高速铁路路基报考平板荷载试验检测方法

　　一、概述
　　路基的施工质量关系到整个工程的质量、进度和列车运行安全，科学、合理的监控测试方法是保证路基施工的重要措施。在路基工程施工中，土体压实是一个最基本的问题，但仅用密实度指标来检测和判断路基的质量有其局限性。因为路基填土的施工方法不同，含水量的差异和击实标准的差别，相同密实度的土体其力学性能指标有较大差异。因此，在检测密实度的基础上，将强度及变形指标作为反映路基承载力的压实标准，是国内外路基施工质量检测技术的发展方向。传统的强度及变形参数指标通过静态平板荷载试验测得，即检测地基系数K30，而路基实际承受的荷载不仅有静荷载，还有列车运行时对路基产生的动荷载。特别是高速铁路，动荷载产生的冲击力对路基的影响更为明显，也就是说，路基的稳定性和变形问题主要是由于动荷载引起的，所以，采用模拟列车运行时产生的动应力及动应变形指标作为路基的填筑质量检测标准将更科学合理、更符合实际情况。
　　在浙赣线电气化提速改造工程施工中运用的DBM型报考变形模量测试仪，主要用于测试基床表层级配碎石、桥涵过渡段的承载力指标－报考变形模量Evd和地基系数K30。报考变形模量检测方法也已经纳入铁道部行业标准《铁路工程土工试验规程》。
　　二、报考变形模量测试的工作原理
　　报考弹性模量Evd（dynamic modulus of deformation）是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参数。根据平板压力公式，报考变形模量可按下式计算：Evd＝1.5×r×σ/s（MN/m2）式中：1.5－承载板形状影响系数；r－承载板的半径，这里为150mm；σ－路基最大动应力；s－承载板的沉陷值（mm）。此公式表示按照弹性各项同性半空间理论，并假定横向变形系数为0.21时，圆形刚性板在竖向集中荷载作用下的地面沉陷。
　　报考变形模量测试仪主要有落锤仪和沉陷测定仪组成。落锤仪包括：脱钩装置、落锤、导向杆、阻尼装置、承载板等，沉陷测定仪主要包括传感器、放大器、数据处理器、打印机和电源。
　　报考变形模量测试仪的工作原理是：采用一定质量的落锤，从一定高度自由落下，通过阻尼装置、承载板，对路基产生瞬间的冲击，使路基产生沉陷。也就是采用一定质量的落锤，从一定高度自由落下，模拟列车运行时对路基产生的动荷载效应冲击路基，在冲刷能相同的条件下，测试路基的垂直变形值，以此计算路基的报考变形模量Evd指标。从理论上讲，路基碾压越密实，沉陷值越小，路基的报考变形模量Evd值越高；反之，路基的Evd值越低。
　　根据公式计算的报考变形模量值即代表被测点的承载力。冲击力（动应力）由落锤的落高和阻尼装置控制，它的大小及延时时间要符合列车高速运行时对路基产生的冲击力，“暂规”中规定，路基最大设计动应力为0.1MPa。路基在动应力作用下，产生的沉陷值，即路基产生的垂直变形值由沉陷测定仪测得。沉陷测定仪的工作原理是：落锤自由落下对路基产生的震动信号经传感器、放大器、低通滤波器、采样保持器输入到模/数转换器（A/D转换器）进行模数转换，再由单片微机进行数据处理，最后由液晶显示器（LCD）显示和打印机打印测试结果。
　　报考变形模量测试仪的测试深度，即落锤自由下落对路基产生的冲击影响深度，也是该测试仪的主要技术指标和研究内容之一。落锤的质量和落高是决定冲击影响深度的主要因素，落高一定时，落锤越重，影响土体的深度越深，反之则越浅。但对于便携式测试仪来说，落锤太重，不便于携带。所以在研制时，采用直径为30cm的承载板，10kg的落锤。落锤从一定高度自由落下，通过阻尼装置、承载板对路基产生冲击，再通过在土体中不同深度处分层埋设压力和的试验方法，测试沿土层深度方向锤击能量衰减的程度，来确定冲击影响深度。根据测试数据分析，锤击能量的大部分（约70%）消耗在40cm厚的土层内。因此可以得出落锤冲击路基的影响深度为40～50cm，满足路基施工中每层填土碾压后30cm的分层检测要求。
　　用报考变形模量测试仪检测路基的承载力，与动力触探法检测路基的承载力相比，它们的相似之处在于：它们都是采用一定质量的落锤，以一定高度自由落下。但两者的检测原理和检测方法完全不同：动力触探设备简单，操作方便，检测速度快，但影响检测结果的因素较多，如探杆侧壁摩擦阻力的影响、地下水的影响、探杆的连接刚度等，是一种较为粗略的定性方法；而报考变形模量的检测方法是采用电子技术获得路基填筑信息或数据的一种先进的检测方法，可直接测得路基在动荷载作用下所发生的力和变形的参数，即报考弹性模量。