法國平板靜載荷作用下的變形模量EV2應用

摘要：以剛果共和國公路建設為背景，國外公路工程中變形模量EV₂的試驗檢測是法國及歐洲一直沿用的、成熟的路基壓實設計標準和檢測技術。本文著重介紹了法國變形模量EV₂的試驗適用范圍、試驗儀器、操作方法、資料整理與計算、變形模量EV₂檢測中應注意的問題。

關鍵詞：法國;路基;變形模量;EV₂檢測方法

1 工程概述

布拉柴沿河大道項目位于剛果共和國首都布拉柴維爾，毗鄰剛果河，該項目將打通剛果首都布拉柴維爾Bacongo 區與Poto-Poto 區濱河大道交通，對于改善區域內交通環境具有重要意義。新建路基主線改擴建段K1+280-K2+320的邊坡一定范圍內采用碎石樁進行軟地基處理，碎石樁的直徑為0.8m，并在樁頂加鋪一層1m厚20/63mm的碎石荷載分布層。設計圖紙和招投標文件要求荷載分布層驗收采用平板靜載荷作用下的變形模量EV₂大于80 MPa，系數k=EV2/EV1 lt; 2。路基填筑質量檢測技術是路基施工質量控制的關鍵環節，科學、合理的試驗檢測方法是保證路基施工質量的重要措施。國外公路工程中EV₂的試驗檢測是法國及歐洲一直沿用的、成熟的路基壓實設計標準和檢測技術。

2 變形模量EV₂ 的試驗適用范圍

變形模量EV2試驗適用于公路、鐵路、機場基礎結構建設中，采用法國標準 NF P11-300 中規定等級的材料進行土方工程和排水工程施工的路基各類土和土石混合填料，但是含有Dmax 大于200mm 成分的施工材料除外。通過該試驗測得的最大模量為 250MPa。

3 試驗儀器

變形模量EV2 測試儀器包括反力裝置、承載板、加載裝置、荷載量測裝置及沉降量測裝置。

3.1 加載反力裝置

平板載荷試驗的加載反力裝置是必不可少的，它提供的反力至少要大于檢測中必須達到

的最大荷載10kN 以上。載重機動車，壓路機及適當固定的重物都可作為加載反力裝置。

3.2 承載板

負載平板的直徑必須為 6000±2 毫米的圓形鋼板。負載平板必須具有足夠大的剛度，以保證其中心至少能夠承受F=1000±50 daN 的壓力;此外，負載平板的中心與其邊緣之間的撓度必須嚴格按照圖1 中的規定進行測定，且誤差不得超過0.2 毫米。

圖1-測定負載平板硬度的原理圖解

3.2.1 鋼制滾筒：直徑 20mm±1;長度 600mm±5。

3.2.2 該基座的剛度必須與長，寬，高近似為以下標準的混凝土塊相當：L=I=1 且 h=0.5m，該基座上表面各邊的誤差不得超過±1mm。

3.3 加載裝置

加載裝置是由一根長度不小于1.8m長的高壓油軟管將手動液壓泵和千斤頂的液壓缸連接而成的，并以此來實現對承載板的加載和卸載。千斤頂頂端設置球鉸，并配有可調節絲桿和加長桿件，以便與各種不同高度的反力裝置相適應。手動液壓泵上裝有可調節減壓閥，可準確地對承載板進行分級加、卸載。測量時平板上所施加的載荷，一直保持載荷的大小不變直到下陷深度恒定不變為止。

3.4 荷載量測裝置

法標要求在垂直于路基面的方向上，向平板施加載荷，且載荷強度應使平板下的平均壓強達到0.25MPa。力顯示值的精度必須與要求的壓力顯示值的精度一致。

3.5 沉降量測裝置

沉降量測裝置由測橋和測表組成。測量臂應有足夠的剛度（圖2），承載板中心至測橋支撐座的距離必須1500±5mm。測量平板的下陷深度，測試值精確到0.02mm 左右，最大量程不小于10 mm。進行測量時，該設備的安放位置可以僅放置在一個點上，但是該點離平板中心的距離不得小于 2cm;也可以放置在 3 個不同點上，這三個點必須均勻排列于平板的邊緣上，相鄰兩點與平板中心相連構成的角度為120±10 度，且每個點與平板中心的距離必須相等（±5 mm）。

圖2- 現場位移測試裝置圖例

3.6 輔助儀器

a）長度至少為 0.8 米的刮板一把;b）刷子、短柄小掃個一把;c）鏟、抹刀、刮刀、測錘、油;d）遮陽擋風裝置的防護設備;e）容積至少為 20 升的0/2mm 干凈備用沙。

4 操作方法

4.1 試驗準備

場地測試面應進行平整，并使用毛刷掃去表面松土。當測試面處于斜坡上時，應將承載板支撐面做成水平面。標記出待試驗的各個測量點。在用刮板整平各個測量點所在的位置，面積大約為 0.7 mX0.7 m。一定要確保該表面上不存在大小超過 15mm 的凹凸不平情況。

4.2 安置試驗儀器

4.2.1 安置承載板及千斤頂

在平整的待測表面上均勻地鋪撒一層干凈的細沙，然后用托泥板將這些細沙攤開，細沙層越薄越好，然后將承載板放置于測試點中心位置，使承載板與地面完全接觸。為了確保該平板被放置在正確的位置上，進行此步操作時，可以讓平板旋轉2至3次，每次旋轉角度介于30 至45 度之間。將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動。用加長桿和調節絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼（圖3）。

圖3" 法國承載板按裝示意圖

4.2.2 安置測橋

將沉降量測裝置的觸點自由地放入承載板上測量孔的中心位置，沉降量測表必須與測試面垂直（圖3）。測橋支撐座與反力裝置支撐點的距離不得小于1.5 m。試驗過程中測橋和反力裝置不得晃動。

4.3 預加載

為穩固承載板，盡可能地確保用于試驗的反應基座，負載平板，加載設備以及測量設備都安裝在最佳位置，對平板施加500±50daN 的作用力，及預先加0.O2 MPa荷載。試驗過程中應將此載荷保持10s至15s，然后再進行卸載。待穩定后卸除荷載，將沉降量測表讀數調零。

4.4 加載與卸載

變形模量Ev 試驗對平板的首次加載應至少持續 30s，且加載作用力的大小為7068±140daN。該作用力可使路基產生平均大小為0.25MPa 的壓強（圖4）。

1 溫度狀態時的下陷深度。

圖4—試驗過程中，平板上加載—卸載的原理圖解

當平板對路基施加載荷并達到該壓強時，一定要盡可能保證在平板下陷的過程中（大于

0.02mm）此載荷恒定不變，這個過程大約持續15s。這個數值可以作為該路基在彎沉穩定情

況時的指數。停止施加該載荷至少 5s，并記錄此時平板的下陷深度（圖4），或者重新將測量下陷深度的設備初始化。

如果在平板中心點測量下陷的深度，則該測定值就是平板的下陷深度。如果在平板邊緣的三個不同的點上測量下陷的深度，則這三個測定值的平均值是平板的下陷深度。

以與第一輪加載相同的速度進行第二輪加載，但必須將載荷限制為5654daN±110。該作用力可使路基產生平均大小為0.20MPa 的壓強（圖4）。與第一輪加載的規定相同，保持該載荷恒定不變，直到路基不再彎沉為止。當路基不再彎沉時，按照第一輪加載的規定測定出第二輪加載結束時平板的總下陷深度z1，或者直接記錄z2（如果在第一輪卸載后將測量下陷深度的設備初始化），見圖4。

再卸載。

5 資料整理與計算

將每一次荷載的應力和所對應的沉降量測表讀數填寫到記錄表格中。承載板中心沉降量變形模量EV計算，可以采用以下 Boussinesq 公式計算出路基在平板靜載荷作用下的變形模量EV2：

EV₂=（1 ? v²）

在此公式中：Z₂是第二次加載引起的平板下陷的深度，以毫米為單位。

1）該下陷深度一般采用下列公式求得：

z₂=z₁-z₀

Z1 和z2 是在試驗過程中測得的平板下陷的深度（圖4）。Z0是第一次加載和卸載后平板下陷的深度;Z₁是第二次加載結束后平板下陷的總深度，以毫米為單位。

2）如果首次加載之后，如果重新啟動下陷深度的測量設備，則可以直接讀取出數據即可。公式中V表示路基材料的泊松系數，假設等于0.25（無單位）;P表示負載平板下的平均壓強，以兆帕斯卡為單位;D表示平板的直徑，以為毫米單位。如果假設表達式 1-v2 等于1，且直接采用試驗所得的其他指數p 和d，那么該公式可以表示為：

EV2 =

5.2 變形模量EV2試驗記錄和報告：

試驗報告必須包含以下信息：實施試驗的機構名稱、規范的參考編號、試驗日期、試驗的點位、試驗所測得的路基平板靜荷載作用下的變形模量 EV₂的數值、相關的注意事項（尤其是試驗無法嚴格按照規范中的要求進行的情況）。

表1" 現場承載板試驗

6 檢測中應注意的問題

（1）通過施工實踐證明細粒粉砂性土體的含水率對其強度測定有較大的影響，當水在土體中以自由水存在時會降低其強度，當水在土體中以結合水存在時會增加其強度。為確保檢測結果能反映出路基土的真實強度，以標準擊實最大干密度的最佳含水量±2%為準。

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，而平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、最大干密度、最佳含水量、試驗操作方法及測試面平整度等。為了規范試驗過程，法標提出了平板載荷試驗的適用條件和要求。

（2）當試驗場地面不平整時，當試驗結束后提起承載板，通過試驗面上的壓痕會發現試驗面與承載板接觸面不大，甚至只有少數幾點支撐，這樣就存在應力集中的問題，直接影響試驗結果。平板載荷試驗必須使承載板與地面完全接觸，在平整的待測表面上應均勻地鋪撒一層干凈的細沙等。

（3）變形模量EV₂是直接檢測反映路基的變形指標，但由于測試時間長、費時費力，所以要使很有限的測試數據反映路基變形的真實情況，就要求在試驗時必須嚴格按試驗要求操作，地基平面要求200m²測量一次。

7 結語

路基軟基處理后的樁頂荷載分布層，通過現場測試和公式計算的變形模量EV₂值反映了路基的變形指標，表明填筑碎石的壓實質量和碎石級配越好，EV₂值越大;反之EV₂值越小。路基軟基施工對路基工后沉降的要求十分嚴格，為使有限的檢測點能真實反映路基的變形情況，就要求檢測人員必須嚴格按照檢測規程來操作，并在檢測中不斷積累經驗，并收集檢測數據歸納整理以指導路基施工，以利于我國路基的檢測借鑒和發展。

參考文獻：

[1] 李怒放，客運專線鐵路路基K30、Ev2、Evd檢測技術

[2] 李慶民，肖金鳳，李樹峰，變形模量EV2 檢測方法及檢測中應注意的問題

[3] 法國標準，NF P94-117-1，路基承載力

[4] 鐵建設[2005] 188號，變形模量E V₂檢測規程（試行）.

作者簡介：

王樹友（1976-），男，漢族，湖北荊門，工程師，本科，中交二公局第一工程有限公司中心試驗室質量負責人，畢業于長沙理工大學交通工程（路橋），研究方向為公路橋梁試驗檢測。