種較為粗略的定性方法；而動(dòng)態(tài)變形模量的檢測(cè)方法是采用電子技術(shù)獲得路基填筑信息或數(shù)據(jù)的一種*的檢測(cè)方法，可直接測(cè)得路基在動(dòng)荷載作用下所發(fā)生的力和變形的參數(shù)，即動(dòng)態(tài)彈性模量。
三、動(dòng)態(tài)平板荷載試驗(yàn)儀的主要技術(shù)性能參數(shù)及適用范圍
1．測(cè)試范圍滿(mǎn)足：10MPa≤Evd≤225MPa；
2．測(cè)試深度范圍：400～500mm；
3．測(cè)試面zui大坡度：5%；
4．落錘重：10kg；
5．zui大沖擊力：7.07kN；
6．承載板直徑：300mm；厚度：20mm；
7．沉陷測(cè)試范圍：0.20～2.00mm；精度：±5%；
8．環(huán)境溫度范圍：-10℃～40℃；
9．電源：可充電鋰電池。
適用范圍：Evd動(dòng)態(tài)平板荷載試驗(yàn)適用于粒徑不大于荷載板直徑1/4的各類(lèi)土和土石混合填料，測(cè)試有效深度范圍為400～500mm。它廣泛適用于鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)、城市交通、港口、碼頭及工業(yè)與民用建筑的地基施工質(zhì)量監(jiān)控測(cè)試。也能適用于場(chǎng)地狹小的困難地段的檢測(cè)，如路橋（涵）過(guò)渡段及路肩的檢測(cè)。
四、主要特點(diǎn)
動(dòng)態(tài)平板荷載試驗(yàn)是一種新的檢測(cè)方法，與其他傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法相比，具有以下特點(diǎn)：
1．用Evd動(dòng)態(tài)平板載荷試驗(yàn)方法檢測(cè)路基的動(dòng)態(tài)變形模量Evd指標(biāo)，操作簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快，檢測(cè)一點(diǎn)只需三分鐘。所以，在施工中可以增加檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更全面、更有代表性；并且還可以隨時(shí)跟蹤檢測(cè)，真正實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控。
2．該檢測(cè)方法是模擬列車(chē)高速行駛時(shí)對(duì)路基產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，與靜載試驗(yàn)相比，更能反映路基土的實(shí)際受力情況，所以這種測(cè)試方法特別適合鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)等受動(dòng)荷載作用的地基質(zhì)量監(jiān)控測(cè)試。
3．檢測(cè)儀器體積小、重量輕（安裝攜帶方便，且不需外加附屬設(shè)備。在路基的狹窄地段，如路橋過(guò)渡段、邊坡附近檢測(cè)也非常方便﹑適用。
4．通過(guò)在細(xì)粒土、碎石土、粗粒土、級(jí)配碎石等土類(lèi)，幾百組與靜載測(cè)試的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：在同一路段，填料相同時(shí)，兩者具有良好的相關(guān)關(guān)系。測(cè)試數(shù)據(jù)數(shù)字顯示且現(xiàn)場(chǎng)打印，確保測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、客觀(guān)。
5．無(wú)核輻射及廢氣等污染，操作使用安全、環(huán)保。
五、應(yīng)用情況
動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀于1999年開(kāi)始在秦沈客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)等路基施工中使用。
在浙贛線(xiàn)電氣化提速改造工程施工中，對(duì)細(xì)粒土、粗粒土、碎石土、級(jí)配碎石等填料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)變形模量Evd檢驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，Evd與地基系數(shù)K30之間具有較好的相關(guān)性。所以，根據(jù)某種條件下對(duì)同類(lèi)性質(zhì)的填料的Evd與K30的相關(guān)關(guān)系，可以推算出測(cè)試點(diǎn)的地基系數(shù)K30值。
在高速鐵路中直接|考試|大|將Evd作為基床表層和過(guò)渡段的壓實(shí)指標(biāo)，與K30同時(shí)作為必檢指標(biāo)。
動(dòng)態(tài)平板荷載試驗(yàn)方法與動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀的應(yīng)用，將真正實(shí)現(xiàn)路基承載力的檢測(cè)方法的大幅度減化，試驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際，檢測(cè)速度、效率大幅度提高，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著提高，受到建設(shè)、監(jiān)理和施工單位的好評(píng)。
六、結(jié)論與建議
通過(guò)檢測(cè)路基的動(dòng)態(tài)變形模量來(lái)評(píng)價(jià)路基的壓實(shí)效果和施工質(zhì)量，是路基施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向，特別是高速鐵路列車(chē)運(yùn)行速度的提高，這種檢測(cè)方法更科學(xué)、更符合土體動(dòng)力特性的實(shí)際情況。另外，隨著路基施工機(jī)械化水平的大幅度提高和*的裝運(yùn)、攤鋪、壓實(shí)機(jī)械的使用，路基的填筑速度不斷提高，而傳統(tǒng)的靜載檢測(cè)方法已不能適應(yīng)，出現(xiàn)了施工等待檢測(cè)結(jié)果的現(xiàn)象。為了提高施工效率、施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，有必要采用和推廣動(dòng)態(tài)變形模量的檢測(cè)方法。
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