高鐵路基A、B料壓實檢測指標的關系探討

陳超++楊建明

【摘要】為提出高速鐵路路基A、B料檢測合理標準、方法，本文通過采用地基系數K30、動態(tài)變形模量Evd、孔隙率n三種不同檢驗方法對京滬昆山試驗段試驗段采用A、B料湖州碎石土填筑路堤壓實質量進行檢驗、分析研究。

【關鍵詞】AB料；檢測；地基系數；孔隙率

Discussion on the relationship between A and B material compaction test indexes of high speed railway subgrade

Chen Chao，Yang Jian-ming

（Hunan High - speed Railway Vocational and Technical College Nanhua UniversityHengyangHunan421001）

【Abstract】 In the design of high-speed railway， not only static vehicle load but also dynamic impact from high-speed trains should be considered. Three types of experiment methods including foundation coefficient K30， dynamic deformation modulus Evd， porosity n are adopted to inspect the compaction quality of embankment filled with Huzhou gravel soil in Kunshan test section of Beijing-shanghai Line. Mathematical statistics method is used to propose reasonable standard and method for AB material of high-speed railway foundation .

【Key words】AB material；Inspection；Foundation coefficient；Porosity

1. 前言

（1）為適應經濟和社會的飛速發(fā)展，高速鐵路正在籌建和建設中。根據高速鐵路建設的需要，對路基本體填筑施工和質量檢測也提出了新的要求。

（2）路堤壓實是保證路堤填筑質量的關鍵，使得路基的壓實面臨著很多新問題，必須對其施工工藝及質量檢測標準做進一步的研究和探索。通過采用地基系數K30、動態(tài)變形模量EVD、孔隙率n三種不同檢驗方法對試驗段碎石土路堤填筑壓實質量進行檢驗，利用數理統(tǒng)計方法分析研究，以期提出高速鐵路路基檢測合理標準、方法，對指導下步京滬高速鐵路的施工都具有重要的工程意義。

2. 設計施工方案

A、B組填料，可通過加強施工控制作為基床以下路堤填料分層填筑；作為基床底層填料需進行級配改良。施工技術參數：用于基床以下路堤填料最大粒徑15cm，細粒含量<30%，不均勻系數Cu≥12，分層攤鋪厚度30～40cm。用于基床底層填料最大粒徑10cm，細粒含量<30%，不均勻系數Cu≥20，級配曲線曲率系數Cc=1～3，分層攤鋪厚度25～30cm。第二類是硬質巖全風化層（石英二長巖、花崗巖），屬C組粗粒填料，通過加強過程質量控制可作為基床以下路堤填料直接填筑；作為基床底層填料時需進行物理改良，改良方法摻入20～25%碎石。施工技術參數：不均勻系數Cu≥12，級配曲線曲率系數Cc=1～3。

3. 碎石土室內檢驗

室內物理、力學指標檢驗的主要項目有：最大干密度、最優(yōu)含水量、平均顆粒密度、破碎率、有機質、擊實前后篩分試驗、CBR試驗，其中CBR試驗依據GB50123，其它試驗依據鐵路標準。共進行14組的碎石土室內試驗，各項試驗結果及分析如下。

3.1擊實前后篩分試驗。

通過擊實前后篩分試驗，主要是模擬填料經現場碾壓前后的顆粒變化的情況，預測碎石土經碾壓后的級配狀況。擊實前后級配曲線圖見圖1、圖2。

從級配曲線和不均勻系數、曲率系數可以看出：

（1）經擊實后，顆?？傮w向級配良好方向發(fā)展，少部分（如8、9、11、12）由于0.25～5mm顆粒較少，級配反而變差。

（2）填料擊實前不均勻系數Cu在11.2～221.4之間、曲率系數Cc在1.29～32.0之間；擊實后不均勻系數Cu在106.7～3600之間、曲率系數Cc在0.08～5.0之間，加之粗顆粒含量差異較大，擊實前大于5mm顆粒含量P5在55.4～85.4%之間，擊實后在36.0～69.0%之間，反映出填料顆粒級配的相對不均勻。

（3）填料細顆粒含量相差較大，粒徑d<0.074mm部分擊實前在0.5～16%之間，擊實后在在1.1～34.2%之間。

3.2最大干密度及最佳含水量。

根據現場及料源調查所取數據，湖州土主要分兩種土：一種為碎石土，最佳含水量在6.5%～8.5%之間，干密度在2.09～2.19g/cm3之間，其擊實前后的篩分曲線比較接近，其填料等級都屬于為A、B類填料；另一種為角礫土，最佳含水量在8.0%～9.5%之間，干密度在1.97～2.07g/cm3之間，其擊實前后的篩分曲線比較接近，其填料等級都屬于為A、B類填料。兩種土的平均顆粒密度為2.65g/cm3。

3.3湖州碎石土的穩(wěn)定性能試驗。

碎石土路基的穩(wěn)定與否，與碎石土中粗顆粒的強度和抗風化能力息息相關，可通過測定破碎率及崩解率來評定填料的穩(wěn)定性。表1為各組土的破碎率及崩解率試驗結果匯總表。

3.4湖州碎石土的承載比試驗。

湖州碎石土的承載比試驗結果分別為：80%、40%、65%。試驗結果較好，（在高速公路的設計中一般規(guī)定CBR值大于8%就可用于路基的填筑）。

3.5填料的工程特性。

通過對土場不同部位的取樣試驗，以及過程抽檢結果表明：

湖州土屬碎石土～角礫土范疇，擊實前細顆粒的質量百分率在0.5～16%之間，屬A、B類填料；擊實后細顆粒的質量百分率在1.1～34.2%之間，其中有兩組屬C類填料，其細顆粒的質量百分率超過30%，其它均屬A、B類填料，且級配較擊實前優(yōu)。細顆粒的質量百分率超過30%填料，嚴格限制填筑部位，僅用于基床以下部分。

4. 現場路堤壓實質量的檢驗及分析

4.1路堤壓實質量檢驗概述。

按現行規(guī)范要求，碎石土路堤壓實質量檢驗主要參數為孔隙率n、地基系數K30，孔隙率n主要采用核子密度儀、灌水法檢測，地基系數K30檢驗采用平板荷載法檢測。根據本次試驗段要求，引入動態(tài)變形模量EVD檢驗參數，其方法為小型平板動態(tài)變形模量儀法。

壓實質量檢驗結果：

4.1.1基床底層路堤壓實檢驗結果總結如下：

（1）隙率n在分布在9%～27.5%之間，具體概率分布見圖3（樣本數為299個）。

（2） 地基系數k30均滿足≥150MPa的要求。

（3） 動態(tài)變形模量EVD實測數據在43～106之間，具體概率分布見圖4（樣本數為300個）（基床底層孔隙分布圖見圖3，基床底層動態(tài)變形模量EVD分面面圖見圖4）。

4.1.2基床以下部分路堤壓實檢驗結果總結如下：

（1） 孔隙率n在分布在15.0%～30.0%之間，概率分布見圖5。

（2） 地基系數k30均滿足≥130MPa的要求。

（3） 動態(tài)變形模量EVD實測數據在33～106之間，具體概率分布見圖6（基床以下部分孔隙率檢測分布圖見圖5，基床以下部分路提 BVD檢測數據分布圖見圖6）。

4.2不同檢驗方法所得指標的相關關系。

4.2.1孔隙率檢測方法對比。

本次孔隙率檢測采用核子儀法和灌水法比對，共比對173點，舍去異常點10個，對163個樣本進行統(tǒng)計回歸分析，樣本采用率為94.2%，結果如下：

回歸方程為：n核=0.0154+0.9934×n灌水

相關系數為：r=0.9911

4.2.2由此可以看出兩種方法檢驗結果相互吻合，相關性好。具體回歸曲線見圖7（核子儀法-灌水檢測孔隙關系曲線見圖7）。

4.2.3地基系數k30與動態(tài)變形模量EVD之間的關系。

本次比對在基床底層進行，共檢驗抽樣299點，舍去異常點后，對272個樣本進行統(tǒng)計和回歸分析，樣本采用率為91.0%，結果如下：

回歸方程為：k30=59.933+2.011×EVD

相關系數為：r=0.8663

由此得到地基系數k30與動態(tài)變形模量EVD之間的對應關系有一定的規(guī)律，但受填料種類、級配、含水量等多個因素影響，不宜簡單的進行回歸分析；可以對相對均勻的填料（如細粒土等）進行比對。本次比對的回歸曲線見圖8（地基系數K30-動態(tài)變形模量EVD關系圖見圖8）。

4.2.4孔隙率n與地基系數k30、動態(tài)變形模量EVD關系。

（1）本次比對在整個路堤進行，孔隙率n與地基系數k30共檢驗抽樣453點，孔隙率n與動態(tài)變形模量EVD共檢驗抽樣439點，其分布如圖9、圖10（n-K30關系圖見圖9， n-EVD關系圖見圖10）。

（2）孔隙率n一般在17～25%之間，其占88.3%，地基系數k30主要分在150～250MPa/m間， k30≥150MPa/m占94.5%；動態(tài)變形模量EVD主要分在45～85MPa間，其占87.2%，EVD≥45MPa占97.9%，孔隙率n與地基系數k30、動態(tài)變形模量EVD無明顯的相關關系，是受與填料的顆粒和級配、含水量變化影響到實測結果之間的相關關系。

（3）通過大量的檢測數據表明，路堤壓實標準中孔隙率一項要求相對較寬松，其中基床以下部分路堤孔隙率n≥28%占總數的4.84%；基床底層孔隙率n≥24%占總數的5.35%。基床以下部分動態(tài)變形模量Evd<40MPa占總數的3.57%（除第一層）；基床底層動態(tài)變形模量Evd<45MPa占總數的0.33%，Evd<50MPa占總數的3.33%。

5. 結語

通過對大量昆山試驗段AB料碎石土路堤質量檢測數據分析，建議高速鐵路路堤質量檢驗標準及方法如下：

5.1作為高速鐵路A、B填料，其質量較以往鐵路路基工程的填料要求更高，除常規(guī)的填料檢驗外，建議對其穩(wěn)定性能（破碎率、崩解率和水穩(wěn)性）及強度（承載比CBR）進行檢驗，綜合判定填料性能。

5.2建議A、B料路堤壓實標準如表2。

5.3建議路堤質量檢驗方法采用。

孔隙率n采用核子儀法。

5.4建議檢驗頻次。

5.4.1基床以下部分：

孔隙率檢測逐層檢，2斷面（左、中、右各1點）/100m；

地基系數檢測逐層檢（除第一層外）2點/100m；

動態(tài)變形模量EVD逐層檢（除第一層外），2斷面（左、中、右各1點）/100m。

5.4.2基床底層。

孔隙率檢測逐層檢，2斷面（左、中、右各1點）/100m；

地基系數檢測逐層檢，4點/100m；

動態(tài)變形模量EVD逐層檢，基床底層3斷面（左、中、右各1點）/100m。

參考文獻

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[作者簡介] 陳超（1982.9-），男，漢，學歷：碩士，職稱：講師，研究方向：土木工程施工組織與管理、工程造價。

楊建明（1965.3-），男，漢，職稱：教授，學歷：博士。