鐵路路基工程施工現(xiàn)場K30檢測與實驗分析

張向禮 范 飛 張 偉

（1.國家鐵路局工程質(zhì)量監(jiān)督中心，北京 100891；2.中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088）

地基系數(shù)K30是衡量鐵路路基壓實質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一，地基系數(shù)K30檢測實驗對精確性的要求非常嚴格，且其對鐵路路基的建設(shè)質(zhì)量影響尤為明顯，因此，有必要對相關(guān)檢測經(jīng)驗進行總結(jié)。

1 鐵路路基工程施工現(xiàn)場K30檢測實驗流程

1.1 測試面處理

K30檢測之前，應結(jié)合檢測要求選擇適當?shù)臋z測區(qū)，要求檢測區(qū)內(nèi)地面平整、無雜物，可足夠承接1個荷載板，且板面與地面之間貼合緊密。若無法達到上述要求，可使用細砂進行找平，控制細砂鋪設(shè)厚度在2～3cm。K30檢測實驗過程中，需保持檢測對象狀態(tài)應穩(wěn)定不變，因此，在實驗之前需充分清除測試面上的碎石等雜物，在安裝荷載板之前，對地面進行壓實處理，結(jié)合檢測現(xiàn)場情況，可選擇將測試面設(shè)置在坡面上。

1.2 荷載儀設(shè)置

（1）K30檢測實驗的主要工具為規(guī)格300mm的剛性荷載板，將其置于測試面上，并保證二者充分貼合，用細砂層調(diào)整后，可使用水準儀進行找平。（2）將反力裝置的承載端安裝在荷載板上，用于實驗過程制動。要求在距離荷載板外沿1m位置設(shè)置反力裝置支撐點。（3）在反力裝置之下、荷載板之上安裝千斤頂，調(diào)節(jié)螺桿使千斤頂球形接頭與反力裝置的支撐部位緊密貼合。注意該步驟應確保千斤頂垂度，嚴禁出現(xiàn)偏移、傾斜現(xiàn)象。（4）設(shè)置測橋，設(shè)置點在距支撐點1m位置，且在荷載板的外邊緣一側(cè)。檢測儀的安裝應與測橋相對稱，并與荷載板的中心位置保持合理距離。

1.3 加載實驗

為保證實驗過程荷載板穩(wěn)定，可采用0.01MPa的荷載進行預壓，加壓時間控制在30s左右，確定荷載板設(shè)置穩(wěn)定后，卸除預壓荷載，將百分表示數(shù)調(diào)零或記錄當前數(shù)值，作為下沉量測試的起始讀數(shù)。

預壓實驗完畢后，設(shè)置0.04MPa的加壓梯度進行逐級加壓，壓力值每上調(diào)一級，保持加壓狀態(tài)1min，待下沉量低于該加壓級別標準下沉量的1%后，讀取荷載及下沉量示數(shù)。加壓至現(xiàn)場預估最高承載值、下沉量達到1.25mm或達到鐵路路基屈服點后，可停止實驗。若加載實驗過程出現(xiàn)荷載板偏移、傾斜、沉降嚴重的現(xiàn)象，可將實驗標高調(diào)低，降低程度約為荷載板直徑大小，再次開展加載實驗，并詳細記錄實驗異常情況。

1.4 注意事項

為保證鐵路路基K30檢測實驗順利開展，得到可靠的地基系數(shù)，需結(jié)合國家及行業(yè)有關(guān)規(guī)范及鐵路工程建設(shè)要求，科學設(shè)計K30檢測實驗方案及現(xiàn)場指導方案，提前檢查實驗所需設(shè)備、工具性能，尤其是讀數(shù)類儀器，要進行精密檢查，以確保獲取數(shù)值與實驗真實情況相一致。加載實驗終點的判斷需參考測試面預估最高承壓值、路基屈服點等參數(shù)，因此，在正式實驗前，還需對實驗場地進行詳細勘察，結(jié)合獲取的數(shù)據(jù)信息計算以上參數(shù)。

2 鐵路路基工程施工現(xiàn)場K30檢測影響因素及實驗優(yōu)化

2.1 影響因素

（1）測試面不平。測試面平整度不足易導致加載實驗環(huán)節(jié)荷載板嚴重傾斜的現(xiàn)象，即現(xiàn)場2～3個測量百分表測得下沉量之差大于平均下沉量的30%。在鐵路路基K30檢測過程中，測試面清理通常以人工方式進行，使用毛刷去除測試面上的松土、石塊等雜物，然后安裝荷載板，因此，測試面的平整度很難被保證，導致需重復找平或重新劃定測試區(qū)域，延長K30檢測實驗周期。（2）測橋支點設(shè)置不準。測橋支點應與荷載板外側(cè)間距為1m，但在實際工作中，該間距的把控一般采用目測方式，支點設(shè)定主觀性和隨機性過高，導致測橋位置無法滿足實際測量實驗的要求，引發(fā)返工問題。（3）數(shù)據(jù)處理方式落后。傳統(tǒng)鐵路路基K30檢測實驗中，加載壓力與下沉量間的關(guān)系曲線為人工繪制，誤差大、耗時長，很難從曲線上準確讀取某一加載處的下沉量，因曲線誤差過大，給后期路基施工沉降控制帶來不小難度。

2.2 實驗優(yōu)化

針對以上K30檢測實驗中的問題，給出如下優(yōu)化方案：（1）優(yōu)化測試面清理、整平方法。在測試面清理過程引入水平尺，對測試面水平度進行監(jiān)控，使用細砂或石膏膩子設(shè)施調(diào)平墊層，確保測試面處于完全水平狀態(tài)，且不同測量百分表的讀數(shù)差值在平均值的30%以內(nèi)。經(jīng)驗證，使用該方法進行測試面處理后，測點合格率可較之前提升70%左右。除此之外，也可利用水準儀進行測試面水平度調(diào)整，該方式的操作過程更為簡便、讀數(shù)直觀，可對找平作業(yè)進行理論指導，測點合格率也能被有效保證。（2）嚴格控制測橋支點與荷載板外沿的距離。從測橋中點開始，設(shè)置0點、15cm和120cm的標記，以取代人工目測距離的方式。經(jīng)驗證，該距離控制方案可將本步驟的操作時間縮短至5min以內(nèi)，且距離控制效果優(yōu)良。（3）引入先進的曲線繪制方法。依照鐵路路基K30檢測實驗規(guī)程的要求，對加載壓力及下沉量做二次方程擬合，在Excel程序下，完成二者關(guān)系曲線的繪制，并自動計算檢測結(jié)果。以往需人工進行的計算步驟在Excel程序下自動進行，計算效率及精度均大幅度提升?；诙螖M合曲線的函數(shù)模型，曲線擬合過程也可自動完成。通過多次實驗驗證，曲線自動繪制時長一般在30～50s內(nèi)即可順利完成，可節(jié)約時間180s以上。

3 鐵路路基工程施工現(xiàn)場K30檢測案例分析

3.1 案例背景簡介

某鐵路路段為30 t的軸重鐵路，該鐵路工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)地勢較低，沿線多填方，路堤中心高程在5.5～6.5m。該鐵路路基填料主要是粉質(zhì)黏土，83%的填料粒徑在0.005～0.075mm，另有0.30%左右填料粒徑在0.075～2mm，其余填料粒徑在0.005mm以下。

3.2 K30檢測實驗

（1）方案設(shè)計。為明確地基系數(shù)K30與填土含水量、加載壓力等參數(shù)間的變化關(guān)系，該工程在施工區(qū)域內(nèi)路堤下選擇多個土層開展K30檢測實驗。具體實驗流程為：①分布選取15個測試點，在標準條件下測量填料的K30。②當加載變形時間穩(wěn)定后，測量填料的K30，設(shè)定實驗加載時間間隔為2min，實驗共進行8組。③測定不同預壓荷載條件下填料的K30，預壓荷載在0.02～0.08MPa，變化梯度為0.02MPa。④測定不同含水量條件下填料的K30，共進行2組實驗，以調(diào)整填料是否浸水控制其含水量。

（2）設(shè)備選擇。該K30檢測實驗使用的設(shè)備工具主要是精度等級0.4、最大輸出壓力值為800N/cm2的千斤頂、反力裝置、荷載板、水平尺等。

3.3 實驗結(jié)果分析

（1）實驗一：標準條件下的K30檢測實驗共選取15個測試點，15個測點中，K30的最大值和最小值分別為151.1MPa/m和68.7MPa/m，平均值約為94.4MPa/m。K30達到最大值和最小值的時間分別為8.6min和3.5min，實驗加載的平均穩(wěn)定時間約為5min。（2）實驗二：實驗二共獲取16組測試點數(shù)據(jù)，當加載時間間隔為2min時，得到K30的最大值、最小值和平均值分別為176MPa/m、42.3MPa/m和95.1MPa/m?？梢钥闯觯虞d時間為2min時測得的平均K30與標準條件下的K30數(shù)值相差不大，但兩組實驗的加載時間相差卻非常明顯，分別為5min和2min。由此可以判斷，實驗二的檢測效率要遠高于實驗一。（3）實驗三：實驗三測得K30與預壓荷載間的變化曲線表明，隨著預壓荷載的上升，K30數(shù)值逐漸增加；當預壓荷載達到0.04MPa后，K30的增幅開始增加；當預壓荷載達到0.06MPa后，K30數(shù)值趨于穩(wěn)定。綜合分析可得出測試面與荷載板之間的變形影響。當預壓荷載較小時，荷載板與測試面之間的變形無法被有效抵消，若不做出調(diào)整，測得的K30將偏低。當預壓荷載大小正好消除荷載板與測試面之間的變形時，此時的K30曲線也為正常狀態(tài)，即K30更加貼近真實情況。（4）實驗四：對比發(fā)現(xiàn)，填料浸水后路基的K30較之前有顯著的降低，當填料平均含水率為20.6%時，K30的平均值在61.2MPa/m。

實驗結(jié)果：第一，當改變K30檢測實驗條件時，測得的K30數(shù)值也會發(fā)生變化，當加載時間間隔達到2min時，K30的變化程度不超過5%，但可顯著提高實驗效率。第二，K30結(jié)果與預壓荷載之間關(guān)系密切，且呈現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，綜合看來，預壓荷載在0.04MPa以下為宜。第三，當鐵路路基填料粒徑較小時，其含水率與K30之間負相關(guān)，當填料含水率達到飽和左右時，K30的降低幅度在50%左右。因此在鐵路路基施工中，需重點做好現(xiàn)場排水作業(yè)，確保路基排水性能優(yōu)良。

4 結(jié)論

現(xiàn)場K30檢測實驗的有效開展，能夠為鐵路路基工程施工方案的優(yōu)化及施工質(zhì)量控制提供可靠的理論參考。因此，在開展K30檢測實驗時，應重點做好測試面清潔、測橋支點選擇及曲線繪制方法優(yōu)化等工作，以便得出最真實的K30數(shù)據(jù)，促使鐵路路基工程施工順利開展。