鐵路工程土工試驗規(guī)程

284鐵路工程土工試驗規(guī)程條文說明本條文說明系對重點條文的編制依據(jù)、存在的問題以及在執(zhí)行中應(yīng)注意的事項等予以說明。為了減少篇幅，只列條文號，未抄錄原條文。21.1.1本試驗的編制主要是參照日本JISA1215-1995年修訂版公路的平板荷載試驗方法和德國DIN18134平板荷載試驗-1993年修訂板，并吸收近幾年的科技發(fā)展成果和施工實踐經(jīng)驗，同時針對在實際應(yīng)用上存在問題予以修正，以便其能適合今后施工的需要。K30-平板荷載試驗是使用直徑為30cm的荷載板通過試驗求出地基反力系數(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)值K30表示。我國自1985年引用以地基反力系數(shù)K30值作為路基填料質(zhì)量的檢測控制指標(biāo)以來，在鐵路系統(tǒng)均以“地基系數(shù)”為基本用語，并已正式列入鐵路路基工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)(TB10414-98)和鐵路路基設(shè)計規(guī)范(TB10001-99)。因此，為了統(tǒng)一起見，此次編制中仍沿用“地基系數(shù)”作為基本用語。并明確用語定義，即“地基系數(shù)”：系指以某一下沉量除與其相對應(yīng)的荷載強度所得出的值，以標(biāo)準(zhǔn)值K30作為標(biāo)記。所謂下沉量是指荷載板在路基、基床層面上受荷載引起的中心垂直變形尺寸。其中包含彈性變形和塑性變形兩部分。21.1.2動態(tài)平板載荷試驗是通過落錘試驗和沉陷測定來直接獲取土體動態(tài)特性的承載力指標(biāo)“動態(tài)變形模量”值的，以Evd表示，其計量單位為MPa。本試驗主要是參照德國1997年頒布的道路施工巖土試驗技術(shù)規(guī)程-采用輕型落錘儀進行動態(tài)平板載荷試驗(TPBFStBTeilB8.3)和德國1997年的補充修訂版輕型落錘儀在鐵路施工中的使用準(zhǔn)則(DRA2015)，并結(jié)合鐵道部1999年科技研究開發(fā)計劃項目（99G13）“秦沈客運專線路基關(guān)鍵技術(shù)研究-施工質(zhì)量監(jiān)控測試儀器的研制”的科技成果而編制的。通過對秦沈客運專線及京滬高速鐵路試驗段的細粒土、粗粒土、碎石土和級配碎石等四種土共800多組的動態(tài)變形模量Evd與地基系數(shù)K30的現(xiàn)場對比試驗，其結(jié)果表明，Evd與K30之間具有良好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在90%以上，利用某種條件下同類性質(zhì)的土的Evd與K30的相關(guān)關(guān)系，可以由Evd值推算出測試點的K30值。因此，動態(tài)平板載荷試驗也可作為一種快速試驗方法，間接測出地基系數(shù)K30值。21.1.3K30平板載荷試驗和Evd動態(tài)平板載荷試驗儀適用的土體顆粒最大粒徑尺寸是由荷載直徑?jīng)Q定的。本規(guī)程規(guī)定“可用于不大于荷載板直徑14的各類土和土石混合填料”。落錘對土層的影響深度是儀器的一項重要指標(biāo)，它是決定被檢測路基每層填土壓實檢測厚度的主要因素。動態(tài)變形模量測試儀測試影響深度范圍的確定，是通過在土體中各種深度處埋設(shè)壓力盒的試驗方法，根據(jù)能量沿土層深度方向消耗衰減的程度來確定的，其試驗數(shù)據(jù)見說明表21.1.3。由表測試數(shù)據(jù)可以說明，錘擊能量的大部分（約70）消耗在400mm厚的土層內(nèi)。因此，可以得出落錘的影響深度為400500mm的結(jié)論，它與K30平板載荷試驗儀以及德國1997年的補充修訂版輕型落錘儀在鐵路施工中的使用準(zhǔn)則(DRA2015)一致。說明表21.1.3測試作用深度影響范圍試驗數(shù)據(jù)21.1.4K30試驗的場地和環(huán)境條件是此次編制中需重點解決的問題。從廣深準(zhǔn)高速鐵路，秦沈客運專線施工現(xiàn)場對K30值的測試情況，普遍反映存在的問題是：同一測試地點不同時間測出的K30值離散性很大，重復(fù)性差，缺乏可比性。從而給質(zhì)量檢測評定工作造成很大困難。因此，根據(jù)鐵建技字（99）第12號K30測試精度影響因素研究課題報告中的初步結(jié)論，做以下規(guī)定：被測土體表面狀態(tài)是影響K30測試精度的主要因素之一。為此，本條第1款是依據(jù)德國DIN18134（1993年）規(guī)定，對于水分揮發(fā)快的均粒砂，表面結(jié)硬殼，軟化，或其它原因表層擾動的土。必須下挖后試驗，下挖深度限定在荷載板直徑D的范圍內(nèi)。本條第3款規(guī)定了對被測面的要求及為了保證荷載板與測試面的良好密貼接觸可采用的處理方法。被測土體含水率對測試結(jié)果也起主要影響作用。根據(jù)室內(nèi)模擬試驗，說明K30值與含水率之間存在著類似于壓實度與含水率之間的關(guān)系。K30最大值時的含水率要低于壓實度的最佳含水率，而且隨著含水率的增加K30值將急劇下降。因此，本條第2款規(guī)定平板荷載試驗，宜在填料層壓實后24h內(nèi)進行試驗，主要是為了防止填層碾壓完成后，表層含水率的變化，而影響測試結(jié)果。對于級配礫石（碎石）填料，特別是礫石級配料施工現(xiàn)場為了易于壓實，而將其含水率調(diào)高，而且在碾壓過程中，由于表層始終是松散狀態(tài)，因此規(guī)定需待涼干后進行測試。但需要涼干到什么程度才能測出該層的真實值，還需要通過測定其含水率加以確定，還有待研究。根據(jù)國外資料介紹，土體的含水率對其強度測定有極大的影響，因此，測定時土體的含水率變化范圍應(yīng)是在其使用期間所能保持的范圍。此次對K30平板載荷試驗的有效深度未明確規(guī)定，但根據(jù)國內(nèi)外資料表明，試驗載荷所涉及深度約為荷載板直徑的1.52倍，因此，在實際試驗過程中應(yīng)加以注意。21.2.1鑒于目前尚未制定K30平板荷載試驗設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的情況下，為了規(guī)范施工現(xiàn)場使用的平板荷載儀。參照國外41-T121和1-T121/A平板荷載試驗儀，(參見說明圖21.2.1-1、說明圖21.2.1-2所示)結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，提出有關(guān)儀器設(shè)備的要求。其中基本要點是:為了不影響檢測精度，本條第2款1）項規(guī)定千斤頂與手動油泵應(yīng)為分體式,采用高壓細管連接，千斤頂頂端應(yīng)設(shè)臵球鉸，并配有不同長度的加長桿件，以便與各種不同高度的反力裝臵相對應(yīng)。強調(diào)了對荷載板下沉量的測量，應(yīng)使用3只測表在距荷載板中心點相等距離的三點上測定荷載板平面法線方向的位移。以便于求出其中心點的沉降值。這是因為早期引進的日本平板荷載試驗裝臵上只配臵兩只百分表，而實際上卻忽略了其使用說明,按照條文說明中“4.4（3）：用于測定下沉量的位移計，應(yīng)沿荷載板的周邊等分設(shè)臵24個，如果使用2個位移計，則應(yīng)以荷載板下沉不出現(xiàn)偏歪為前提”。本條第2款5）項規(guī)定了可用測力計直接測定加載荷載，早期日本使用的平板荷載試驗裝臵，是將測力計（壓力環(huán)）設(shè)臵在千斤頂頂端，位于球鉸座與油缸活塞桿之間。用以直接測定加載載荷，其目的是可以減少由于測定油壓受油缸內(nèi)摩擦阻力影響所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。最近國內(nèi)研制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，亦將測力計（壓力傳感器）設(shè)臵于荷載板的千斤頂?shù)鬃?，用于直接測定荷載板承受的荷載。為了保證測橋有足夠的剛度，規(guī)定在4m時，其截面系數(shù)不得小于8cm3。說明圖21.2.1-1平板荷載儀組成示意1-荷載板；2-千斤頂；3-加長桿；4-調(diào)節(jié)絲桿；5-球鉸座；6-手動液壓泵；7-油壓表；8-測橋； 9-百分數(shù)；10-儀表支架；11-測橋支撐座說明圖21.2.1-2測橋布臵21.2.3對于試驗終止的確定，日本規(guī)定試驗下沉量應(yīng)該達到15mm為止，德國規(guī)定當(dāng)使用直徑762mm荷載板試驗，下沉量應(yīng)達到13mm或荷載強度達到0.2MPa為止。我國亦規(guī)定試驗下沉量應(yīng)達到15mm為止。但實際上，地基系數(shù)是直接按不同領(lǐng)域規(guī)定的下沉量基準(zhǔn)值（1.25mm）進行計算。而且，正常情況試驗的下沉量也不可能出現(xiàn)所規(guī)定的值，因此，此次規(guī)定“試驗可以進行至下沉量超出其領(lǐng)域內(nèi)規(guī)定的基準(zhǔn)值為止”。這在實用上不會有任何問題。為了便于從儀表上讀取讀數(shù)，按照德國規(guī)定預(yù)加荷載強度為0.01MPa和每級荷載強度增量為0.04MPa.21.2.421.2.5試驗結(jié)果計算和記錄，其中表21.2.5中荷載強度與油壓表壓P的關(guān)系應(yīng)根據(jù)本規(guī)程第21.2.2條儀器校驗標(biāo)定得出。即=b壓P+a。地基系數(shù)計算所使用下沉量基準(zhǔn)值為1.2510-3 m21.2.6隨機誤差的校正，主要是針對由于土體表面狀態(tài)的影響所出現(xiàn)的偶然誤差進行修正。并列舉兩種修正方法，其中作圖法修正，需要有一定的實踐經(jīng)驗才能分析判斷，因此，為了便于施工現(xiàn)場使用。最好是通過使用K30ADJUST修正程序進行修正。21.3.3儀器要求導(dǎo)向桿與荷載板保持垂直，要求測試面與荷載板底面完全密貼，在實測中，可以用少量中細砂來補平。為了防止荷載板振動時將鋪墊的細砂噴出，也可以用潮濕的細砂。本試驗中“進行三次預(yù)沖擊”是依據(jù)德國1997年的補充修訂版輕型落錘儀在鐵路施工中的使用準(zhǔn)則（DRA2015）中規(guī)定。試驗前首先進行三次預(yù)沖擊，目的是消除可能產(chǎn)生的塑性變形的影響，并可使荷載板下產(chǎn)生平整面。21.3.4根據(jù)某種條件下同類性質(zhì)土的Evd與K30的相關(guān)關(guān)系，可以推算出測試點相應(yīng)的K30值。相關(guān)關(guān)系見說明表21.3.4。說明表21.3.4Evd與K30的相關(guān)性參考表土的種類相關(guān)系數(shù)相關(guān)關(guān)系細粒土0.926K30=3.45Evd+0.1粗粒土0.913K30=3.33Evd+6.1碎石土0.915K30=3.10Evd+14.3級配碎石0.915K30