大型平板载荷试验对沪昆客运专线土体强度参数的研究

顾成权

大型平板载荷试验对沪昆客运专线土体强度参数的研究

顾成权

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

沪昆客运专线为高速无碴铁路，路基铺轨后允许沉降仅为1．5 cm。线路沿线分布大量粉土地层，设计中路基沉降主要根据室内试验估算，计算参数的取值对路基沉降计算起着至关重要的影响。选取现场典型地段，通过大型平板载荷试验（PLT）获取试验数据，并和室内试验及静力触探测试数据进行对比，分析不同测试方法、试验结果的优劣，并为该地区粉土地层上的路基沉降计算提供力学参数。

粉土；路基沉降；大型平板载荷试验；室内试验；静力触探；力学参数

沪昆客运专线为国家重点建设的高速铁路，按时速350 km／h无碴轨道设计，路基对沉降要求极为严格，路基铺轨后允许沉降仅为1．5 cm。设计中路基沉降主要根据室内试验估算。路基铺轨后沉降计算准确与否，与地基土变形参数的取值有着十分密切的联系。线路沿线跨越多条大型河流，河流两岸冲积大量的粉土地层，对沿线广泛分布的粉土地基，选取典型地段，采用大型平板载荷试验，对修正沉降估算，优化地基加固处理措施，有着十分重要的意义。

1 试验目的

分析沿线第四系全新统（Q4）代表性粉土地层在载荷作用下的沉降变形计算。分析地基土大型平板载荷试验与静力触探、土工试验等成果的对比关系，确定地基土的物理、力学性质指标，为路基沉降估算提供依据。

2 试验原理

平板载荷试验是一种缩尺真型试验，以刚性承压板模拟建筑物基础地基土的受荷条件，直观反映地基土的变形特性。荷载通过承压板均匀传至地基，实测地基土在荷载作用下的变形，得到载荷试验P-S（压力-沉降）、P-ΔS／ΔP（压力-沉降差／压力差）曲线，然后根据该曲线推求地基土参数的一种方法。

3 试验要求

载荷试验采用慢速维持荷载法，自加荷开始按1，2，2，5，5，15，15，15 min间隔，以后每隔30 min观测沉降一次，直至连续2 h内，每1h的沉降量小于0．1 mm时，则认为已达稳定，可施加下级荷载。

4 载荷试验成果分析

试验点位于江西高安市境内，周边出露大量第四系全新统冲洪积粉土地层（Q4al＋pl），浅黄色，稍密、潮湿，厚约3．8 m，其下为粉质黏土、粉土、粉细砂及淤泥质粉质黏土等地层，呈透镜体或互层状，厚度大于10 m。测点附近地下水较发育，主要为第四系孔隙潜水和弱承压水，试验点水位埋深2．2 m。试验点编号为PLT1，线路里程，DK580＋220左5 m。试验采用边长1 m的方形承压板，上部砂包堆载达50 t（图1）。

4．1 载荷试验前后物理力学性质对比

大型平板载荷试验点最后一级荷载变形较大，但未见明显的破坏特征，对试验后指标进行统计，统计结果见表1。

由表1分析，经过载荷试验，地基土因受扰动影响，除稠度状态（即液性指数IL）和基本承载力降低外，其余地层指标均有提高，这与荷载作用后土体的固结压密是一致的。

表1 载荷试验前后室内试验指标对比表Table 1 Com parison of laboratory test values before and after the plate loading

图1 现场大型平板载荷试验Fig．1 Large-scale plate loading on site test

4．2 载荷试验参数分析

PLT1试验点荷载沉降关系详见表2和图2。图2没有明显的第一拐点和第二拐点。采用经双曲线拟合：

式中：S0为沉降修正值；S′为沉降实测值；S为p值对应承压板的沉降量（mm）；p为p-s直线段任一点的压力（kPa）；a，b＇为曲线拟合参数，试取S0值达最佳拟合为止。

当S0＝－0．76时，拟合相关系数最高，求得b′＝0．001 2。P-ΔS／ΔP曲线见图3，由图3确定比例界限压力pa为130 kPa；

地基极限承载力：

表2 PLT1荷载沉降统计表Table 2 Load settlement（PLT1）

图2 PLT1试验点P-S曲线Fig．2 The P-S curve of the test site（PLT1）

图3 PLT1试验点P-ΔS／ΔP曲线Fig．3 The P-ΔS／ΔP curve of the test site（PLT1）

式中：pf为破坏荷载；b′为由式（1）得到的曲线拟合参数；Rf为破坏比。

由公式（3）、（4）计算得，土体极限承载力pu＝541 kPa（Rf此处取0．65），pf＝833 kPa。因为pu≥1．5 pa，所以地基基本承载力σo＝pa＝130 kPa。

土的变形模量E0，压缩模量Es可按下式计算：

式中：ω为承压板形状系数，方形取0．89；μ为泊松比，粉土取0．3；pa为比例界限压力；Sa与pa为相对应的沉降；b为方形承压板的边长。

由公式（5）、（6）计算得，土体变形模量E0＝4．27 MPa，换算压缩模量Es＝5．68 MPa。

平板载荷试验基床系数Ksa可由下式确定：

基准基床系数K1按公式（8）修正：

式中：K1为基准基床系数，即方形1平方英尺承压板面积对应的基床系数（F1＝0．092 9 m2）；Fa为实际使用的承压板面积。

由公式（7）、（8）计算得，土体大型平板载荷试验基床系数Ksa＝5．27 MPa／m。基准基床系数K1＝17．28 MPa／m。

粉土地层室内试验压缩模量为9．21 MPa，而静力触探测得压缩模量为4．10 MPa，大型平板载荷试验所得压缩模量值为5．68 MPa，后两者较为接近，且能更真实地反映土体变形特性，考虑静力触探所测压缩模量仅为经验值，故取用载荷试验成果Es＝5．68 MPa。

根据大型平板载荷试验指标测量值，建议本段线路粉土地层地基参数设计值：σo＝130 kPa，Pu＝625 kPa，Eo＝4．27 MPa，Es＝5．68 MPa，Ksa＝5．27 MPa／m，K1＝17．28 MPa／m。

5 结 论

通过粉土地基大型平板载荷试验、原位静力触探测试、室内土工试验研究分析，得出如下结论：

（1）粉土地层在取样或运输过程中易扰动失真，室内试验方法测得的土体强度参数精确度较低，一般情况下不宜采用。载荷试验是确定粉土地层压缩模量和承载力最准确的方法；

（2）静力触探法所取得的粉土地层压缩模量和承载力略小，在没有载荷试验直接测定的情况下，可用静力触探法确定该地区粉土压缩模量和承载力值；

（3）粉土地层经过载荷试验后，除稠度状态和静力触探测试值受土体扰动变差外，粉土层其余指标均有提高，这与荷载作用后土体的固结压密状态是一致的；

（4）压缩模量Es约为变形模量E0的1．3倍，与粉土地层经验取值1．2较为接近，验证了经验方法也适合于该地区粉土地层；

（5）试验工点主要设计参数建议值：σo＝130 kPa，Eo＝4．27 MPa，Es＝5．68 MPa。

由于大型平板载荷试验也不能完全模拟现场施工的实际情况，所得参数和结论尚需结合路基填筑现场开展进一步的研究。

［1］ TB 10018－2003，铁路工程地质原位测试规程［S］．北京：中国铁道出版社，2003．（TB 10018－2003，Code for In-situ Measurement of Railway Engineering Geology［S］．Beijing：China Railway Press，2003．（in Chi-nese））

［2］ 铁道第一勘察设计院．铁路工程地质手册［M］．北京：中国铁道出版社，1999．（Editor of the First Survey and Design Institute of Railway．Railway Engineering Ge-ology Guide［M］．Beijing：China Railway Press，1999．（in Chinese））

［3］ 钟显春，曾令州．浅层平板载荷检测结果与岩土钻探资料的对比分析［J］．广东土木与建筑，2005，（2）：59－61．（ZHONG Xian-chun，ZENG Ling-zhou．The Com-parative Analysis of Shallow Plate Loading Tests Results with Geotechnical Drilling Data［J］．Guangdong Civil En-gineering and Architecture，2005，（2）：59－61．（in Chi-nese））

［4］ 陈大为，张明启．平板载荷试验的方法及成果应用［J］．铁道勘察，2007，33（3）：38－40．（CHEN Da-wei，ZHANG Ming-qi．Method for Plate Loading Tests and A-chievement Application［J］．Railway Investigation，2007，33（3）：38－40．（in Chinese））

［5］ 王国强，孙立杨．浅谈平板载荷试验［J］．科技创业月刊，2003，（8）：69－70．（WANG Guo-qiang，SUN Li-yang．Discussion on Experiment of Flat Plate Load［J］．Pioneering with Science＆Technology Monthly，2003，（8）：69－70．（in Chinese） ）

（编辑：赵卫兵）

Research of Soil Intensity Parameters of Shanghai-Kunm ing Railway Line for Passenger Traffic by Large-Scale Plate Loading Test

GU Cheng-quan
（China Railway the Fourth Survey and Design Group Co．LTD，Wuhan 430063，China）

The Shanghai-Kunming special railway line for passenger traffic is a high-speed and ballastless railway．The subgrade allows only 1．5 cm of settlementafter rail-laying．There is a large quantity of silt distributed along the line，and the designed subgrade settlement is calculated mainly based on laboratory test．The calculation parameter has significant impacton the calculation of subgrade settlement．Typical section of the railway is selected to conduct large-scale plate loading test（PLT）in order to obtain test data，which were further compared with the data of labo-ratory tests and cone penetration tests（CPT）to analyse the advantages and disadvantages of different testmethods and different test results，and also to providemechanical parameters for the subgrade settlement computation of the silt layer．

silt；subgrade settlement；large-scale plate loading test；laboratory test；cone penetration test；me- chanical parameters

TU441．6

A

1001－5485（2011）04－0032－04

2010-04-13

顾成权（1978-），男，江苏建湖人，注册岩土工程师，高级工程师，硕士，主要从事铁路勘察、设计等方面的研究工作，（电话）13554110017（电子信箱）38606746＠qq．com。