高速铁路路基检测技术.ppt

1、高速铁路路基检测技术高速铁路路基检测技术2024/3/182主要内容主要内容高速铁路路基检测必要性高速铁路路基检测必要性压实系数压实系数K孔隙率孔隙率n地基系数地基系数K30动态变形模量动态变形模量Evd静态变形模量静态变形模量Ev2施工过程中动态检测施工过程中动态检测（FDVK）2024/3/183高速铁路路基检测必要性高速铁路路基检测必要性一方面可以评价路基施工过程一方面可以评价路基施工过程中或竣工后路基的质量，检验中或竣工后路基的质量，检验路基是否达到了设计要求，验路基是否达到了设计要求，验证路基是否具有足够的强度能证路基是否具有足够的强度能够承受列车动荷载的作用，同够承受列车动荷载的作

2、用，同时又具备保证列车安全、舒适时又具备保证列车安全、舒适运行的合理刚度；运行的合理刚度；2024/3/184高速铁路路基检测必要性高速铁路路基检测必要性另一方面，可以了解施工过程另一方面，可以了解施工过程的质量情况，控制施工进度，的质量情况，控制施工进度，促进施工单位改进施工工艺，促进施工单位改进施工工艺，加强施工质量管理，保质保量加强施工质量管理，保质保量地完成施工任务。地完成施工任务。2024/3/185压实系数压实系数K环刀法环刀法灌水法灌水法灌砂法灌砂法气囊法气囊法核子湿度密度仪核子湿度密度仪铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004）20

3、24/3/186孔隙率孔隙率n灌水法灌水法灌砂法灌砂法气囊法气囊法铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004）2024/3/187K K3030平板载荷试验平板载荷试验铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004）地基系数地基系数K K30302024/3/188 地基系数K30是日本和我国在铁路路基检测中常用的方法，是采用单循环荷载试验单循环荷载试验。用单位面积压力除以承压板相应的下沉量表示的（MPa/m），计算时选用的沉降量为0.125cm。以级配碎石或级配砂砾石的基床表层为前提的路堤结构，列车荷载产生的

4、道床压力，通过基床表层结构大致均匀地分布在路堤上部，作用范围比以往采用土质基床表层要大，从压力的传递程度及路堤堤身承受压力的情况看，采用直径为30cm的承压板试验确定路基填土的承载力密实度与列车荷载实际传递状况相接近，比以往的规定要合理。2024/3/189E Evd vd 动态平板载荷试验动态平板载荷试验铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004）动态变形模量动态变形模量E Evd vd 2024/3/1810铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102TB1010220042004）标志着动态变形模量动态变形模量术语E Evd vd

5、符号正式在我国铁路规范中采用动态变形模量动态变形模量 E Evd vd 的定义的定义 动动态态变变形形模模量量E Evd vd（英英文文：dynamic dynamic modulus modulus of of deformationdeformation）是是指指土土体体在在一一定定大大小小的的竖竖向向冲冲击击力力F Fs s和和冲冲击时间击时间t ts s作用下抵抗变形能力的参数。作用下抵抗变形能力的参数。它由平板压力公式它由平板压力公式E Evd vd=1.5=1.5r r/s/s计算得出，计算得出，其中：其中：E Evdvd动态变形模量（动态变形模量（MPaMPa）；）；r r 圆形

6、刚性荷载板的半径（圆形刚性荷载板的半径（mmmm）；）；荷荷载载板板下下的的最最大大冲冲击击动动应应力力，它它是是通通过过在在刚刚性性基基础础上上，由由最最大大冲冲击击力力F Fs s=7.07=7.07KNKN且且冲冲击击时时间间t ts s=18=18msms时标定得到的，即时标定得到的，即 =0.1=0.1 MPa MPa；s s 实测荷载板下沉幅值（实测荷载板下沉幅值（mmmm）；）；1.5 1.5 荷载板形状影响荷载板形状影响系数。系数。实测结果采用公式实测结果采用公式 E Evd vd=22.5=22.5/s/s 计算。计算。E Evdvd动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪基本原

7、理基本原理 利利用用落落锤锤从从一一定定高高度度自自由由下下落落在在阻阻尼尼装装置置上上，产产生生的的瞬瞬间间冲冲击击荷荷载载，通通过过阻阻尼尼装装置置及及传传力力系系统统传传递递给给直直径径300mm的的承承载载板板，在在承承载载板板下下面面（即即测测试试面面）产产生生的的动动应应力力，使使承承载载板板发发生生沉沉陷陷s s 即即承承载载板板振振动动的的振振幅幅，由由沉沉陷陷测测定定仪仪采采集集记记录录下下来来。沉沉陷陷值值s s 越越大大，则则被被测测点点的的承载力越小；反之，越大。承载力越小；反之，越大。承载板落锤阻尼装置传感器路基面2024/3/18131.脱钩装置；2.落锤；3.导向

8、杆4.阻尼装置；5.荷载板；.6.沉陷测定仪E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪 20 20多年的发展历史多年的发展历史2024/3/1815动态变形模量动态变形模量E Evdvd是德国九十年代开始采用的是德国九十年代开始采用的新型路基压实质量标准，从研究开发至今已新型路基压实质量标准，从研究开发至今已有近二十年的历史。有近二十年的历史。动态变形模量动态变形模量E Evdvd标准首先应用于道路建设、标准首先应用于道路建设、路面垫层、管道和电缆沟槽、渠道、基础回路面垫层、管道和电缆沟槽、渠道、基础回填等工程。填等工程。19971997年年2 2月德国颁布执行的月德国颁布执行的德

9、国铁路建设轻德国铁路建设轻型落锤仪使用规定型落锤仪使用规定（NGT39NGT39）标志着）标志着动态变动态变形模量形模量E Evdvd标准开始在铁路工程中正式采用。标准开始在铁路工程中正式采用。关于关于国外国外EvdEvd发展情况的说明：发展情况的说明：2024/3/1816动态变形模量动态变形模量E Evdvd 标准的最大特点是能够标准的最大特点是能够反映列车在高速运行时产生的动应力对路反映列车在高速运行时产生的动应力对路基的真实作用状况。基的真实作用状况。19991999年年1212月月2020日颁布执行的德国铁路规范日颁布执行的德国铁路规范DS836DS836.0501.0501中，按路

10、基结构形式、设计速中，按路基结构形式、设计速度、填土种类、工程部位的不同，明确规度、填土种类、工程部位的不同，明确规定了各种情况下的定了各种情况下的动态变形模量动态变形模量E Evdvd的设计的设计标准值，其中，设计速度标准值，其中，设计速度300km/h300km/h的高速的高速铁路路基基床表层的铁路路基基床表层的E Evdvd设计标准为设计标准为50MPa50MPa。关于关于国外国外EvdEvd发展情况的说明：发展情况的说明：2024/3/18172024/3/18182024/3/18192024/3/18202024/3/18212024/3/1822国际上广泛采用的是国际上广泛采用的

11、是德国德国HMPHMP公司公司生产的生产的LFGLFG型型EvdEvd动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪，亦称，亦称“轻轻型落锤仪型落锤仪”（LFGLFG是是“轻型落锤仪轻型落锤仪”的德文的德文缩写），该仪器从开发应用至今己有缩写），该仪器从开发应用至今己有2020多多年的历史，仪器的性能、质量、功能以及年的历史，仪器的性能、质量、功能以及软件已相当完善，居国际领先地位。软件已相当完善，居国际领先地位。德国德国LFGLFG型型EvdEvd动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪在我国在我国有有2020多台多台已用于已用于秦沈客运专线秦沈客运专线、新长线新长线、宁启线宁启线、渝怀线渝怀线、京沪高速

12、铁路昆山试验京沪高速铁路昆山试验段段、胶济线胶济线、武九线武九线、郑徐线郑徐线、滨洲线滨洲线、浙赣线浙赣线、宜万线宜万线、津浦线津浦线、大秦线大秦线等新线等新线和既有线的建设与改造中。和既有线的建设与改造中。关于关于国外国外EvdEvd发展情况的说明：发展情况的说明：2024/3/1823关于关于国内国内EvdEvd研究情况的说明：研究情况的说明：1999年铁道部立项的科技研究开发计划项目“秦沈客运专线路基关键技术研究（D）施工质量监控测试仪器的研制（合同编号99G13）”由石家庄铁道学院、铁道建筑研究设计院、铁道部科学研究院三家分别研制出三套不同的路基施工质量检测仪器样机：2024/3/18

13、24关于关于国内国内EvdEvd研究情况的说明：研究情况的说明：石家庄铁道学院 路基施工质量监控仪铁道建筑研究设计院 动态变形模量测试仪铁道部科学研究院 路基动刚度仪2024/3/1825关于关于国内国内EvdEvd研究情况的说明：研究情况的说明：经过了3年的研究，作为科研课题，于2002年3月通过了铁道部科技成果鉴定。三台样机从设计原理、测试参数和结构构造上都截然不同：2024/3/1826关于关于国内国内EvdEvd研究情况的说明：研究情况的说明：石家庄铁道学院路基施工质量监控仪检测的是波速VR；铁道建筑研究设计院动态变形模量测试仪检测的是动态变形模量Evd，原理与德国的LFGLFG型Ev

14、dEvd动态变形模量测试仪相同；2024/3/1827关于关于国内国内EvdEvd研究情况的说明：研究情况的说明：铁道部科学研究院路基动刚度仪名义上检测的是动刚度，但实际上的测试参数的定义和符号均没有明确提出，外型上虽然与动态变形模量测试仪相似，而实际上设计原理有本质的区别。它只是简单地把动应力和动位移的比值作为它的检测参数，但按该样机实际测出的动应力并不是真实的动应力和动位移。2024/3/1828关于关于国内国内EvdEvd研究情况的说明：研究情况的说明：目前，三台样机均还没有国产化产品，其原因是：石家庄铁道学院研制的路基施工质量监控仪所测的波速VR、铁道部科学研究院研制的路基动刚度仪所测

15、的动刚度参数和试验方法均没有纳入规程、规范，还有待于进一步研究。铁道建筑研究设计院研制的动态变形模量测试仪由于元器件的精度、制造工艺水平及标定手段所限，目前还不具备产品化条件。E Evdvd检测设备E Evdvd 动态变形模量测动态变形模量测试仪试仪 E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪 用途：监控检测土体承载力指标动态变形模量E Evdvd和地基系数K K30 30。适用范围：铁路、公路、机场、城市交通、港口码头、工业与民用建筑的地基施工质量监控测试。特点体积小、重量轻、便于携带体积小、重量轻、便于携带安装及拆卸方便、操作简便安装及拆卸方便、操作简便自动化程度高、测试速度快

16、自动化程度高、测试速度快性能稳定、测试精度高性能稳定、测试精度高检测费用低检测费用低适应范围广适应范围广环保型，无核辐射、废气等污环保型，无核辐射、废气等污染染动载测试符合土体实际受力状动载测试符合土体实际受力状况况 E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪 主要结构组成加载装置加载装置 挂（脱）钩装置挂（脱）钩装置(带水准泡带水准泡)导向杆导向杆 落锤落锤 阻尼装置阻尼装置荷载板荷载板 圆形钢板圆形钢板 传感器传感器沉陷测定仪沉陷测定仪(存储、与电脑连接存储、与电脑连接)打印机打印机 E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变形模量测试仪E Evdvd 试验前的准备平整测试面平

17、整测试面放置荷载板放置荷载板加载装置在荷载板上加载装置在荷载板上就位就位用测量电缆将沉陷测用测量电缆将沉陷测定仪与荷载板连接定仪与荷载板连接松开搬运锁松开搬运锁 E Evdvd 试验步骤打开沉陷测定仪电源打开沉陷测定仪电源使导向杆保持垂直使导向杆保持垂直进行三次预冲击进行三次预冲击连续三次冲击测试连续三次冲击测试显示三次测试的沉陷显示三次测试的沉陷值值S S1 1、S S2 2、S S3 3显示三次平均沉陷值显示三次平均沉陷值S Smm和动态变形模量值和动态变形模量值E Evdvd储存并打印测试结果储存并打印测试结果 E Evdvd 测试演示测试演示 E Evd vd 动态变形模量测试仪动态变

18、形模量测试仪 标标 定定 德国道路建设岩土测试德国道路建设岩土测试工程规范工程规范(TB BF-StB(TB BF-StB Part B 8.3)1997Part B 8.3)1997年颁年颁布授权的测试标定机构布授权的测试标定机构出厂前标定出厂前标定每年标定一次每年标定一次修理后标定修理后标定 使用者使用者每三个月校验标定记录每三个月校验标定记录中的落锤落距中的落锤落距E Evdvd相关规范相关规范国内国内1、铁路工程土工试验规程(TB10102-2004)2、铁路路基工程施工质量验收标准（TB10414-2003，J285-2004）3、京沪高速铁路设计暂行规定（2004修订版）4、京沪高

19、速铁路路基施工暂行规定（2004在编）5、京沪高速铁路路基工程施工质量验收暂行标准（2004在编）6、铁路工程质量检测技术手册（2004在编）国外国外德国铁路建设轻型落锤仪使用规定（NGT39）德国道路建设土方工程补充合同技术条款和规定（ZTVE-StB94)德国土方工程基层补充合同技术条款（ZTVE-StB95)德国交通行业开挖工程补充合同技术条款和规定（ZTVE-StB97)Evd与与K30的相关性试验结果的相关性试验结果 (相关系数）相关系数）现场现场 室内室内细粒土细粒土:0.926 0.9670.926 0.967粗粒土粗粒土:0.913 0.926:0.913 0.926碎石土碎石

20、土:0.915 0.946:0.915 0.946级配碎石级配碎石:0.915 0.947:0.915 0.947 Evd与与K30的相关关系式的相关关系式细粒土细粒土:K K30 30 =3.45=3.45 E Evdvd +0.1 +0.1 粗粒土粗粒土:K K30 30 =3.33=3.33 E Evdvd +6.09+6.09碎石土碎石土:K K3030 =3.10=3.10 E Evdvd +14.3+14.3级配碎石级配碎石:K K30 30 =3.49=3.49 E Evdvd +14.4+14.4 摘自摘自铁路工程土工试验规程铁路工程土工试验规程（TB10102-2004TB1

21、0102-2004）京沪高速铁路设计暂行规定E Evd vd 的相关规定表表4.2.2-1级配碎石基床表层的压实标准级配碎石基床表层的压实标准填料厚度（m）压实标准备注地基系数K30（MPa/m）动态变形模量动态变形模量E Evdvd（MPa）孔隙率n级配碎石0.71905518%路堤级配碎石0.551905518%当为软质岩、强风化的硬质岩及土质路堑时中粗砂0.1513045注：基床表层的K30、Evd、n 三项指标要求同时检测，均必须满足压实标准。填料厚度（m）压实标准地基系数K30（MPa/m）动态变形模量动态变形模量E Evdvd（MPa）孔隙率n级配砂砾石0.71905518%表表4

22、.2.2-3级配砂砾石基床表层的压实标准级配砂砾石基床表层的压实标准京沪高速铁路设计暂行规定E Evd vd 的相关规定注：基床表层的K30、Evd、n 三项指标要求同时检测，均必须满足压实标准。过渡段级配碎石填筑标准过渡段级配碎石填筑标准：K K3030150MPa/m E Evdvd50MPa n n 28%京沪高速铁路设计暂行规定E Evd vd 的相关规定E Evdvd 主要应用于以下两个方面：主要应用于以下两个方面：一、铁路新线建设、既有线提速改造建设一、铁路新线建设、既有线提速改造建设 依据铁路工程土工试验规程 （TB10102-2004）、铁路路基工程施工质量验收标准 （TB10

23、414-2003，J285-2004）将“EvdEvd动态平板载荷试验”作为“K30K30平板载荷试验”的快速试验方法，根据EvdEvd与K30K30的相关关系式，由由Evd Evd 测试值推算出测试值推算出K30 K30 值值。E Evdvd 主要应用于以下两个方面：主要应用于以下两个方面：二、高速客运专线铁路建设二、高速客运专线铁路建设 依据京沪高速铁路设计暂行规定 京沪高速铁路路基施工暂行规定京沪高速铁路路基工程施工质量验收暂行标准 可将通过“Evd Evd 动态平板载荷试验”取得的动态变形模量Evd Evd 值直接用于评判路值直接用于评判路基的压实质量。基的压实质量。E Evdvd 在

24、既有铁路提速改建中的应用特点在既有铁路提速改建中的应用特点 胶济线、郑徐线、武九线、浙赣线的应用表明：时间优势时间优势检测速度快检测速度快 既有线在不间断运营的情况下，行车密度大，K K3030检测一点需要3060分钟，而E Evdvd只需要23分钟。仪器优势仪器优势小型、便携小型、便携 既有线道碴已存在，检测E Evdvd只需扒开直径30cm的面积即可，而K K3030基准杆还需要较大的地方、加载装置也需要较大的空间。经济优势经济优势检测费用低检测费用低 E Evdvd检测中不需要额外的大吨位加载装置，避免了台班费用，操作只需一个人即可，减少了人工费用。安全优势安全优势易于快速撤离易于快速撤

25、离 既有线在不间断运营的情况下，行车密度大，E Evdvd仪器重量轻，一个人就可以提起并快速撤离。LFGLFG型型E Evdvd 在我国铁路中的应用既有线提速改建既有线提速改建（胶济线、郑徐线、武九线、胶济线、郑徐线、武九线、浙赣线、浙赣线、呼准线、滨洲线、津浦线、大秦线呼准线、滨洲线、津浦线、大秦线）新建高速铁路（新建高速铁路（京沪高速昆山试验段京沪高速昆山试验段）新建客运专线（新建客运专线（秦沈客运专线秦沈客运专线）新建普速铁路（新建普速铁路（新长线、宁启线、渝怀线、宜新长线、宁启线、渝怀线、宜万线、烟大线万线、烟大线 ）京沪高速昆山试验段路基京沪高速昆山试验段涵洞路基过渡段E Evdvd

26、在胶济线的使用20042004立项、立项、20052005开工开工9条客运专线铁路工程武广、郑西、石太武广、郑西、石太京津、合宁、合武京津、合宁、合武温福、福厦、甬温温福、福厦、甬温规定规定E Evdvd作为作为基床表层和过渡段的压实标准基床表层和过渡段的压实标准京沪高速铁路设计暂行规定E Evd vd 的相关规定表表4.2.2-1级配碎石基床表层的压实标准级配碎石基床表层的压实标准填料厚度（m）压实标准备注地基系数K30（MPa/m）动态变形模量动态变形模量E Evdvd（MPa）孔隙率n级配碎石0.71905518%路堤级配碎石0.551905518%当为软质岩、强风化的硬质岩及土质路堑时

27、中粗砂0.1513045填料厚度（m）压实标准地基系数K30（MPa/m）动态变形模量动态变形模量E Evdvd（MPa）孔隙率n级配砂砾石0.71905518%表表4.2.2-3级配砂砾石基床表层的压实标准级配砂砾石基床表层的压实标准京沪高速铁路设计暂行规定E Evd vd 的相关规定注：基床表层的K30、Evd、n 三项指标要求同时检测，均必须满足压实标准。过渡段级配碎石填筑标准过渡段级配碎石填筑标准：K K3030150MPa/m E Evdvd50MPa n n 28%京沪高速铁路设计暂行规定E Evd vd 的相关规定2024/3/1854静态变形模量静态变形模量EvEv2 2202

28、4/3/1855 静态变形模量Ev2是西欧、北美等国已广泛使用的铁路路基压实检测方法。在荷载板试验应用过程中，常用的加载方式有单循环静载和二次循环静载。单循环静载是按每级40kPa加载，当每级加载完成后，每间隔一分钟读取百分表一次，直至两次读数符合沉降稳定要求，才能转到下一级荷载，直至试验最大荷载为止。二次循环静载也是按每级40kPa加载，分级加载到最后一级荷载的沉降稳定后，开始卸载，卸载梯度按最大荷载的0.5或0.25倍逐级进行，全部荷载卸除后记录其残余变形，之后又开始另一加载循环。采用d=30cm的荷载板试验计算变形模量时，荷载一直加到沉降值达5mm或承压板正应力达到0.5MPa为止。2024/3/1856静态变形模量静态变形模量 Ev2为了更有效地分析土的变形性质和承载能力，德国标准德国标准采用了二次循环静载法二次循环静载法，其结果采用静态变形模量Ev2表示 2024/3/18572024/3/1858静态变形模量静态变形模量Ev2 Ev2 测试仪测试仪德国HMPHMP公司专业制造执行DIN 18 134标准2024/3/1859静态变形模量静态变形模量Ev2 Ev2 测试仪测试仪德国HMPHMP公司专业制造