Evd检测技术在客运专线路基施工中的应用

路基的施工质量关系到整个工程的质量、进度和列车运行安全，科学、合理的监控测试方法是保证路基施工的重要措施。在路基工程施工中，土体压实是一个最基本的问题，但仅用密实度指标来检测和判断路基的质量有其局限性。因为路基填土的施工方法不同，含水量的差异和击实标准的差别，相同密实度的土体其力学性能指标有较大差异。因此，在检测密实度的基础上，将强度及变形指标作为反映路基承载力的压实标准，是国内外路基施工质量检测技术的发展方向。传统的强度及变形参数指标通过静态平板荷载试验测得，即检测地基系数K30，而路基实际承受的荷载不仅有静荷载，还有列车运行时对路基产生的动荷载，特别是铁路客运专线，动荷载产生的冲击力对路基的影响更为明显，也就是说，路基的稳定性和变形问题主要是由于动荷载引起的，所以，采用模拟列车运行时产生的动应力及动应变形指标作为路基的填筑质量检测标准将更科学合理、更符合实际情况。
　　1、工程概况
　　武广客运专线设计时速为350km/h，采用无碴轨道形式，其标准高、技术新、科技含量大。路基作为其重要的组织部分，质量检测采用“抗力检测法”，即用强度及变形指标作为路基填土质量控制参数，主要包括Evd、Ev2、K30、n(或K)指标。我单位承建的武广铁路客运专线路基20.908km，设计上Evd、K30、Ev2为必测指标。Evd动态变形模量设计标准为：基床表层55MPa，基床底层40MPa。施工中采用ZORN ZFG-02型Evd动态变形模量测试仪，检测方法按《铁路工程土工试验规程》(TB10102-2004)检测。
　　2、Evd测试的工作原理
　　动态变形模量Evd(dynamic modulus of deformation)是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参数。
　　2.1　工作原理
　　动态变形模量测试仪采用一定质量的落锤，从一定高度自由落下，通过阻尼装置、承载板，对路基产生瞬间的冲击，使路基产生沉陷。也就是采用一定质量的落锤，从一定高度自由落下，模拟列车运行时对路基产生的动荷载效应冲击路基，在冲击能相同的条件下，测试路基的垂直变形值，以此计算路基的动态变形模量Evd指标。从理论上讲，路基碾压越密实，沉陷值越小，路基的动态变形模量Evd值越高；反之，路基的Evd值越低。
　　2.2　计算公式
　　动态变形模量Evd是由落锤冲击施加一定大小和作用时间荷载的平板试验测得的土体变形模量。通常荷板的直径为300mm，锤重为10kg，最大冲击力为7.0kN，荷载脉冲宽度18mm。试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比μ=0.21的情况下，由弹性各项同性半空间体上圆形局部荷载的公式计算动态变形模量：
Evd = 0.79(1-μ2) dσ/S
= 1.5rσ/S = 22.5/s(MPa)
式中：r―承载板的半径，这里为150mm；
σ―路基最大动应力；
S―承载板的沉陷值(mm)；
1.5―承载板形状影响系数。
　　3、动态平板载荷试验仪的主要技术性能参数
　　动态变形模量测试仪主要由落锤仪和沉陷测定仪组成，落锤仪包括：脱钩装置、落锤、导向杆、阻尼装置、承载板等，沉陷测定仪主要包括传感器、放大器、数据处理器、打印机和电源。
　　Evd动态平板荷载试验适用于粒径不大于荷载板直径1/4的各类土和土石混合填料，其主要技术参数为：
　　(1)测试范围满足：10MPa≤Evd≤225MPa；
　　(2)测试深度范围：400～500mm；
　　(3)测试面最大坡度：5%；
　　(4)总重：35kg，落锤重：10kg；
　　(5)最大冲击力：7.07kN
　　(6)承载板直径：300mm；厚度：20mm；
　　(7)冲击持续时间：18±2ms
　　(8)沉陷测试范围：0.20～2.00mm；精度：±5%；
　　(9)环境温度范围：0～40℃；
　　(10)电源：4节5号干电池，2组。
　　4、Evd动态变形模量试验测试方法
　　4.1　测试前的准备工作
　　(1) 测试面应平整，其倾斜面角度≯5°。
　　(2)测试面必须平整无坑洞，使荷载
　　板与地面良好接触，对于粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，可用少量的细中砂来补平。
　　(3)导向杆应保持垂直、光洁。
　　(4)检查仪器标明的落距。
　　(5)试验时测试点必须远离震源。
　　4.2　测试步骤
　　(1)荷载板放置在平整好的测试面上，安装上导向杆并保持其垂直。
　　(2)将落锤提升至挂(脱)钩装置上挂住，然后使落锤脱钩并自由落下，当落锤弹回后将其抓住并挂在挂(脱)钩装置上，按此操作进行三次预冲击。
　　(3)正式测试时按步骤⑵的方式进行三次冲击测试，作为正式测试记录。测试时应避免荷载板的移动和跳跃。
　　(4)储存并打印测试结果。
　　(5) 测试时，应记录每个测点的工程名称、检测部位、试验时间、土的种类、含水率以及相关的参数。
　　4.3　测试结果的输出
　　Evd动态变形模量的测试结果可以通过沉陷测定仪直接打印，也可以与电脑连接，通过专门的数据处理软件打印生成测试报告。
　　5、主要特点
　　动态平板荷载试验是一种新的检测方法，与其他传统的试验方法相比，具有五个特点：
　　(1)用Evd动态平板载荷试验方法检测路基的动态变形模量E