法國平板靜載荷作用下的變形模量EV2應(yīng)用

摘要：以剛果共和國公路建設(shè)為背景，國外公路工程中變形模量EV₂的試驗檢測是法國及歐洲一直沿用的、成熟的路基壓實設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)。本文著重介紹了法國變形模量EV₂的試驗適用范圍、試驗儀器、操作方法、資料整理與計算、變形模量EV₂檢測中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：法國;路基;變形模量;EV₂檢測方法

1 工程概述

布拉柴沿河大道項目位于剛果共和國首都布拉柴維爾，毗鄰剛果河，該項目將打通剛果首都布拉柴維爾Bacongo 區(qū)與Poto-Poto 區(qū)濱河大道交通，對于改善區(qū)域內(nèi)交通環(huán)境具有重要意義。新建路基主線改擴(kuò)建段K1+280-K2+320的邊坡一定范圍內(nèi)采用碎石樁進(jìn)行軟地基處理，碎石樁的直徑為0.8m，并在樁頂加鋪一層1m厚20/63mm的碎石荷載分布層。設(shè)計圖紙和招投標(biāo)文件要求荷載分布層驗收采用平板靜載荷作用下的變形模量EV₂大于80 MPa，系數(shù)k=EV2/EV1 lt; 2。路基填筑質(zhì)量檢測技術(shù)是路基施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科學(xué)、合理的試驗檢測方法是保證路基施工質(zhì)量的重要措施。國外公路工程中EV₂的試驗檢測是法國及歐洲一直沿用的、成熟的路基壓實設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)。

2 變形模量EV₂ 的試驗適用范圍

變形模量EV2試驗適用于公路、鐵路、機(jī)場基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)中，采用法國標(biāo)準(zhǔn) NF P11-300 中規(guī)定等級的材料進(jìn)行土方工程和排水工程施工的路基各類土和土石混合填料，但是含有Dmax 大于200mm 成分的施工材料除外。通過該試驗測得的最大模量為 250MPa。

3 試驗儀器

變形模量EV2 測試儀器包括反力裝置、承載板、加載裝置、荷載量測裝置及沉降量測裝置。

3.1 加載反力裝置

平板載荷試驗的加載反力裝置是必不可少的，它提供的反力至少要大于檢測中必須達(dá)到

的最大荷載10kN 以上。載重機(jī)動車，壓路機(jī)及適當(dāng)固定的重物都可作為加載反力裝置。

3.2 承載板

負(fù)載平板的直徑必須為 6000±2 毫米的圓形鋼板。負(fù)載平板必須具有足夠大的剛度，以保證其中心至少能夠承受F=1000±50 daN 的壓力;此外，負(fù)載平板的中心與其邊緣之間的撓度必須嚴(yán)格按照圖1 中的規(guī)定進(jìn)行測定，且誤差不得超過0.2 毫米。

圖1-測定負(fù)載平板硬度的原理圖解

3.2.1 鋼制滾筒：直徑 20mm±1;長度 600mm±5。

3.2.2 該基座的剛度必須與長，寬，高近似為以下標(biāo)準(zhǔn)的混凝土塊相當(dāng)：L=I=1 且 h=0.5m，該基座上表面各邊的誤差不得超過±1mm。

3.3 加載裝置

加載裝置是由一根長度不小于1.8m長的高壓油軟管將手動液壓泵和千斤頂?shù)囊簤焊走B接而成的，并以此來實現(xiàn)對承載板的加載和卸載。千斤頂頂端設(shè)置球鉸，并配有可調(diào)節(jié)絲桿和加長桿件，以便與各種不同高度的反力裝置相適應(yīng)。手動液壓泵上裝有可調(diào)節(jié)減壓閥，可準(zhǔn)確地對承載板進(jìn)行分級加、卸載。測量時平板上所施加的載荷，一直保持載荷的大小不變直到下陷深度恒定不變?yōu)橹埂?/p>

3.4 荷載量測裝置

法標(biāo)要求在垂直于路基面的方向上，向平板施加載荷，且載荷強(qiáng)度應(yīng)使平板下的平均壓強(qiáng)達(dá)到0.25MPa。力顯示值的精度必須與要求的壓力顯示值的精度一致。

3.5 沉降量測裝置

沉降量測裝置由測橋和測表組成。測量臂應(yīng)有足夠的剛度（圖2），承載板中心至測橋支撐座的距離必須1500±5mm。測量平板的下陷深度，測試值精確到0.02mm 左右，最大量程不小于10 mm。進(jìn)行測量時，該設(shè)備的安放位置可以僅放置在一個點(diǎn)上，但是該點(diǎn)離平板中心的距離不得小于 2cm;也可以放置在 3 個不同點(diǎn)上，這三個點(diǎn)必須均勻排列于平板的邊緣上，相鄰兩點(diǎn)與平板中心相連構(gòu)成的角度為120±10 度，且每個點(diǎn)與平板中心的距離必須相等（±5 mm）。

圖2- 現(xiàn)場位移測試裝置圖例

3.6 輔助儀器

a）長度至少為 0.8 米的刮板一把;b）刷子、短柄小掃個一把;c）鏟、抹刀、刮刀、測錘、油;d）遮陽擋風(fēng)裝置的防護(hù)設(shè)備;e）容積至少為 20 升的0/2mm 干凈備用沙。

4 操作方法

4.1 試驗準(zhǔn)備

場地測試面應(yīng)進(jìn)行平整，并使用毛刷掃去表面松土。當(dāng)測試面處于斜坡上時，應(yīng)將承載板支撐面做成水平面。標(biāo)記出待試驗的各個測量點(diǎn)。在用刮板整平各個測量點(diǎn)所在的位置，面積大約為 0.7 mX0.7 m。一定要確保該表面上不存在大小超過 15mm 的凹凸不平情況。

4.2 安置試驗儀器

4.2.1 安置承載板及千斤頂

在平整的待測表面上均勻地鋪撒一層干凈的細(xì)沙，然后用托泥板將這些細(xì)沙攤開，細(xì)沙層越薄越好，然后將承載板放置于測試點(diǎn)中心位置，使承載板與地面完全接觸。為了確保該平板被放置在正確的位置上，進(jìn)行此步操作時，可以讓平板旋轉(zhuǎn)2至3次，每次旋轉(zhuǎn)角度介于30 至45 度之間。將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動。用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼（圖3）。

圖3" 法國承載板按裝示意圖

4.2.2 安置測橋

將沉降量測裝置的觸點(diǎn)自由地放入承載板上測量孔的中心位置，沉降量測表必須與測試面垂直（圖3）。測橋支撐座與反力裝置支撐點(diǎn)的距離不得小于1.5 m。試驗過程中測橋和反力裝置不得晃動。

4.3 預(yù)加載

為穩(wěn)固承載板，盡可能地確保用于試驗的反應(yīng)基座，負(fù)載平板，加載設(shè)備以及測量設(shè)備都安裝在最佳位置，對平板施加500±50daN 的作用力，及預(yù)先加0.O2 MPa荷載。試驗過程中應(yīng)將此載荷保持10s至15s，然后再進(jìn)行卸載。待穩(wěn)定后卸除荷載，將沉降量測表讀數(shù)調(diào)零。

4.4 加載與卸載

變形模量Ev 試驗對平板的首次加載應(yīng)至少持續(xù) 30s，且加載作用力的大小為7068±140daN。該作用力可使路基產(chǎn)生平均大小為0.25MPa 的壓強(qiáng)（圖4）。

1 溫度狀態(tài)時的下陷深度。

圖4—試驗過程中，平板上加載—卸載的原理圖解

當(dāng)平板對路基施加載荷并達(dá)到該壓強(qiáng)時，一定要盡可能保證在平板下陷的過程中（大于

0.02mm）此載荷恒定不變，這個過程大約持續(xù)15s。這個數(shù)值可以作為該路基在彎沉穩(wěn)定情

況時的指數(shù)。停止施加該載荷至少 5s，并記錄此時平板的下陷深度（圖4），或者重新將測量下陷深度的設(shè)備初始化。

如果在平板中心點(diǎn)測量下陷的深度，則該測定值就是平板的下陷深度。如果在平板邊緣的三個不同的點(diǎn)上測量下陷的深度，則這三個測定值的平均值是平板的下陷深度。

以與第一輪加載相同的速度進(jìn)行第二輪加載，但必須將載荷限制為5654daN±110。該作用力可使路基產(chǎn)生平均大小為0.20MPa 的壓強(qiáng)（圖4）。與第一輪加載的規(guī)定相同，保持該載荷恒定不變，直到路基不再彎沉為止。當(dāng)路基不再彎沉?xí)r，按照第一輪加載的規(guī)定測定出第二輪加載結(jié)束時平板的總下陷深度z1，或者直接記錄z2（如果在第一輪卸載后將測量下陷深度的設(shè)備初始化），見圖4。

再卸載。

5 資料整理與計算

將每一次荷載的應(yīng)力和所對應(yīng)的沉降量測表讀數(shù)填寫到記錄表格中。承載板中心沉降量變形模量EV計算，可以采用以下 Boussinesq 公式計算出路基在平板靜載荷作用下的變形模量EV2：

EV₂=（1 ? v²）

在此公式中：Z₂是第二次加載引起的平板下陷的深度，以毫米為單位。

1）該下陷深度一般采用下列公式求得：

z₂=z₁-z₀

Z1 和z2 是在試驗過程中測得的平板下陷的深度（圖4）。Z0是第一次加載和卸載后平板下陷的深度;Z₁是第二次加載結(jié)束后平板下陷的總深度，以毫米為單位。

2）如果首次加載之后，如果重新啟動下陷深度的測量設(shè)備，則可以直接讀取出數(shù)據(jù)即可。公式中V表示路基材料的泊松系數(shù)，假設(shè)等于0.25（無單位）;P表示負(fù)載平板下的平均壓強(qiáng)，以兆帕斯卡為單位;D表示平板的直徑，以為毫米單位。如果假設(shè)表達(dá)式 1-v2 等于1，且直接采用試驗所得的其他指數(shù)p 和d，那么該公式可以表示為：

EV2 =

5.2 變形模量EV2試驗記錄和報告：

試驗報告必須包含以下信息：實施試驗的機(jī)構(gòu)名稱、規(guī)范的參考編號、試驗日期、試驗的點(diǎn)位、試驗所測得的路基平板靜荷載作用下的變形模量 EV₂的數(shù)值、相關(guān)的注意事項（尤其是試驗無法嚴(yán)格按照規(guī)范中的要求進(jìn)行的情況）。

表1" 現(xiàn)場承載板試驗

6 檢測中應(yīng)注意的問題

（1）通過施工實踐證明細(xì)粒粉砂性土體的含水率對其強(qiáng)度測定有較大的影響，當(dāng)水在土體中以自由水存在時會降低其強(qiáng)度，當(dāng)水在土體中以結(jié)合水存在時會增加其強(qiáng)度。為確保檢測結(jié)果能反映出路基土的真實強(qiáng)度，以標(biāo)準(zhǔn)擊實最大干密度的最佳含水量±2%為準(zhǔn)。

平板載荷試驗作為一種強(qiáng)度及變形指標(biāo)，能夠直觀地表征路基剛度和承載能力，而平板載荷試驗測試值大小的影響因素很多。包括填料的性質(zhì)、級配、壓實系數(shù)、含水率、碾壓工藝、最大干密度、最佳含水量、試驗操作方法及測試面平整度等。為了規(guī)范試驗過程，法標(biāo)提出了平板載荷試驗的適用條件和要求。

（2）當(dāng)試驗場地面不平整時，當(dāng)試驗結(jié)束后提起承載板，通過試驗面上的壓痕會發(fā)現(xiàn)試驗面與承載板接觸面不大，甚至只有少數(shù)幾點(diǎn)支撐，這樣就存在應(yīng)力集中的問題，直接影響試驗結(jié)果。平板載荷試驗必須使承載板與地面完全接觸，在平整的待測表面上應(yīng)均勻地鋪撒一層干凈的細(xì)沙等。

（3）變形模量EV₂是直接檢測反映路基的變形指標(biāo)，但由于測試時間長、費(fèi)時費(fèi)力，所以要使很有限的測試數(shù)據(jù)反映路基變形的真實情況，就要求在試驗時必須嚴(yán)格按試驗要求操作，地基平面要求200m²測量一次。

7 結(jié)語

路基軟基處理后的樁頂荷載分布層，通過現(xiàn)場測試和公式計算的變形模量EV₂值反映了路基的變形指標(biāo)，表明填筑碎石的壓實質(zhì)量和碎石級配越好，EV₂值越大;反之EV₂值越小。路基軟基施工對路基工后沉降的要求十分嚴(yán)格，為使有限的檢測點(diǎn)能真實反映路基的變形情況，就要求檢測人員必須嚴(yán)格按照檢測規(guī)程來操作，并在檢測中不斷積累經(jīng)驗，并收集檢測數(shù)據(jù)歸納整理以指導(dǎo)路基施工，以利于我國路基的檢測借鑒和發(fā)展。

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[4] 鐵建設(shè)[2005] 188號，變形模量E V₂檢測規(guī)程（試行）.

作者簡介：

王樹友（1976-），男，漢族，湖北荊門，工程師，本科，中交二公局第一工程有限公司中心試驗室質(zhì)量負(fù)責(zé)人，畢業(yè)于長沙理工大學(xué)交通工程（路橋），研究方向為公路橋梁試驗檢測。