變形模量Ev2在高鐵路基檢測中應用實驗分析研究

張　杰

(中鐵四院集團西南勘察設計有限公司，云南昆明　650214)

1　概述

無砟軌道對工后沉降要求特別嚴格，而路基壓實質量直接決定了工后沉降的大小。因此，必須要找到一套科學、合理的檢測標準來控制路基的壓實質量。目前，客運專線的檢測指標有：n、K30、Evd和Ev2。n(孔隙率)用常規的方法就可以檢測，K30在我國已經有了20多年的應用和研究，積累了豐富的經驗，儀器設備、試驗方法和設計指標相對成熟；Ev2是歐洲很多國家一直沿用的、成熟的路基壓實設計標準和檢測技術，剛剛被引入我國，還沒有技術儲備，很有必要確立我國的測試方法和規范標準。

2　Ev2基本概念和試驗方法

2.1　基本概念

變形模量Ev2測試試驗是平板載荷試驗的一種，利用30 cm的圓形承載板和加載裝置，對測試點進行第一次加載和卸載，然后進行第二次加載，通過計算測得的應力和相對應的位移形成的應力-位移曲線，得出相應的Ev2和Ev2/Ev1值。

2.2　試驗方法[1]

(1)整平測試面，清除地面的雜物，盡量使承載板和地面充分接觸。

(2)試驗儀器安裝。

(3)預加載0.01 MPa荷載，約30 s后卸除荷載，調零沉降量測表讀數。

(4)進行第一次加載。必須至少分6級，以0.08 MPa的增量逐級加載，達到最大荷載為0.5 MPa或沉降量達到5 mm時所對應的應力后，再進行卸載。

(5)按最大荷載的50%、25%、0三級進行卸載。

(6)卸載后，再次以0.08 MPa的增量逐級加載到第一次所加荷載的倒數第二級。

3　檢測數據綜合分析

某高鐵DK242+822～DK242+959段基床底層第三層、第四層和第六層碾壓后，碾壓后3 h和碾壓后6 h，分別測試Ev2、Ev2/Ev1、Ev1、K30和Evd值，得到72組數據。

3.1　不同檢測時間下Ev2測試結果分析

分別將基床底層第三層、第四層和第六層測得的Ev2數據，繪制成不同檢測時間下Ev2的分布曲線，如圖1、圖2和圖3所示。

圖1　基床底層第三層不同檢測時間測得Ev2分布

圖3　基床底層第六層不同檢測時間測得Ev2分布

路基碾壓完畢，隨著時間的推移，路基檢測Ev2值增大，但是，當到達一定時間后，Ev2值增加不是很顯著。出現這種現象的原因主要是受外部檢測環境條件的影響，被測路基表面土體的狀態是影響測試值的主要因素。在進行平板載荷試驗時，土體的含水量對其影響很大，當土體中水以結合水的形式存在時能夠增加其強度，而以自由水的形式存在時會降低其強度。路基剛碾壓完畢時，含水量偏高，造成檢測值偏低；隨著時間的推移，填料中的水分逐漸揮發，含水量降低，由于水的吸力和表面張力使填料顆粒之間的有效應力增大，從而使測試值增大[1]。另外，受到碾壓后余震的影響，土體的塑性變形有一個回復的過程，也可使測試值增大。一段時間之后，填料表面水分揮發到一定程度，含水量不再變化，因此測試值不再增加，這說明Ev2測試結果具有時效性。因此，在進行路基檢測時，要確定合理的檢測時間。

3.2　Ev2與Ev2/Ev1相互關系分析[2]

對DK242+822～DK242+959段基床底層第三層、第四層和第六層所測得的Ev2值和相應的Ev2/Ev1值進行數據分析，如圖4所示。

圖4　Ev2與Ev2/Ev1關系

可以看出：Ev2與Ev2/Ev1分布比較離散，其回歸曲線相關系數僅為0.15，這說明這兩個量之間基本沒有相關關系，是獨立的的兩個物理量。

3.3　Ev2、Ev2/Ev1與Evd的相互關系

對DK242+822～DK242+959段基床底層第三層、第四層和第六層所測得的Ev2值和相應的Ev2/Ev1值與相同位置所檢測的Evd值進行數據分析，如圖5和圖6所示。

圖5　Ev2與Evd的關系

圖6　Ev2/Ev1與Evd的關系

可以看出：Ev2測試值和Evd測試值這兩個量之間相關性一般，相關系數為0.58，當Evd取規范值40 MPa時，根據回歸曲線，得Ev2為85 MPa，與規范值相當，反映出規范中Ev2和Evd對路基壓實質量控制程度大體上一致[3]。測試Ev2所需時間較長，每個測試點要45 min以上，還需要反力裝置，造成機械的浪費，而Evd測試簡單、所需時間很少。因此，研究Evd與Ev2的相關性，在施工條件大致相同的情況下，進行大量的試驗，并對積累的數據進行分析研究，探索出用Evd代替Ev2檢測的方法具有較高的經濟價值。而Ev2/Ev1與Evd的相關性較高，相關系數為0.71，可以看出，隨著Ev2/Ev1值的增大，Evd測試值隨著變小。

3.4　Ev2、Ev1與K30相互關系分析

對DK242+822-242+959段基床底層第三層、第

四層和第六層所測得的Ev2值和相應的Ev1與相同位置所檢測到的K30值進行數據分析，如圖7和圖8所示。

圖7　Ev2與K30關系

圖8　Ev1與K30關系

可以看出，Ev2與K30相關性不是很顯著，相關系數為0.46，而Ev1與K30具有較高的相關性，相關系數為0.80，當取Ev2規定值60 MPa時，根據回歸曲線，K30值為180 MPa，與規范值相當，說明Ev2和K30對路基壓實質量控制程度大體上一致。京石客專路基檢測時發現，當某測試點Ev2值達到規范值時，K30很有可能不達標，說明雖然這兩個力學指標都是通過靜力平板載荷試驗測試得到的，但是二者并不能相互代替，但是可以根據第一次加載的沉降量來估計K30值。

4　結論

(1)Ev2測試結果具有時效性，在進行路基檢測時，必須要選擇合理的檢測時間，剛碾壓完畢時，檢測結果偏低，并不能反映真實的路基壓實質量，路基碾壓后3 h檢測效果最佳。

(2)Ev2與Ev2/Ev1相關性很小，可以看做是兩個獨立的物理量；Ev2與Evd、K30的相關性一般，并且Ev2與Evd的相關性大于Ev2與K30的相關性。根據回歸曲線，當Ev2取規范值時，Evd和K30值與規范值大致相當，說明規范值Ev2、Evd和K30對壓實質量控制程度大體上一致，也反映出規范的可行性。

(3)Ev2/Ev1與Evd、Ev1與K30之間有較高的相關性，Evd測試值隨著Ev2/Ev1值的增大而變小，用Ev1可以大致估算出K30值。

[1]龍衛，肖金鳳.變形模量Ev2與K30平板載荷試驗的對比分析[J].鐵道建筑技術，2006(5):36-39

[2]胡在良，李晉平，等.無砟軌道鐵路路基變形模量Ev2控制指標的試驗研究[J].中國鐵道科學，2008，29(5):20-24

[3]程遠水.路基壓實參數相關關系及改良土控制指標的研究[D].北京：鐵道科學研究院，2007

[4]徐培華，鄭南翔，徐瑋.高等級公路路基路面施工質量控制技術[M].北京:人民交通出版社，2005