路基动态平板载荷Evd试验检测方法
一公司中心试验室
提要
本文介绍了动态变形模量测试仪的工作原理，通过动态平板载荷试验对土体动力特性进行研究，来检测和判断路基的质量。
一、概述
路基的施工质量关系到整个工程的质量、进度和行车安全，科学、合理的监控测试方法则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的差异。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载荷试验测得，即检测地基系数K30，而路基实际承受的荷载不仅有静荷载，还有汽车运行时对路基产生的动荷载。特别是高速公路，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，采用模拟汽车运行时产生的动应力及动应变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。在铁路建筑行业，已经研制出了DBM型动态变形模量测试仪，它主要用于测试土体的承载力指标——动态变形模量Evd和地基系数K30。动态变形模量检测方法也已纳入铁道部行业标准《铁路工程土工试验规程》。但在公路建设中，这项研究才刚开始。
二、动态变形模量测试仪的工作原理
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。
动态变形模量测试仪的工作原理是：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，模拟汽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。根据平板压力公式，动态变形模量可按下式计算：
Evd= (MN/m2)
式中：—承载板形状影响系数；
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）。
此公式表示按照弹性各向同性半空间理论,并假定横向变形系数υ=时，圆形刚性板在竖向集中荷载作用下的地面沉陷。
根据公式计算的动态变形模量值即代表被测点的承载力。冲击力（动应力）由落锤的落高和阻尼装置控制，它的大小及延时时间要符合汽车高速运行时对路基产生的冲击力，“暂规”中规定，路基最大设计动应力为。路基在动应力作用下，产生的沉陷值，即路基产生的垂直变形值由沉陷测定仪测得。沉陷测定仪的工作原理是：落锤自由落下对路基产生的震动信号经传感器、放大器、低通滤波器、采样保持器输入到模/数转换器（A/D转换器）进行模数转换，再由单片微机进行数据处理，最后由液晶显示器（LCD）显示和打印机打印测试结果。
动态变形模量测试仪的测试深度，即落锤自由下落对路基产生的冲击影响深度，也是该测试仪的主要技术指标和研究内容之一。落锤的质量与落高是决定冲击影响深度的主要因素，落高一定时，落锤越重，影响土体的深度越深，反之则越浅。但对于便携式测试仪来说，落锤太重，不便于携带。所以在研制时，采用直径为30cm的承载板,10kg的落锤。落锤从一定高度自由落下，通过阻尼装置、承载板对路基产生冲击，再通过在土体中不同深度处分层埋设压力盒的试验方法，测试沿土层深度方向锤击能量衰减的程度，来确定冲击影响深度。根据测试数据分析，锤击能量的大部分（约70％）消耗在40cm
厚的土层内。因此可以得出落锤冲击路基的影响深度为40～50cm，满足路基施工中每层填土碾压后30cm后的分层检测要求。
用动态变形模量测试仪检测路基的承载力，与动力触探法检测路基的承载力相比，它们的相似之处是：它们都是采用一定质量的落锤，以一定高度自由落下。但两者的检测原理和检测方法完全不同：动力触探设备简单，操作方便，检测速度快，但影响检测结果的因素较多，如探杆侧壁摩擦阻力的影响、地下水的影响、探杆的连结刚度等，是一种较为粗略的定性方法；而动态变形模量的检测方法是采用电子技术获得路基填筑信息或数据的一种先进的检测方法，可直接测得路基在动荷载作用下所发生的力和变形的参数，即动态变形模量。
三、动态平板载荷试验仪的主要技术性能参数及适用范围
1、测试范围满足:10MPa≤EVd≤125MPa；
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：；
6、承载板直径：300mm；厚度：20mm；
7、沉陷测试范围：～；精度:±5％；
8、环境温度范围：0～40℃；
9、电源：4节5号干电池，2组。
适用范围：Evd动态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。
它广泛适用于铁路、公路、机场、城市交通、港口、码头及工业与民用建筑的地基施工质量监控测试。也能适用于场地狭小的困难地段的检测，如路桥（涵）过渡段及路肩的检测。它适用于最大粒径小于63mm的土类以及土石混合料。
四、主要特点
动态平板载荷试验是一种新的检测方法，与其它传统的试验方法相比，具有以下特点：
1、测试速度快，检测一点只需约3分钟。在检测数量不变的情况下，可以缩短检测时间，不影响施工进度；在相同的检测时间内，可以增加检测数量，使测试数据更全面、更有代表性；施工中可以随时跟踪检测，发现问题及时处理，真正实现施工过程中的质量监控。
2、操作简便、自动化程度高、减轻试验人员的劳动强度。测试结果数字显示并自动打印，使试验数据更准确、客观，避免了人工读表、记录、绘图、计算产生的误差。
3、仪器体积小、重量轻、安装拆卸方便、便于携带。仪器总重35kg，最大单件重15kg，不需要额外的加载设备。
4、适用范围广。该仪器适用的填料种类范围与静态平板载荷试验（K30）相同；在路基的狭窄、困难地段，如路基与桥涵过渡段、边坡附近的检测也非常方便、适用。
5、模拟高速汽车对路基产生的动应力进行动载测试，更能反映土体的实际受力情况。特别适合受动荷载作用的铁路、公路、机场及工业建筑的地基施工质量监控。
6、环保型产品，无辐射及废气等污染。
五、应用情况
动态变形模量测试仪于1999年10月开始在秦沈客运专线、新长线路基试验段等路基施工中试用，对细粒土、粗粒土、碎石土及级配碎石4类填料进行了动态变形模量Evd与地基系数K30的现场对比试验，共采集了七百多组数据。根据现场的试验数据统计计算，细粒土、粗粒土、碎石土及级配碎石的Evd值与K30的相关关系分别为：、、和，Evd与K30之间具有较好的相关性。所以，根据某种条件下对同类性质的土的Evd与K30的相关关系，可以推算出测试点的地基系数K30值。
Evd在铁路中已应用于以下工程：既有线提速改建（胶济线、郑徐线、武九线、浙赣线），新建高速铁路（京沪高速昆山试验段），新建客运专线（秦沈客运专线），新建普速铁路（新长线、宁启线、渝怀线）。高速铁路中Evd直接作为基床表层和过渡段的压实指标，与K30同时作为必检指标。
动态平板载荷试验方法与动态变形模量测试仪的应用，将真正实现路基承载力的检测方法的大幅度减化，试验结果更符合实际，检测速度、效率大幅度提高，经济效益和社会效益显着提高，受到建设、监理和施工单位的好评。
六、结论与建议
通过检测路基的动态变形模量来评价路基的压实效果和施工质量，是路基施工质量检测技术的发展方向，特别是随着汽车、火车运
行速度的提高，这种检测方法更科学、更符合土体动力特性的实际情况。另外，随着路基施工机械化水平的大幅度提高和先进的装运、摊铺、压实机械的使用，路基填筑速度不断提高，而传统的静载测试方法已不能适应，出现了施工等待检测结果的现象。为了提高施工效率、施工质量和经济效益，有必要采用和推广动态变形模量的检测方法。