1、地基系數K30檢測
路基壓實質量控制的目的是對路基的承載能力和沉降變形進行控制,保持線路穩定與平順,保證列車能安全、舒適、高速運行,而控制和檢測壓實質量的標準、方法和設備,則是保證壓實質量的途徑和措施。
平板載荷試驗被廣泛地應用于鐵路、公路、機場和其他工業與民用建筑工程的地基檢測中。作為一種強度及變形指標,地基系數能夠直觀地表征路基剛度和承載能力。
中國自大秦重載鐵路修建開始,引入地基系數K值作為路基填料壓實質量的檢測控制指標,在鐵路路基施工方面得到推廣應用。K30平板載荷試驗是一種檢測路基壓實質量有效的施工現場試驗方法。目前,地基系數K已成為現行新建鐵路控制基床和路堤填料壓實質量的主要指標之一。
本章內容主要包括K30的概念與發展、試驗的適用條件和要求、試驗儀器和試驗方法,試驗結果計算和試驗儀器校驗方法。
1.1概念與發展
1.1.1 地基系數K30的概念
地基系數K“是表示土體表面在平面壓力作用下產生的可壓縮性的大小。它是用直徑為300mm的剛性承載板進行靜壓平板載荷試驗,取*次加載測得的應力——位移(q--s)曲線上s為1.25mm時所對應的荷載Qs,按K30=Qs/1.25計算得出,單位是MPa/m。
試驗采用的承載板面積不盡相同,通常采用直徑750mm或762mi'il的圓形載荷板。使用的載荷板直徑不同,測得的地基系數也不同,一般以載荷板直徑加注說明。例如,載荷板直徑分別為30111HI,600mm,750mm的地基系數分別以K30,K60,K75表示。因此,Ka30是地基系數的一種。日本為了試驗的省力和操作亡的方便,使用300mm直徑荷載板,并取K30作為標準值,使用其他直徑載荷板測定的地基系數,可按相關公式換算為標準K30值。
1.1.2 K30平板載荷試驗的發展
從20世紀30年代開始,美國提出壓實度指標,即壓實系數K、相對密度D,或孔隙率n,至今仍然作為世界各國路基設計及施工控制的土的壓實質量標準。雖然壓實度為參數的路基壓實質量標準具有擊實試驗指導現場施工、現場檢測簡便等優點,但是,對于高速鐵路或其他對強度指標要求嚴格的情況,僅靠壓實度參數來反映填土的壓實質量是有其局限性的。
為了保證路基填土的強度指標,20世紀70~80年代,許多國家開始用強度及變形指標作為路基填土質量控制參數,即所謂的抗力檢測法。其中包括美國的CBR(加州承載比值)標準,德國、法國、奧地利和瑞士等國家的靜態變形模量EV2標準,日本的地基系數K30標準等。可見,采用強度及變形參數作為控制指標是路基質量標準的一大進步。
中國鐵路系統自1985年大秦線施工引入Ks。平板載荷試驗以來,在鐵路建設中已經逐步推廣應用。從K30在中國鐵路系統應用的情況來看,無論是儀器設備、試驗方法,還是設計標準均已趨于成熟。地基系數K30已成為新線鐵路控制基床和路堤填料壓實質量的主要指標之一,并已正式列入《鐵路路基工程質量檢驗評定標準》(TB10414—2003)和《鐵路路基設計規范》(TB10001—2005)。K30平板載荷試驗作為一種強度及變形指標,能夠直觀地表征路基剛度和承載能力。中國參照日本《公路的平板載荷試驗方法》(JISA1215--1995年修訂版)和德國的《平板載荷試驗》(DIN18134--1993年修訂版),并吸收近年來的科研成果和施工經驗,同時針對實際應用中存在的問題,制訂了K30平板載荷試驗方法,該方法正式納入《鐵路工程土工試驗規程》(TB10102—2004)。
1.2 K30平板載荷試驗的適用條件和要求
對乎板載荷試驗測試值大小的影響因素很多。包括填料的性質、級配,壓實系數、含水率、碾壓工藝、zui大干密度、*含水量、試驗操作方法及測試面子整度等。為了規范試驗過程,提出了平板載荷試驗的適用條件和要求。
1.2.1 測試對象的顆粒級配
K30平板載荷試驗適用于粒徑不大于載荷板直徑1/4的各類土和土石混合填料。
由于K30的荷載板直徑只有300mm。因此對所填路基土的顆粒粒徑和級配有一定的限值,否則顆粒粒徑過大,級配不均勻,K30的測試結果就會帶來較大的誤差,難以真實反映路基的壓實情況。根據秦沈客運專線的經驗,適用于均勻地基土(如粗、細粒土)的地基系數K30檢測,對于拌和較均勻的級配碎石也是符合測試要求的,而對于顆粒不均勻的碎石土,其K30檢測就難以得出準確可靠的測試結果。
1.2.2 有效測試深度
K30平板載荷試驗的測試有效深度范圍為400~500nlm。
由于K30平板載荷試驗結果所反映的是壓板下大約1.5倍壓板直徑深度范圍內地基土性狀,因此要想真實全面地反映更深土層的情況,尚需結合其他的檢測手段進行綜合評定。
1.2.3 含水量變化的影響
對于水分揮發快的均粒砂,表面結硬殼、軟化,或因其他原因表層擾動的土,平板載荷試驗應置于擾動帶以下進行。
影響K30測試結果的因素很多,但含水量變化是造成K30測試結果偶然誤差的主要因素,也就是說K30測試結果具有時效性。一般來說,控制在*含水量附近施工,路基壓實系數較高,路基質量好,基床表面剛度較大,K30測試結果較高。但是由于受季節及天氣氣溫變化的影響,其水分的蒸發程度不同,含水量差別較大,因而含水量為一變量。實踐證明,碾壓完畢后,路基含水量高時,K30測試結果就小;含水量低時,K30測試結果就大。由于擊實土處于不飽和狀態,含水量對其力學性質的影響很大,這就造成K30測試結果因含水量變化而離散性大、重復性差,為此,現場測試應消除土體含水量變化的影響。