CN103134749A

CN103134749A - 用于细粒土构筑的铁路路基的地基系数k30试验方法

Info

Publication number: CN103134749A
Application number: CN2013100432960A
Authority: CN
Inventors: 罗强; 刘钢; 张良; 孟伟超; 侯振斌; 吕文强; 陈虎; 陈坚; 熊勇; 李�浩
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University; China Railway Construction Engineering Group Co Ltd; China Railway Engineering Construction Co Ltd
Priority date: 2013-02-02
Filing date: 2013-02-02
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2033-02-02
Also published as: CN103134749B

Abstract

本发明公开了一种用于细粒土构筑的铁路路基的地基系数K₃₀试验方法，包括的步骤为：场地测试面平整、地基系数测试仪安置、加载试验中的预加载和逐级加载；所述的加载试验中的逐级加载的具体作法是：以每级荷载的增量为0.04MPa逐级加载，每级荷载施加完成后的荷载保持时间为4分钟，且在每级加载的荷载保持时间满足要求时记录该级加载的下沉量，直至达到地基系数K₃₀试验的试验终止条件时，结束试验。该方法操作简单，易于实施，所需试验时间短，试验效率高，且其试验误差小，能够保证路基压实质量的正确判定。

Description

用于细粒土构筑的铁路路基的地基系数K30试验方法

技术领域

本发明涉及一种土工试验方法，尤其涉及一种铁路路基压实质量检测的地基系数K₃₀试验方法。

背景技术

合理高效地进行路基压实质量检测对保证路基填筑质量、提高施工效率具有重要意义。我国自1985年修建大同-秦皇岛重载铁路中开始引入地基系数K₃₀试验方法，并在随后的铁路工程路基填筑压实检测中得到广泛应用。目前，K₃₀指标已经成为铁路路基的主要技术指标之一，并已正式列入《铁路路基工程质量检验评定标准》(TB10414-2003)、《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)和《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621-2009)。我国在该试验方法引进之初，并没有出台相应的试验规程，铁基函[1988]164号文件中首次对“K₃₀承载板试验装置的使用及保养”进行了规定和说明，随后该规定一直沿用近16年。为了统一该试验方法在多年的实际应用过程中出现的相关问题，在参照日本《公路的平板载荷试验方法》(JISA1215-1995年修订版)的基础上制定了地基系数K₃₀试验方法，并首次正式纳入《铁路土工试验规程》(TB10102-2004)，经修订后在《铁路土工试验规程》(TB10102-2010)中继续收录。

《铁路土工试验规程》(TB10102-2010)规定的地基系数K₃₀试验方法，其作法是：测试场地面平整、安置地基系数测试仪后，对测试面上直径为30cm的承载板预加0.04MPa的荷载，30s后卸除荷载，将此时测表读数的下沉量作为后续第一级加载试验的起始读数。然后以0.04MPa为荷载增量进行逐级加载试验(第一级加载试验的荷载为0.04MPa)，每级加载时，观测荷载施加完成后承载板每间隔1分钟的下沉增量，当1分钟的下沉增量不大于该级荷载的下沉量的1％时，完成该级加载试验，记录该级荷载的下沉量并作为下一级加载试验的初始读数，然后进行下一级加载试验。当下沉总量达到1.25mm且加载级数不少于5级时，终止试验。根据试验，绘制荷载强度与相应下沉总量的关系曲线，进而确定出下沉量为1.25mm所对应的荷载强度σ_s，由公式K₃₀＝σ_s/s计算得到K₃₀值，其中s＝1.25×10^-3m，σ_s的单位为MPa，地基系数K₃₀值的单位为MPa/m。地基系数K₃₀能够较好反映路基结构抵抗变形的能力，也即能够较好反映路基的压实质量。

现行《铁路土工试验规程》(TB10102-2010)规范在逐级加载试验过程中以1min内的下沉增量不大于该级荷载下沉量的1％作为施加下一级荷载的控制标准(即1％变形稳定控制标准)，其目的在于使得每级荷载作用下的下沉量尽量接近于最终的沉降量，即在该级荷载作用下99％的变形已经完成后再施加下一级荷载，这种相对严格的变形稳定控制标准对于真实准确反映土体结构抵抗变形能力，从理论上讲是合理，但作为需在筑路现场进行的路基压实质量检测的试验方法，存在以下不合理之处：1)需在每级荷载施加完成后每间隔1min记录下沉增量，并计算下沉增量与该级加载试验下称量的百分比是否满足了1％变形稳定控制标准，使得试验过程操作复杂；2)《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)对细粒土填筑的路基结构的K₃₀值要求为80～90MPa/m，以及试验沉降变形为1.25mm的限制和每级荷载0.04MPa的荷载增量，一般需施加3级荷载，每级荷载作用下的平均下沉量约为0.4～0.5mm，其1％的变形增量约为0.004mm～0.005mm，1min内的变形增量超过百分表的测试精度(0.01mm)，需估读百分表读数来判定是否满足了1％变形稳定控制要求，受人为主观因素影响导致试验误差的产生。3)精细的K₃₀试验研究表明，严格按照现行规范的加载控制方式，以细粒土填筑的路基结构，虽然达到1.25mm的下沉量所需的荷载级数一般仅为3级，但按现行规范要求试验终止时荷载级数不小于5级，而每级荷载作用下达到1％变形稳定标准的荷载保持时间约为10min左右，荷载保持的总时间约为50min左右，所需的试验时间较长，试验效率低，施工中，需等待检测试验完成且检测指标合格后方能进行后续的路基填筑，停工等待时间长，严重影响工程进度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于细粒土构筑的铁路路基的地基系数K₃₀试验方法，该方法操作简单，易于实施，所需试验时间短，试验效率高，且其试验误差小，能够保证路基压实质量的正确判定。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种用于细粒土构筑的铁路路基的地基系数K₃₀试验方法，包括的步骤为：场地测试面平整、地基系数测试仪安置、加载试验中的预加载和逐级加载；，其特征在于：所述的加载试验中的逐级加载的具体作法是：以每级荷载的增量为0.04MPa逐级加载，每级荷载施加完成后的荷载保持时间为4分钟，且在每级加载的荷载保持时间满足要求时记录该级加载的下沉量，直至达到地基系数K₃₀试验的试验终止条件时，结束试验。

本发明的细粒土是指《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)中界定的细粒土，且相关指标符合细粒土中“C组填料”要求的路基填料以及砂类土路基填料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、逐级加载试验时，无需在每一级加载完成后每隔1分钟记录下沉增量，并计算是否满足了1％变形稳定控制要求，仅需在每级加载试验时观察荷载施加完成后的荷载保持时间是否满足要求，并在满足要求时记录该级荷载的沉降量即可。大大减小试验中的记录与计算，操作简单，易于实施。

二、无需计算每分钟是否满足了1％变形稳定控制要求，从而对沉降测试表的精度不要求达到0.001mm，使用普通百分表即可满足试验要求，适于施工现场使用。

三、所需试验时间短，试验效率高。实际的试验验证证明，本发明所需荷载保持总时间仅为现有规范的50％左右。减小了施工中的停工等待时间，加快了工程进度。

四、实际的试验验证证明，本发明的试验方法得到的K₃₀值相对现有规范方法得到的K₃₀值偏大约5％左右，该系统误差低于现有规范方法在施工现场的随机误差。因此，本发明方法能够保证路基压实质量的正确判定。并且本发明方法还可通过与现有方法进行系列成对试验，分析得出相应的校正系数或校正曲线，以消除该系统误差，进而进一步保证路基压实质量的正确判断。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1为采用本发明方法与现有规范方法对细粒土构筑的路基结构试验工点一进行试验得到的荷载强度-下沉量曲线。

图2为采用本发明方法与现有规范方法对细粒土构筑的路基结构试验工点一进行试验时，荷载保持时间与加载试验级数的关系曲线。

图3为采用本发明方法与现有规范方法对细粒土构筑的路基结构试验工点二进行试验得到的荷载强度-下沉量曲线。

图4为采用本发明方法与现有规范方法对对细粒土构筑的路基结构试验工点二进行试验时，荷载保持时间与加载试验级数的关系曲线。

具体实施方式

实施例

本发明的一种具体实施方式是，一种用于细粒土构筑的铁路路基的地基系数K₃₀试验方法，包括的步骤为：场地测试面平整、地基系数测试仪安置、加载试验中的预加载和逐级加载，预加载时的荷载为0.04MPa。所述的加载试验中的逐级加载的具体作法是：第一级加载的荷载为0.04MPa，再以每级荷载的增量为0.04MPa逐级加载(如第二级加载的总荷载为0.08MPa，第三级加载的总荷载为0.12MPa)，每级荷载施加完成后的荷载保持时间为4分钟，且在每级加载的荷载保持时间满足要求时记录该级加载的下沉量，直至达到地基系数K₃₀试验的试验终止条件(下沉总量达到1.25mm且加载级数不少于5级)时，结束试验。

以下是采用本例方法的二个具体试验验证例。

试验验证例一

以某重载铁路路堤填土的压实质量检测为试验工点一，分别采用规范方法和本发明方法的K₃₀平板载荷试验进行对比。该路堤填料的颗粒组成为：粒径集中在5mm以下，其中，5～2mm粒径(细砾土)约占0.05％，2～0.075mm(砂类土)粒径约占0.28％，0.075～0.005mm粒径(粉粒)约占82.97％，0.005mm以下粒径(黏粒)约占16.68％。根据《土的工程分类标准》(GB/T50145-2007)规定，其为细粒土。通过击实试验(重型Z3)确定的最大干密度为1.79g/cm³，最优含水率为14.3％。

试验采用高精度的电涡流位移计(0.001mm)测试每级荷载作用下沉降变形。

图1为按《铁路土工试验规程》(TB10102-2010)中地基系数K₃₀试验的加载控制方式(1％变形稳定控制标准，即规范方法)和本发明提出的方法分别所得的荷载强度-下沉量曲线。根据该荷载强度-沉降变形曲线计算得到的K₃₀值分别为79.8MPa/m和84.5MPa/m。可见，本发明方法所得的K₃₀值相对规范方法的误差仅为5.81％。

按规范方法完成试验，第1～5级荷载加载完成后满足1％变形稳定标准所需的荷载保持时间分别为10min、6min、8min、8min、8min，荷载保持总时间为40min如图2所示。可见，本发明方法完成试验所需的荷载保持总时间仅为20min，相对规范方法减少50％。

试验验证例二

在与试验工点一相距1m的位置处设置试验工点二，进行试验。

按《铁路土工试验规程》(TB10102-2010)中地基系数K₃₀试验的加载控制方式(1％变形稳定控制标准，即规范方法)和本发明提出的时间控制法加载控制方式分别所得的荷载强度-下沉量曲线，如图3所示。根据图3的荷载强度-沉降变形曲线计算得到的K₃₀值分别为85.4MPa/m和89.6MPa/m。可见，本发明方法所得的K₃₀值相对规范方法的误差仅为4.92％。

按规范方法完成试验，第1～5级荷载加载完成后满足1％变形稳定标准所需的荷载保持时间分别为8min、9min、7min、11min、9min，荷载保持总时间为44min如图4所示。可见，本发明方法完成试验所需的荷载保持总时间仅为20min，相对规范方法减少54.5％。

在实际施工现场对同一填料同一填筑压实标准按现有规范方法测出13个试验点的K₃₀值如下表。从下表的统计数据可以看出，该测试工点采用现有规范方法的随机测试误差在-31.03％～31.61％之间变化，其标准差为18.38％，本发明方法的系统误差小于现有规范方法的随机测试误差。因而，能够保证路基压实质量检测的正确判定。

Claims

1.一种用于细粒土构筑的铁路路基的地基系数K₃₀试验方法，包括的步骤有：场地测试面平整、地基系数测试仪安置、加载试验中的预加载和逐级加载；其特征在于，所述的加载试验中的逐级加载的具体作法是：以每级荷载的增量为0.04MPa逐级加载，每级荷载施加完成后的荷载保持时间为4分钟，且在每级加载的荷载保持时间满足要求时记录该级加载的下沉量，直至达到地基系数K₃₀试验的试验终止条件时，结束试验。