陳超++楊建明
【摘要】為提出高速鐵路路基A、B料檢測(cè)合理標(biāo)準(zhǔn)、方法,本文通過采用地基系數(shù)K30、動(dòng)態(tài)變形模量Evd、孔隙率n三種不同檢驗(yàn)方法對(duì)京滬昆山試驗(yàn)段試驗(yàn)段采用A、B料湖州碎石土填筑路堤壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)、分析研究。
【關(guān)鍵詞】AB料;檢測(cè);地基系數(shù);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(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展,高速鐵路正在籌建和建設(shè)中。根據(jù)高速鐵路建設(shè)的需要,對(duì)路基本體填筑施工和質(zhì)量檢測(cè)也提出了新的要求。
(2)路堤壓實(shí)是保證路堤填筑質(zhì)量的關(guān)鍵,使得路基的壓實(shí)面臨著很多新問題,必須對(duì)其施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)做進(jìn)一步的研究和探索。通過采用地基系數(shù)K30、動(dòng)態(tài)變形模量EVD、孔隙率n三種不同檢驗(yàn)方法對(duì)試驗(yàn)段碎石土路堤填筑壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析研究,以期提出高速鐵路路基檢測(cè)合理標(biāo)準(zhǔn)、方法,對(duì)指導(dǎo)下步京滬高速鐵路的施工都具有重要的工程意義。
2. 設(shè)計(jì)施工方案
A、B組填料,可通過加強(qiáng)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(jìn)行級(jí)配改良。施工技術(shù)參數(shù):用于基床以下路堤填料最大粒徑15cm,細(xì)粒含量<30%,不均勻系數(shù)Cu≥12,分層攤鋪厚度30~40cm。用于基床底層填料最大粒徑10cm,細(xì)粒含量<30%,不均勻系數(shù)Cu≥20,級(jí)配曲線曲率系數(shù)Cc=1~3,分層攤鋪厚度25~30cm。第二類是硬質(zhì)巖全風(fēng)化層(石英二長巖、花崗巖),屬C組粗粒填料,通過加強(qiáng)過程質(zhì)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(shí)需進(jìn)行物理改良,改良方法摻入20~25%碎石。施工技術(shù)參數(shù):不均勻系數(shù)Cu≥12,級(jí)配曲線曲率系數(shù)Cc=1~3。
3. 碎石土室內(nèi)檢驗(yàn)
室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目有:最大干密度、最優(yōu)含水量、平均顆粒密度、破碎率、有機(jī)質(zhì)、擊實(shí)前后篩分試驗(yàn)、CBR試驗(yàn),其中CBR試驗(yàn)依據(jù)GB50123,其它試驗(yàn)依據(jù)鐵路標(biāo)準(zhǔn)。共進(jìn)行14組的碎石土室內(nèi)試驗(yàn),各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果及分析如下。
3.1擊實(shí)前后篩分試驗(yàn)。
通過擊實(shí)前后篩分試驗(yàn),主要是模擬填料經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)碾壓前后的顆粒變化的情況,預(yù)測(cè)碎石土經(jīng)碾壓后的級(jí)配狀況。擊實(shí)前后級(jí)配曲線圖見圖1、圖2。
從級(jí)配曲線和不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)可以看出:
(1)經(jīng)擊實(shí)后,顆??傮w向級(jí)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(jí)配反而變差。
(2)填料擊實(shí)前不均勻系數(shù)Cu在11.2~221.4之間、曲率系數(shù)Cc在1.29~32.0之間;擊實(shí)后不均勻系數(shù)Cu在106.7~3600之間、曲率系數(shù)Cc在0.08~5.0之間,加之粗顆粒含量差異較大,擊實(shí)前大于5mm顆粒含量P5在55.4~85.4%之間,擊實(shí)后在36.0~69.0%之間,反映出填料顆粒級(jí)配的相對(duì)不均勻。
(3)填料細(xì)顆粒含量相差較大,粒徑d<0.074mm部分擊實(shí)前在0.5~16%之間,擊實(shí)后在在1.1~34.2%之間。
3.2最大干密度及最佳含水量。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及料源調(diào)查所取數(shù)據(jù),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(shí)前后的篩分曲線比較接近,其填料等級(jí)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(shí)前后的篩分曲線比較接近,其填料等級(jí)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(yàn)。
碎石土路基的穩(wěn)定與否,與碎石土中粗顆粒的強(qiáng)度和抗風(fēng)化能力息息相關(guān),可通過測(cè)定破碎率及崩解率來評(píng)定填料的穩(wěn)定性。表1為各組土的破碎率及崩解率試驗(yàn)結(jié)果匯總表。
3.4湖州碎石土的承載比試驗(yàn)。
湖州碎石土的承載比試驗(yàn)結(jié)果分別為:80%、40%、65%。試驗(yàn)結(jié)果較好,(在高速公路的設(shè)計(jì)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(duì)土場(chǎng)不同部位的取樣試驗(yàn),以及過程抽檢結(jié)果表明:
湖州土屬碎石土~角礫土范疇,擊實(shí)前細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率在0.5~16%之間,屬A、B類填料;擊實(shí)后細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率在1.1~34.2%之間,其中有兩組屬C類填料,其細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率超過30%,其它均屬A、B類填料,且級(jí)配較擊實(shí)前優(yōu)。細(xì)顆粒的質(zhì)量百分率超過30%填料,嚴(yán)格限制填筑部位,僅用于基床以下部分。
4. 現(xiàn)場(chǎng)路堤壓實(shí)質(zhì)量的檢驗(yàn)及分析
4.1路堤壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)概述。
按現(xiàn)行規(guī)范要求,碎石土路堤壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)主要參數(shù)為孔隙率n、地基系數(shù)K30,孔隙率n主要采用核子密度儀、灌水法檢測(cè),地基系數(shù)K30檢驗(yàn)采用平板荷載法檢測(cè)。根據(jù)本次試驗(yàn)段要求,引入動(dòng)態(tài)變形模量EVD檢驗(yàn)參數(shù),其方法為小型平板動(dòng)態(tài)變形模量儀法。
壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果:
4.1.1基床底層路堤壓實(shí)檢驗(yàn)結(jié)果總結(jié)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(shù)為299個(gè))。
(2) 地基系數(shù)k30均滿足≥150MPa的要求。
(3) 動(dòng)態(tài)變形模量EVD實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在43~106之間,具體概率分布見圖4(樣本數(shù)為300個(gè))(基床底層孔隙分布圖見圖3,基床底層動(dòng)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(shí)檢驗(yàn)結(jié)果總結(jié)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(shù)k30均滿足≥130MPa的要求。
(3) 動(dòng)態(tài)變形模量EVD實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)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(cè)分布圖見圖5,基床以下部分路提 BVD檢測(cè)數(shù)據(jù)分布圖見圖6)。
4.2不同檢驗(yàn)方法所得指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。
4.2.1孔隙率檢測(cè)方法對(duì)比。
本次孔隙率檢測(cè)采用核子儀法和灌水法比對(duì),共比對(duì)173點(diǎn),舍去異常點(diǎn)10個(gè),對(duì)163個(gè)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析,樣本采用率為94.2%,結(jié)果如下:
回歸方程為:n核=0.0154+0.9934×n灌水
相關(guān)系數(shù)為:r=0.9911
4.2.2由此可以看出兩種方法檢驗(yàn)結(jié)果相互吻合,相關(guān)性好。具體回歸曲線見圖7(核子儀法-灌水檢測(cè)孔隙關(guān)系曲線見圖7)。
4.2.3地基系數(shù)k30與動(dòng)態(tài)變形模量EVD之間的關(guān)系。
本次比對(duì)在基床底層進(jìn)行,共檢驗(yàn)抽樣299點(diǎn),舍去異常點(diǎn)后,對(duì)272個(gè)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和回歸分析,樣本采用率為91.0%,結(jié)果如下:
回歸方程為:k30=59.933+2.011×EVD
相關(guān)系數(shù)為:r=0.8663
由此得到地基系數(shù)k30與動(dòng)態(tài)變形模量EVD之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系有一定的規(guī)律,但受填料種類、級(jí)配、含水量等多個(gè)因素影響,不宜簡(jiǎn)單的進(jìn)行回歸分析;可以對(duì)相對(duì)均勻的填料(如細(xì)粒土等)進(jìn)行比對(duì)。本次比對(duì)的回歸曲線見圖8(地基系數(shù)K30-動(dòng)態(tài)變形模量EVD關(guān)系圖見圖8)。
4.2.4孔隙率n與地基系數(shù)k30、動(dòng)態(tài)變形模量EVD關(guān)系。
(1)本次比對(duì)在整個(gè)路堤進(jìn)行,孔隙率n與地基系數(shù)k30共檢驗(yàn)抽樣453點(diǎn),孔隙率n與動(dòng)態(tài)變形模量EVD共檢驗(yàn)抽樣439點(diǎn),其分布如圖9、圖10(n-K30關(guān)系圖見圖9, n-EVD關(guān)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(shù)k30主要分在150~250MPa/m間, k30≥150MPa/m占94.5%;動(dòng)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(shù)k30、動(dòng)態(tài)變形模量EVD無明顯的相關(guān)關(guān)系,是受與填料的顆粒和級(jí)配、含水量變化影響到實(shí)測(cè)結(jié)果之間的相關(guān)關(guān)系。
(3)通過大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明,路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)中孔隙率一項(xiàng)要求相對(duì)較寬松,其中基床以下部分路堤孔隙率n≥28%占總數(shù)的4.84%;基床底層孔隙率n≥24%占總數(shù)的5.35%?;惨韵虏糠謩?dòng)態(tài)變形模量Evd<40MPa占總數(shù)的3.57%(除第一層);基床底層動(dòng)態(tài)變形模量Evd<45MPa占總數(shù)的0.33%,Evd<50MPa占總數(shù)的3.33%。
5. 結(jié)語
通過對(duì)大量昆山試驗(yàn)段AB料碎石土路堤質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析,建議高速鐵路路堤質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法如下:
5.1作為高速鐵路A、B填料,其質(zhì)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(yàn)外,建議對(duì)其穩(wěn)定性能(破碎率、崩解率和水穩(wěn)性)及強(qiáng)度(承載比CBR)進(jìn)行檢驗(yàn),綜合判定填料性能。
5.2建議A、B料路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)如表2。
5.3建議路堤質(zhì)量檢驗(yàn)方法采用。
孔隙率n采用核子儀法。
5.4建議檢驗(yàn)頻次。
5.4.1基床以下部分:
孔隙率檢測(cè)逐層檢,2斷面(左、中、右各1點(diǎn))/100m;
地基系數(shù)檢測(cè)逐層檢(除第一層外)2點(diǎn)/100m;
動(dòng)態(tài)變形模量EVD逐層檢(除第一層外),2斷面(左、中、右各1點(diǎn))/100m。
5.4.2基床底層。
孔隙率檢測(cè)逐層檢,2斷面(左、中、右各1點(diǎn))/100m;
地基系數(shù)檢測(cè)逐層檢,4點(diǎn)/100m;
動(dòng)態(tài)變形模量EVD逐層檢,基床底層3斷面(左、中、右各1點(diǎn))/100m。
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[作者簡(jiǎn)介] 陳超(1982.9-),男,漢,學(xué)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(jià)。
楊建明(1965.3-),男,漢,職稱:教授,學(xué)歷:博士。