铁路工程土工试验

中铁五局工程试验检测 中心/贵州铁建
• 灌砂法、灌水法的适用范围 • 灌砂法适用于最大粒径小于20mm的土的密 度的测定。 • 灌水法适用于最大粒径小于60mm的土的密 度测定。
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• 颗粒密度试验应根据土粒不同粒径，分别 采用下列方法： • 1、粒径小于5mm的土采用量瓶法； • 2、粒径等于大于5mm的土，其中大于 20mm的颗粒含量少于10%时用浮称法，多 余10%时用虹吸筒法； • 3、当土中同时含有5mm以上和以下的颗粒 时，应分别采用以上方法测定，然后根据 比例进行计算。
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界限含水率中圆锥下沉深度与含水 率关系曲线图的绘制
• 界限含水率试验中要求以含水率为横坐标、 圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸 上绘制关系曲线。 • 可以在电脑上通过电子表格excel来实现。
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K30载荷试验
• 定义：采用直径为30cm的荷载板测定下沉 量为1.25mm地基系数的试验方法。计量单 位为MPa/m。 • 地基系数概念：指以某一下沉量除与其相 对应的荷载强度所得的值，通常以标准值 K30作为标记。 • 我国自1985年从日本JISA1215《公路的平 板荷载试验方法》中引进该指标，已经广 泛应用于铁路、机场、公路等建设项目。
• 沉陷测试范围：0.1~2.0mm±0.05mm • Evd测试范围：10MPa~225MPa
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现场操作
• 测试前的准备工作： 整平测试面，使荷载板与地面良好接触； 检查仪器标明的落距
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• 测试步骤： • 将落锤提升至挂钩装置上挂住，保证导向 杆竖直，使落锤脱钩并自由落下，当落锤 弹回时将其抓住并挂在挂钩上。按此操作 进行三次预冲击。 • 按上面的方法进行三次冲击测试，作为正 式测试记录。测试时应避免荷载板的移动 和跳跃。 • 测试时应记录土的种类、含水率等相关参 数。
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• 校正后试样的最优含水率
' ωopt = ωopt (1 − Ps) + Psω x
• ωopt——粒径小于5mm、20mm和40mm的试样试验所得的最优含水率
（%）。
• ωx——粒径大于5mm、20mm和40mm颗粒吸着含水率（%）。（饱和
面干状态下时的含水率）
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• 3）在操作规范中没有对荷载的稳定进行判 定。在操作中，随着地基变形或者是设备 方面的其他问题，在持荷过程中必然存在 荷载降低的现象，荷载下降多少幅度时wenku.baidu.com 要进行调整，操作规范没有进行规定。这 种情况下，会造成操作者频繁进行荷载调 整，对荷载板形成多次的冲击，加大沉降 变形量，造成K30值较实际值偏低；或者是 不及时进行荷载补充，造成实际荷载偏低， K30值较实际值偏高。
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• 击实试验中，当试样中粒径大于各方法相应最大粒径的 颗粒质量占总质量的5％～30％时，其最大干密度和最 优含水率应进行校正。 • 校正后试样的最大干密度
ρ
'
d max
=
1 1 − ps
ρ d max
+
ρa
ps
• PS－－试样中粒径大于5mm、20mm或40mm的颗粒含 量的质量分数。 • ρa粒径大于5mm 、20mm或40mm的颗粒毛体积密度。
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• 《铁路工程土工试验规程》中对K30平板载荷试验 仪的校验作出了规定，并制定了相应的校验方法。 规定K30平板载荷试验仪校验周期：在新仪器使用 的前三个月内，应每月校验标定一次，以作出相 应的误差修正，当三次标定的误差小于±5%，即 认为仪器已进入稳定期，但仪器每次投入新工点 使用前或每年必须予以校验一次。 • 并规定K30平板载荷试验仪校验的技术条件，应符 合下列规定：试验仪配置的压力表、百分表（或 电子数显表）应定期送检进行计量标定；试验仪 液压系统应不漏油；用于校验的压力支架或压力 机的承载能力应大于50kN；用于校验的压力机的 计量误差应小于10N，压力传感器计量误差应小 于5N。
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• 《铁路路基工程施工质量验收标准》 （TB10414-2003）中规定各种土类，每填 高0.9m进行地基系数的检测。《客运专线 铁路路基工程施工质量验收暂行标准》 （铁建设[2005]160号）中规定基床底层及 以下普通填料填筑质量，每填高约90cm抽 样检验地基系数K30，基床表层以下过渡段 级配碎石填层压实，每填高约60cm抽样检 验地基系数K30，基床表层级配碎石每压实 层进行地基系数检验。以上规定也与《铁 路工程土工试验规程》中的测试有效深度 范围相冲突。
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• 由于K30的荷载板直径只有300mm，从试验规程 规定来看，K30适用的土粒直径最大为75mm。在 《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB104142003）中规定对于块石类混合料，应采用地基系 数K30控制压实质量。另外还规定填石路堤填筑层 K 压实质量采用K30试验检验。从《铁路路基施工规 范》（TB10202-2002）附录B可知，块石类土指 粒径大于200mm颗粒超过总质量50%的土，颗粒 粒径远远大于75mm，即块石类土采用K30试验方 法进行地基系数的测定并不合适。
铁路工程土工试验
依据《铁路工程土工试验规程》 TB10102-2004
常用试验
• • • • • • • • • 含水率试验 密度试验 颗粒密度试验 颗粒分析试验 界限含水率试验 无侧限抗压强度试验 击实试验 K30、Evd平板载荷试验 、 平板载荷试验 Ev2平板载荷试验 平板载荷试验
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Evd仪器设备
• 动态变形模量测试仪由加载装置、荷载板 和沉陷测定仪三部分组成。 • 落锤重：10kg • 最大冲击力：7.07kN • 冲击持续时间：18±2ms
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• 主要应注意规程对各个试验方法的精度要 求及其适用条件。 • 同时应注意铁路规程与国标、公路规程中 相关规定的区别。 • 个别试验中的数据处理方法（如界限含水 率试验中双对数曲线绘图的问题） • 各种试验之间均有联系，并不是孤立的。 返回
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• 含水率试验中土样烘干的温度和时间问题 • 一般土样，105～110℃；有机质含量超过5 ％或土中含有石膏和硫酸盐时，温度控制 在65～70 ℃。 • 粉土、黏性土烘干时间不少于8h；砂类土 不少于6h；砾、碎石类土不少于4h。
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适用范围
• 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，测试有效深度范围为 400~500mm。
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Evd试验场地及环境条件要求
• 测试面宜水平，其倾斜度不大于5度。 • 测试面必须平整无坑洞，对于粗粒土或混 合料造成的表面凹凸不平，可用少量细中 砂来补平。 • 试验时测试点必须远离震源。
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图1 平板载荷仪组成示意图 1-荷载板 2-千斤顶 3-加长杆 4-调节丝杆 5-球铰座 6-手动液压泵 7-油压表 8-测桥 9-百分表 10-百分表支架 11-测桥支撑座
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• 日本的k30平板载荷试验
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Evd动态平板载荷试验
• 定义：动态平板载荷试验是通过落锤试验和沉陷 测定来直接获取土体动态特性的承载力指标动态 变形模量，以Evd表示，其计量单位为MPa。 • 本试验主要是参照德国1997年颁布的《道路施工 岩土试验技术规程——采用轻型落锤仪进行动态 平板载荷试验》（TPBF-StB Teil B8.3）和德国 1997年的补充修订版《轻型落锤仪在铁路施工中 的使用准则》（DR－A2015），并结合铁道部 1999年科技研究开发计划项目“秦沈客运专线路 基关键技术研究——施工质量监控测试仪器的研 制”的科技成果而编制。
仪器设备
• 《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004）参照德国 41-T121和1-T121/A平板荷载试验仪，结合国内现有标准， 对试验的主要仪器设备作了如下规定： • 荷载板：荷载板为圆形钢板，其直径为30cm，板厚25mm。 荷载板上应带有水准泡。 • 加载装置：测压表量程应达到最大试验荷载的1.25倍，精 度不低于0.6级。使用测力计直接测量加荷荷载时，测力 计精度应达到1%。 • 下沉量测量装置由测桥和测表组成，测桥是用于安装测表 固定支架或作为测表量测基准面，由长度大于3m的支撑 梁和支撑座组成，当跨度为4m时其截面系数应大于或等 于8cm3。测表宜配置3~4个精度为0.01mm的百分表或电 子数显百分表，量程应不小于10mm。
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现场操作
• 1）反力装置的支撑点必须距荷载板外侧边缘1m 以外。 • 2）测桥支撑座应设置在距离荷载板外侧边缘及反 力装置支撑点1m以外，测表的安放必须相互对称， 1m 并且应与荷载板中心保持等距离。 • 3）加载：以0.04MPa的增量，逐级加载，每增加 一级荷载，当1min的沉降量不大于该级荷载产生 的沉降量的1%时，读取荷载强度的和下沉量读数， 然后增加下一级荷载。
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• 在过渡段掺水泥的级配碎石中多采用K30作 为控制指标，由于水泥的硬化作用，应对 其检测时间做详细规定，或则采用其他指 标进行控制。另外，由于水泥是均匀拌合 在混合料中，其并不光是表面硬化，故采 用下挖法也不可能消除掉表面状态的影响。
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• 现场仍然有很多不满足要求的设备在使用， 主要表现为荷载板无水准泡，也未配备水 平尺，不能保证荷载板竖直传力；测桥不 规范，现场多采用2个百分表进行荷载板沉 降量测量，无法保证所测沉降量为荷载板 中心沉降量；千斤顶油压表精度多为1.0或 1.5级，不满足精度要求，在加荷过程中， 一些荷载值需要靠估读，无法保证试验数 据准确性。（见图2）
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常见问题
• 适用范围，主要表现在现场的应用和相关 规范条文之间的不符合上。 • 仪器设备，主要表现在设备不符合规范要 求。 • 现场操作不规范。
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适用范围
• 《铁路工程土工试验规程》中规定：K30平 板载荷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，测试有效深 度范围为400~500mm。 • 对于粗、细粒均质土，宜在压实后2~4h内 开始进行；对于水分挥发快的均粒砂，表 面结硬壳、软化、或因其他原因表层扰动 的土，平板载荷试验应置于扰动带以下进 行。
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• 1）在采用规程条文说明中的测桥形式（见图1）时，测桥 支撑座与反力装置支撑点间距不易满足。 • 2）在加载过程中，规程要求对每一级荷载作用下的变形 进行稳定判断，在实际操作中该条款存在一些不明确之处。 第一，该级荷载产生的沉降量在何时读取？是否包括持荷 时间里面的沉降量？第二，持荷时间如何计算？另外，从 现场实际操作来看，初始几级荷载作用下沉降量会小于 1mm，如果按照判稳条件的要求，那么沉降量测表的读数 精度应达到0.0001mm才能满足要求，规范中对设备的相 关规定并不能满足该要求。 • 而在实际操作过程中，大多在每一级荷载施加完成后，立 即读取沉降量，没有变形是否稳定进行判断，导致测量所 得地基系数K30值比实际值偏大。