铁路路基工程施工现场K30检测与实验分析

张向礼 范 飞 张 伟

（1.国家铁路局工程质量监督中心，北京 100891；2.中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088）

地基系数K30是衡量铁路路基压实质量的关键参数之一，地基系数K30检测实验对精确性的要求非常严格，且其对铁路路基的建设质量影响尤为明显，因此，有必要对相关检测经验进行总结。

1 铁路路基工程施工现场K30检测实验流程

1.1 测试面处理

K30检测之前，应结合检测要求选择适当的检测区，要求检测区内地面平整、无杂物，可足够承接1个荷载板，且板面与地面之间贴合紧密。若无法达到上述要求，可使用细砂进行找平，控制细砂铺设厚度在2～3cm。K30检测实验过程中，需保持检测对象状态应稳定不变，因此，在实验之前需充分清除测试面上的碎石等杂物，在安装荷载板之前，对地面进行压实处理，结合检测现场情况，可选择将测试面设置在坡面上。

1.2 荷载仪设置

（1）K30检测实验的主要工具为规格300mm的刚性荷载板，将其置于测试面上，并保证二者充分贴合，用细砂层调整后，可使用水准仪进行找平。（2）将反力装置的承载端安装在荷载板上，用于实验过程制动。要求在距离荷载板外沿1m位置设置反力装置支撑点。（3）在反力装置之下、荷载板之上安装千斤顶，调节螺杆使千斤顶球形接头与反力装置的支撑部位紧密贴合。注意该步骤应确保千斤顶垂度，严禁出现偏移、倾斜现象。（4）设置测桥，设置点在距支撑点1m位置，且在荷载板的外边缘一侧。检测仪的安装应与测桥相对称，并与荷载板的中心位置保持合理距离。

1.3 加载实验

为保证实验过程荷载板稳定，可采用0.01MPa的荷载进行预压，加压时间控制在30s左右，确定荷载板设置稳定后，卸除预压荷载，将百分表示数调零或记录当前数值，作为下沉量测试的起始读数。

预压实验完毕后，设置0.04MPa的加压梯度进行逐级加压，压力值每上调一级，保持加压状态1min，待下沉量低于该加压级别标准下沉量的1%后，读取荷载及下沉量示数。加压至现场预估最高承载值、下沉量达到1.25mm或达到铁路路基屈服点后，可停止实验。若加载实验过程出现荷载板偏移、倾斜、沉降严重的现象，可将实验标高调低，降低程度约为荷载板直径大小，再次开展加载实验，并详细记录实验异常情况。

1.4 注意事项

为保证铁路路基K30检测实验顺利开展，得到可靠的地基系数，需结合国家及行业有关规范及铁路工程建设要求，科学设计K30检测实验方案及现场指导方案，提前检查实验所需设备、工具性能，尤其是读数类仪器，要进行精密检查，以确保获取数值与实验真实情况相一致。加载实验终点的判断需参考测试面预估最高承压值、路基屈服点等参数，因此，在正式实验前，还需对实验场地进行详细勘察，结合获取的数据信息计算以上参数。

2 铁路路基工程施工现场K30检测影响因素及实验优化

2.1 影响因素

（1）测试面不平。测试面平整度不足易导致加载实验环节荷载板严重倾斜的现象，即现场2～3个测量百分表测得下沉量之差大于平均下沉量的30%。在铁路路基K30检测过程中，测试面清理通常以人工方式进行，使用毛刷去除测试面上的松土、石块等杂物，然后安装荷载板，因此，测试面的平整度很难被保证，导致需重复找平或重新划定测试区域，延长K30检测实验周期。（2）测桥支点设置不准。测桥支点应与荷载板外侧间距为1m，但在实际工作中，该间距的把控一般采用目测方式，支点设定主观性和随机性过高，导致测桥位置无法满足实际测量实验的要求，引发返工问题。（3）数据处理方式落后。传统铁路路基K30检测实验中，加载压力与下沉量间的关系曲线为人工绘制，误差大、耗时长，很难从曲线上准确读取某一加载处的下沉量，因曲线误差过大，给后期路基施工沉降控制带来不小难度。

2.2 实验优化

针对以上K30检测实验中的问题，给出如下优化方案：（1）优化测试面清理、整平方法。在测试面清理过程引入水平尺，对测试面水平度进行监控，使用细砂或石膏腻子设施调平垫层，确保测试面处于完全水平状态，且不同测量百分表的读数差值在平均值的30%以内。经验证，使用该方法进行测试面处理后，测点合格率可较之前提升70%左右。除此之外，也可利用水准仪进行测试面水平度调整，该方式的操作过程更为简便、读数直观，可对找平作业进行理论指导，测点合格率也能被有效保证。（2）严格控制测桥支点与荷载板外沿的距离。从测桥中点开始，设置0点、15cm和120cm的标记，以取代人工目测距离的方式。经验证，该距离控制方案可将本步骤的操作时间缩短至5min以内，且距离控制效果优良。（3）引入先进的曲线绘制方法。依照铁路路基K30检测实验规程的要求，对加载压力及下沉量做二次方程拟合，在Excel程序下，完成二者关系曲线的绘制，并自动计算检测结果。以往需人工进行的计算步骤在Excel程序下自动进行，计算效率及精度均大幅度提升。基于二次拟合曲线的函数模型，曲线拟合过程也可自动完成。通过多次实验验证，曲线自动绘制时长一般在30～50s内即可顺利完成，可节约时间180s以上。

3 铁路路基工程施工现场K30检测案例分析

3.1 案例背景简介

某铁路路段为30 t的轴重铁路，该铁路工程建设区域内地势较低，沿线多填方，路堤中心高程在5.5～6.5m。该铁路路基填料主要是粉质黏土，83%的填料粒径在0.005～0.075mm，另有0.30%左右填料粒径在0.075～2mm，其余填料粒径在0.005mm以下。

3.2 K30检测实验

（1）方案设计。为明确地基系数K30与填土含水量、加载压力等参数间的变化关系，该工程在施工区域内路堤下选择多个土层开展K30检测实验。具体实验流程为：①分布选取15个测试点，在标准条件下测量填料的K30。②当加载变形时间稳定后，测量填料的K30，设定实验加载时间间隔为2min，实验共进行8组。③测定不同预压荷载条件下填料的K30，预压荷载在0.02～0.08MPa，变化梯度为0.02MPa。④测定不同含水量条件下填料的K30，共进行2组实验，以调整填料是否浸水控制其含水量。

（2）设备选择。该K30检测实验使用的设备工具主要是精度等级0.4、最大输出压力值为800N/cm2的千斤顶、反力装置、荷载板、水平尺等。

3.3 实验结果分析

（1）实验一：标准条件下的K30检测实验共选取15个测试点，15个测点中，K30的最大值和最小值分别为151.1MPa/m和68.7MPa/m，平均值约为94.4MPa/m。K30达到最大值和最小值的时间分别为8.6min和3.5min，实验加载的平均稳定时间约为5min。（2）实验二：实验二共获取16组测试点数据，当加载时间间隔为2min时，得到K30的最大值、最小值和平均值分别为176MPa/m、42.3MPa/m和95.1MPa/m。可以看出，加载时间为2min时测得的平均K30与标准条件下的K30数值相差不大，但两组实验的加载时间相差却非常明显，分别为5min和2min。由此可以判断，实验二的检测效率要远高于实验一。（3）实验三：实验三测得K30与预压荷载间的变化曲线表明，随着预压荷载的上升，K30数值逐渐增加；当预压荷载达到0.04MPa后，K30的增幅开始增加；当预压荷载达到0.06MPa后，K30数值趋于稳定。综合分析可得出测试面与荷载板之间的变形影响。当预压荷载较小时，荷载板与测试面之间的变形无法被有效抵消，若不做出调整，测得的K30将偏低。当预压荷载大小正好消除荷载板与测试面之间的变形时，此时的K30曲线也为正常状态，即K30更加贴近真实情况。（4）实验四：对比发现，填料浸水后路基的K30较之前有显著的降低，当填料平均含水率为20.6%时，K30的平均值在61.2MPa/m。

实验结果：第一，当改变K30检测实验条件时，测得的K30数值也会发生变化，当加载时间间隔达到2min时，K30的变化程度不超过5%，但可显著提高实验效率。第二，K30结果与预压荷载之间关系密切，且呈现为正相关关系，综合看来，预压荷载在0.04MPa以下为宜。第三，当铁路路基填料粒径较小时，其含水率与K30之间负相关，当填料含水率达到饱和左右时，K30的降低幅度在50%左右。因此在铁路路基施工中，需重点做好现场排水作业，确保路基排水性能优良。

4 结论

现场K30检测实验的有效开展，能够为铁路路基工程施工方案的优化及施工质量控制提供可靠的理论参考。因此，在开展K30检测实验时，应重点做好测试面清洁、测桥支点选择及曲线绘制方法优化等工作，以便得出最真实的K30数据，促使铁路路基工程施工顺利开展。