Ev2试验

客运专线路基填筑质量变形模量EV2试验检测方法

1、 引言

路基施工质量是客运专线建设需关注的关键问题之一，而路基填筑质量检测技术是路基施工质量控制的关键环节，科学、合理的试验检测方法是保证路基施工质量的重要措施。目前客运专线的设计和施工已经开始启动，客运专线铺设无碴轨道，对路基工后沉降的要求十分严格，如何使路基的工后沉降达到铺设无碴轨道的要求是急需解决的关键技术问题。现行《铁路路基设计规范》和《铁路路基施工规范》中，对路基压实质量的强度指标检测采用的是低级系数K30值；在国外，欧洲多数国家如德国、法国、奥地利和瑞士等都是采用EV2和EVd作为控制路基填筑的强度指标，德国的高速铁路路基填筑质量控制采用了EV2和EVd双控指标。虽然地基系数K30值也是反映路基土强度及变形关系的参数，但试验的荷载—沉降曲线是一次加载得出的，其沉降（变形）包括了填料的弹性变形和塑性变形。变形模量EV2的荷载—沉降曲线是在逐级加载后，逐级卸载，再二次加载得出，可认为其沉降（变形）消除了填料的塑性变形，测试结果离散性小，更能反映路基土的真实强度，比地基系数K30更科学、更合理。

2 变形模量EV2定义及试验适用范围

2.1 定义

变形模量EV2试验是通过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，用测得的承载板下应力σ和与之相对应的承载板中心沉降量s来计算变形模量EV2和EV2/ EV4值的试验方法。变形模量EV2的计算单位为MPa。

2.2 试验适用范围

变形模量EV2试验适用于粒径不大于承载板直径1/4的各类土和土石混合填料。在铁路路基

填筑施工质量检测中，采用直径为300mm的承载板。

3 试验条件及试验仪器

3.1 试验条件

试验场地及环境条件应符合下列要求：

⑴对于水分挥发快的中粗砂，表面结硬壳、软化或因其它原因表层扰动的土，变形模量EV2试验应置于其影响以下进行，下挖深度应不大于承载板直径；

⑵土体的含水率对其强度测定有较大的影响，因此，试验时土体的含水率变化范围应是在其使用期间所能保持的范围。对于粗、细粒均质土，宜在压实后2～4h内开始试验；

⑶ 测试面应水平无坑洞。对于粗粒土或混合料填层造成的表面凹凸不平，承载板下应铺一层厚约2～3mm的干燥中砂或石膏腻子；

⑷ 试验时测试点必须远离震源，以保证测试精度；

⑸ 雨天或风力大于6级的天气不得进行试验。

3.2 试验仪器

变形模量EV2测试仪器应包括承载板、范蠡装置、加载装置、荷载量测装置及沉降量测装置。

3.2.1 承载板

承载板为圆形钢板，承载板直径为300mm±0.2mm，厚度为25mm±0.2mm，材质为Q345钢。承载板上应带有水准泡。承载板加工表面粗糙度应不大于6.3um。

3.2.2 反力装置

反力装置的承载能力应大于最大试验荷载10kN以上。

3.2.3 加载装置

加载装置的液压千斤顶应通过高压油软管与手动液压泵连接。千斤顶顶端应设置球铰，并配有可调节丝杆和加长杆件，以便与各种不同高度的反力装置相适应。高压油软管长度应不小于2m两端应装有自动开闭阀门的快速接头，以防止液压油漏出。手动液压泵上应装有可调节减压阀，可准确地对荷载板进行分级加、卸载。为使力准确传递，千斤顶两边应固定，并确保不倾斜。千斤顶活塞的行程应不小于150mm。在试验过程中，应保证千斤顶高度不超过600mm。

3.2.4 荷载量测装置

荷载量测表量程应达到最大试验荷载的1.25倍，最大误差应不大于1％。荷载量测表显示职应能保证承载板荷载有效位至少达到0.001MPa。

3.2.5 沉降量测装置

沉降量测装置由测桥和测表组成。测桥的测量臂可采用杠杆式或垂直抽拉式。策来能够臂应由足够的刚度。承载板中心至测桥支撑座的距离必须大于1.25m。杠杆式测量臂杠杆比hp:hm可在1：1至2：1范围内选择，选定后不得改变。为便于统一，可认为垂直抽拉式测量臂杠杆比为1：1。沉降量测表最大误差应不大于0.04mm，分辨率应达到0.01mm，量程应不小于10mm。

3.2.6 辅助工具

辅助工具应包括：铁锹、钢板尺（长400mm）、毛刷、刮铲、水准仪、铅锤、褶尺、干燥中砂、石膏粉、油、遮阳挡风设施等。

4 操作方法

4.1 试验准备

场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去表面松土。当测试面处于斜坡上时，应将承载板支撑面作成水平面。

4.2 安置试验仪器

4.2.1安置承载板及千斤顶

将承载板放置于测试点上，使承载板与地面完全接触，必要时可铺设一薄层干燥砂（2～3mm）或石膏腻子，同时利用承载板上水准泡或水准仪来调整承载板水平。这对实验结果很重要，现场测试时，有些操作者往往是放置承载板后以转动几下或以承载板不晃动为标准，认为就符合要求，而实际上，有时板面很平稳，试验结束后提起承载板，通过试验面上的压痕会发现试验面与承载板接触面不大，甚至只有少数几点支撑，这就会存在应力集中，影响试验结果。当用石膏腻子做垫层时，应在承载板底面上抹一层油膜，然后将承载板安放在石膏层上，左右转动承载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触，被挤出的石膏应在凝固前清除，直到石膏凝固后方可进行测试。将反力装置承载部位安置于承载板上方，并加以制动，承载板外测边缘与反力装置支撑点之间的距离不得小于0.75m。将千斤顶放在承载板的中心位置，使千斤顶保持垂直。将加长杆和调节丝杆使千斤顶顶端球铰座与反力承载部位紧贴。

4.2.2 安置测桥

将沉降量测装置的触点自由地放入承载板上测量孔的中心位置，沉降量测表必须与测试面垂直。测桥支撑座与反力装置支撑点的距离不得小于1.25m。试验过程中测桥和反力装置不得晃动。沉降量测装置应有遮阳挡风设施。

4.3 预加载

为稳固承载板，预先加0.01MPa荷载约30s，待稳定后卸除荷载，将沉降量测表读数调零。

4.4 加载与卸载

变形模量EV2试验第一次加载必须至少分6级，并以大致相等的荷载增量（0.08MPa）逐级加载，达到最大荷载为0.5 MPa或沉降量达到5mm时所对应的应力后，在进行卸载。承载板卸载应按最大荷载的50％、25％和0三级进行。卸载后，按照第一次加载的操作步骤，并保持与第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直到第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直到第一次所加最大荷载的倒数第二级。每级加载或卸载过程必须在1min内完成。加载或卸载时，每级荷载的保持时间为2min，在该过程中荷载应保持恒定。试验中如果施加了比预定荷载大的荷载，则应保持该荷载，，将其记录在试验记录表中，并加以注明。

当试验过程中出现承载板严重倾斜，以至水准泡上的气泡不能与圆圈标志重合或承载板过度下沉及量测数据出现异常等情况时，应查明原因，另选点进行试验，并在试验记录表中注明。

5 资料整理与计算

5.1 承载板中心沉降量计算

将每一级荷载的应力σ和所对应的沉降量测表读数sM填写到记录表格中。承载板中心沉降量s应按下式计算

S＝SM hp/hM

式中 s——承载板中心沉降量，mm；

SM——沉降量测表读数，mm；

hp/hM——杠杆比。

5.2 应力—沉降量曲线

根据试验结果绘制应力—沉降量曲线，为了区分加载和卸载曲线，应力—沉降量曲线上必须用箭头标明方向。

5.3 变形模量Ev计算

5.3.1 应力—沉降量曲线方程

第一次加载和第二次加载所得到的应力—沉降量曲线，可用下式表达

S＝a0+a1*σ+a2*σ

式中：σ—沉降板下应力，MPa；

S—承载板中心沉降量，mm；

a0—二次多项式常数项，mm；

a1—二次多项式一次项系数，mm/MPa;

a2—二次多项式二次项系数，mm/MPa2。

5.3.2 应力—沉降量曲线方程系数计算

应力——沉降量曲线方程的系数是将测试值按最小二乘法计算得到的。

5.3.3 变形模量计算

变形模量Ev是通过应力—σ1max沉降量曲线在0.3σ1max和0.71max之间割线的斜率确定，并应按下式计算

Ev＝1.5r 1/( a1+a2)

式中：Ev—变形模量，MPa；

R—承载板半径，mm；

σ1max—第一次加载最大应力，MPa。

采用第一次加载测试值计算的变形模量为Ev1；采用第二次加载测试值计算的变形模量为Ev2。

6 结语

通过公司计算的Ev2值反映量路基的承载力指标，路基压实质量越好，Ev2值越大；反之Ev2值越小。虽然变形模量Ev2指标比地基系数K30更科学、更合理，但是我国现行规范中还没有与之相适应的相关技术指标及标准。目前客运专线路基压实质量的控制已确定采用了Ev2指标，但对Ev2/ Ev1的值也应有相应的要求。笔者根据国内外相关资料及所从事的检测和研究项目，总结了该试验方法，供试验及研究人员参考