動態變形模量測試儀是采用一定質量的落錘,從一定高度自由落下,通過阻尼裝置、承載板,對路基產生瞬間的沖擊,使路基產生沉陷。也就是采用一定質量的落錘,從一定高度自由落下,模擬列車運行時對路基產生的動荷載效應沖擊路基,在沖刷能相同的條件下,測試路基的垂直變形值,以此計算路基的動態變形模量Evd指標。根據公式(1-2)計算的動態變形模量值即代表被測點的承載力。從理論上講,路基碾壓越密實,沉陷值越小,路基的動態變形模量Evd值越高;反之,路基的Evd值越低。
3.3 動態變形模量測試儀技術參數的確定
公式(1-1)中動應力(沖擊力)σ是由落錘的落高和阻尼裝置控制,它的大小及延時時間要符合列車高速運行時對路基產生的沖擊力,“暫規”中規定,路基最大設計動應力為0.1MPa。動態變形模量測試儀的測試深度,即落錘自由下落對路基產生的沖擊影響深度,也是該測試儀的主要技術指標和研究內容之一。落錘的質量和落高是決定沖擊影響深度的主要因素,落高一定時,落錘越重,影響土體的深度越深,反之則越淺。但對于便攜式測試儀來說,落錘太重,不便于攜帶。所以在研制時,采用直徑為300mm的承載板,10kg的落錘。落錘從一定高度自由落下,通過阻尼裝置、承載板對路基產生沖擊,再通過在土體中不同深度處分層埋設壓力傳感器的試驗方法,測試沿土層深度方向錘擊能量衰減的程度,來確定沖擊影響深度。根據測試數據分析,錘擊能量的大部分(約70%)消耗在40cm厚的土層內。因此可以得出落錘沖擊路基的影響深度為40~50cm,滿足路基施工中每層填土碾壓后30cm的分層檢測要求。
用動態變形模量測試儀檢測路基的承載力,與動力觸探法檢測路基的承載力相比,它們的相似之處在于:它們都是采用一定質量的落錘,以一定高度自由落下。但兩者的檢測原理和檢測方法完全不同:動力觸探設備簡單,操作方便,檢測速度快,但影響檢測結果的因素較多,如探桿側壁摩擦阻力的影響、地下水的影響、探桿的連接剛度等,是一種較為粗略的定性方法;而動態變形模量的檢測方法是采用電子技術獲得路基填筑信息或數據的一種先進的檢測方法,可直接測得路基在動荷載作用下所發生的力和變形的參數,即動態變形模量。
4動態變形模量測試驗儀的主要技術性能參數及適用范圍[8]
1.測試范圍滿足:10MPa<Evd<225MPa;
2.測試深度范圍:400~500mm;
3.測試面最大坡度:5%;
4.總重:35kg,落錘重:10kg;
5.最大沖擊力:7.07kN;沖擊持續時間:18±2ms
6.承載板直徑:300mm;厚度:20mm;
7.沉陷測試范圍:(0.1~2.0)mm±0.05mm
8.環境溫度范圍:0~50℃;
9.電源:4節1.2V,700mAh鎳鎘
電池或12V汽車電力供電
適用范圍:Evd動態變形模量測試儀適用于粒徑不大于荷載板直徑1/4的各類土和土石混合填料,測試有效深度范圍為400~500mm。它廣泛適用于鐵路、公路、機場、城市交通、港口、碼頭及工業與民用建筑的地基施工質量監控測試。也能適用于場地狹小的困難地段的檢測,如路橋(涵)過渡段及路肩的檢測。
5結論與建議
動態平板荷載試驗方法與動態變形模量測試儀的應用,真正實現了路基承載力檢測方法的大幅度減化,試驗結果更符合實際,檢測速度、效率大幅度提高,經濟效益和社會效益顯著提高。
采用動態變形模量來評價路基的壓實效果和施工質量,更符合路基土體實際受力特性,更科學合理,是國內外路基施工質量檢測技術的發展方向。目前車輛超載超限情況嚴重,公路發生沉陷、縱向裂縫等病害主要原因是由于路基施工強度不足引起的,所以公路路基工程有必要在檢測密實度的基礎上,將動態變形模量作為反映路基承載力的壓實標準,將土的物理指標和力學指標配合使用,確保路基強度和穩定。
參考文獻
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[5]鐵建設(2005)140號,新建時速200-250公里客運專線鐵路設計暫行規定(上、下)
[6]鐵建設函(2005)754號,客運專線無渣軌道鐵路設計指南
[7]高大釗,袁聚云.土質學與土力學.人民交通出版社,2003
[8]動態變形模量測試儀ZFG02操作手冊
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