铁路路基K30平板荷载试验之探讨
张晓飞
摘 要：本文针对铁路客运专线路基施工质量控制要点，全面介绍了K30平板荷载试验检测方
法，对试验数据的处理和影响要素也进行了分析和讨论。
关键词：地基系数K30；抗力检测法；应力-位移曲线；内差值法；
0 引言
二十世纪三十年代开始美国提出的压实度指标，至今仍然作为世界各国路基设计及施工控制的土的压实质量标准。但是，随着高速铁路的发展，仅靠压实度指标来反映填土的压实质量就有局限性。为了保证路基填土的压实强度，七、八十年代，许多国家开始用强度及变形指标作为路基填土质量控制参数，即所谓的“抗力检测法”。 我国铁路系统自1985年大秦线施工引入K30平板载荷试验以来，在铁路建设中已经逐步推广应用，K30平板载荷试验作为一种强度及变形指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力。
（3）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。
影响K30测试结果的因素很多，但含水量变化是造成K30测试结果偶然误差的主要因素，也就是说K30测试结果具有时效性。一般来说，控制在最佳含水量附近施工，路基压实系数较高，路基质量好，基床表面刚度较大，K30测试结果较高。
（4）测试面必须是平整无坑洞的地面。 对于粗粒土或混合料造成的表面凸凹不平，应铺设一层约2～3mm的干燥中砂或石膏腻子。此外，测试面必须远离震源，以保持测试精度。
1 地基系数K30概念
地基系数K30是表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小。它是用直径为300mm的刚性承载板进行静压平板载荷试验，取第一次加载测得的应力—位移（σ—s）曲线上s为1.25mm所对应的荷载σs，按K30=σs／1.25计算得出，单位:MPa/m。
3 仪器设备
图1
2 K30平板荷载适用条件及要求
（1） K30平板载荷试验适用于粒径不大于载荷板直径1/4的各类土和土石混合填料。
由于K30的荷载板直径只有300mm．因此对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定的限值，否则颗粒粒径过大，级配不均匀，K30的测试结果就会带来较大的误差，难以真实反映路基的压实情况。
（2）K30平板载荷试验的测试有效深度范围为400～500mm。
由于K30平板载荷试验成果所反映的是压板下大约1．5倍压板直径深度范围内地基土的性状，因此要想真实全面地反映更深土层的情况，尚需结合其他的检测手段进行综合评定。
如图1所示，K30平板荷载试验主要由荷载板、加载装置、反力装置、测桥测表组成。
①荷载板：荷载板为圆形钢板, 其直径为30cm、板厚为25mm。荷载板上带有水准泡。
②加载装置：
1）液压千斤顶与手动油泵, 通过高压油软管连接。千斤顶顶端应设置球铰，并配有可调节丝杆和加长杆件，以便与各种不同高度的反力装置相适应。选用荷载应大于或等于50kN。
2）液压油软管长度至少为2m
，两端应装有自
动开闭阀门的快速接头，以防止液压油漏出。
3）手动液压泵上应装有一个可调节减压阀，可准确地分级对荷载板实施加、卸载。
4）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。
5）当使用测力计直接测量加荷荷载时，测力计精度应达到1％。
③反力装置的承载能力应大于最大试验荷载10kN。
④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的支撑粱和支撑座组成，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, 每个测表应配有可调式固定支架。
其他：铁锹、钢板尺（长400mm）、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、铅垂、褶尺、干燥中砂、石膏、油、遮阳挡风设施等。
4 试验操作步骤
1、场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，应将荷载板支撑面做成水平面。
2、安置平板载荷仪：
1)将荷载板放置于测试地面上，应使荷载板与
地面良好接触，必要时可铺设一薄层干燥砂（2～3mm）或石膏腻子。当用石膏腻子做垫层时，应在荷载板底面上抹一层油膜，然后将荷载板安放在石膏层上，左右转动荷载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触，与此同时可借助荷载板上水准泡或水准仪调整水平。
2)将反力装置承载部分安置于荷载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点必须距荷载板外侧边缘1m以外。
3)将千斤顶放置于反力装置下面的荷载板上，可利用加长杆和通过调节丝杆，使千斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上，组装时应保持千斤顶垂直不出现倾斜。
4)安置测桥，测桥支撑座应设置在距离荷载板外侧边缘及反力装置支承点1m以外。测表的安放必须相互对称，并且应与荷载板中心保持等距离。
3、加载试验：
1)为稳固荷载板, 预先加0.01MPa荷载，约30秒钟，待稳定后卸除荷载，将百分表读数调至零或读取百分表读数作为下沉量的起始读数。
2)以0.04MPa的增量,逐级加载。每增加一级荷载，应在下沉量稳定后，读取荷载强度和下沉量读数。
3)当总下沉量超过规定的基准值（1.25mm），或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。
4、当试验过程出现异常时(如荷载板严重倾斜, 荷载板过度下沉), 应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度，重新进行试验。对出现的异常应在试验记录表中注明。
5 试验数据处理与计算
首先根据试验数据绘制荷载板强度σ
s
与下沉
量S关系曲线图（图2），从荷载强度与下沉量关系曲线得出下沉量1.25mm时的荷载强度σs，并按下式计算出地基系数：
图2 σs—S曲线
K30=σs／S ①
K30—地基系数（Mp／m）；
σs—下沉量1.25mm时对应的荷载强度（Mp）； S—标准下沉量（1.2510-3
m）。
6 利用内插值法计算K30系数
利用应力—位移关系曲线可以直接读出基准下沉量对应的荷载强度，进而计算K30系数。但这样得出的结果往往带有很大的误差，而且不方便现
场得出试验结论。
经过研究大量试验数据，发现利用内插值法可以比较精确的计算出试验结果。
找出基准下沉量（即1.25mm）前后相邻的两个沉降量，设其分别为S1、S2，它们对应的荷载强度为σ1、σ2，求出S=1.25mm时对应的荷载强度计算如下：
S1—σ
1
S—σ S2—σ
2
（S-S1）／（S2-S1）=（σ-σ1）／（σ2-σ1） 简化可得：
σ=σ1+（S-S1）*（σ2-σ1）／（S2-S1）② 最后根据计算式①计算出K30地基系数。
7 结束语
综上所述，地基系数K30作为一种强度及变形指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力，是控制铁路路基施工质量的重要参数；利用内插值法计算K30地基系数，避免了以前只能靠绘制应力—位移曲线求得结果，其计算方式方便、精确度高，在以后的试验检测中可以广泛应用。
参考文献
[1] 《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）.北京：中国铁道出版社，2004； [2]《客运专线铁路路基K30、Ev2、Evd检测技术》.北京：铁道部工程管理中心。
铁路路基K30平板荷载试验之探讨
张晓飞
摘 要：本文针对铁路客运专线路基施工质量控制要点，全面介绍了K30平板荷载试验检测方
法，对试验数据的处理和影响要素也进行了分析和讨论。
关键词：地基系数K30；抗力检测法；应力-位移曲线；内差值法；
0 引言
二十世纪三十年代开始美国提出的压实度指标，至今仍然作为世界各国路基设计及施工控制的土的压实质量标准。但是，随着高速铁路的发展，仅靠压实度指标来反映填土的压实质量就有局限性。为了保证路基填土的压实强度，七、八十年代，许多国家开始用强度及变形指标作为路基填土质量控制参数，即所谓的“抗力检测法”。 我国铁路系统自1985年大秦线施工引入K30平板载荷试验以来，在铁路建设中已经逐步推广应用，K30平板载荷试验作为一种强度及变形指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力。
（3）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。
影响K30测试结果的因素很多，但含水量变化是造成K30测试结果偶然误差的主要因素，也就是说K30测试结果具有时效性。一般来说，控制在最佳含水量附近施工，路基压实系数较高，路基质量好，基床表面刚度较大，K30测试结果较高。
（4）测试面必须是平整无坑洞的地面。 对于粗粒土或混合料造成的表面凸凹不平，应铺设一层约2～3mm的干燥中砂或石膏腻子。此外，测试面必须远离震源，以保持测试精度。
1 地基系数K30概念
地基系数K30是表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小。它是用直径为300mm的刚性承载板进行静压平板载荷试验，取第一次加载测得的应力—位移（σ—s）曲线上s为1.25mm所对应的荷载σs，按K30=σs／1.25计算得出，单位:MPa/m。
3 仪器设备
图1
2 K30平板荷载适用条件及要求
（1） K30平板载荷试验适用于粒径不大于载荷板直径1/4的各类土和土石混合填料。
由于K30的荷载板直径只有300mm．因此对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定的限值，否则颗粒粒径过大，级配不均匀，K30的测试结果就会带来较大的误差，难以真实反映路基的压实情况。
（2）K30平板载荷试验的测试有效深度范围为400～500mm。
由于K30平板载荷试验成果所反映的是压板下大约1．5倍压板直径深度范围内地基土的性状，因此要想真实全面地反映更深土层的情况，尚需结合其他的检测手段进行综合评定。
如图1所示，K30平板荷载试验主要由荷载板、加载装置、反力装置、测桥测表组成。
①荷载板：荷载板为圆形钢板, 其直径为30cm、板厚为25mm。荷载板上带有水准泡。
②加载装置：
1）液压千斤顶与手动油泵, 通过高压油软管连接。千斤顶顶端应设置球铰，并配有可调节丝杆和加长杆件，以便与各种不同高度的反力装置相适应。选用荷载应大于或等于50kN。
2）液压油软管长度至少为2m
，两端应装有自
动开闭阀门的快速接头，以防止液压油漏出。
3）手动液压泵上应装有一个可调节减压阀，可准确地分级对荷载板实施加、卸载。
4）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。
5）当使用测力计直接测量加荷荷载时，测力计精度应达到1％。
③反力装置的承载能力应大于最大试验荷载10kN。
④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的支撑粱和支撑座组成，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, 每个测表应配有可调式固定支架。
其他：铁锹、钢板尺（长400mm）、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、铅垂、褶尺、干燥中砂、石膏、油、遮阳挡风设施等。
4 试验操作步骤
1、场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，应将荷载板支撑面做成水平面。
2、安置平板载荷仪：
1)将荷载板放置于测试地面上，应使荷载板与
地面良好接触，必要时可铺设一薄层干燥砂（2～3mm）或石膏腻子。当用石膏腻子做垫层时，应在荷载板底面上抹一层油膜，然后将荷载板安放在石膏层上，左右转动荷载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触，与此同时可借助荷载板上水准泡或水准仪调整水平。
2)将反力装置承载部分安置于荷载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点必须距荷载板外侧边缘1m以外。
3)将千斤顶放置于反力装置下面的荷载板上，可利用加长杆和通过调节丝杆，使千斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上，组装时应保持千斤顶垂直不出现倾斜。
4)安置测桥，测桥支撑座应设置在距离荷载板外侧边缘及反力装置支承点1m以外。测表的安放必须相互对称，并且应与荷载板中心保持等距离。
3、加载试验：
1)为稳固荷载板, 预先加0.01MPa荷载，约30秒钟，待稳定后卸除荷载，将百分表读数调至零或读取百分表读数作为下沉量的起始读数。
2)以0.04MPa的增量,逐级加载。每增加一级荷载，应在下沉量稳定后，读取荷载强度和下沉量读数。
3)当总下沉量超过规定的基准值（1.25mm），或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。
4、当试验过程出现异常时(如荷载板严重倾斜, 荷载板过度下沉), 应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度，重新进行试验。对出现的异常应在试验记录表中注明。
5 试验数据处理与计算
首先根据试验数据绘制荷载板强度σ
s
与下沉
量S关系曲线图（图2），从荷载强度与下沉量关系曲线得出下沉量1.25mm时的荷载强度σs，并按下式计算出地基系数：
图2 σs—S曲线
K30=σs／S ①
K30—地基系数（Mp／m）；
σs—下沉量1.25mm时对应的荷载强度（Mp）； S—标准下沉量（1.2510-3
m）。
6 利用内插值法计算K30系数
利用应力—位移关系曲线可以直接读出基准下沉量对应的荷载强度，进而计算K30系数。但这样得出的结果往往带有很大的误差，而且不方便现
场得出试验结论。
经过研究大量试验数据，发现利用内插值法可以比较精确的计算出试验结果。
找出基准下沉量（即1.25mm）前后相邻的两个沉降量，设其分别为S1、S2，它们对应的荷载强度为σ1、σ2，求出S=1.25mm时对应的荷载强度计算如下：
S1—σ
1
S—σ S2—σ
2
（S-S1）／（S2-S1）=（σ-σ1）／（σ2-σ1） 简化可得：
σ=σ1+（S-S1）*（σ2-σ1）／（S2-S1）② 最后根据计算式①计算出K30地基系数。
7 结束语
综上所述，地基系数K30作为一种强度及变形指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力，是控制铁路路基施工质量的重要参数；利用内插值法计算K30地基系数，避免了以前只能靠绘制应力—位移曲线求得结果，其计算方式方便、精确度高，在以后的试验检测中可以广泛应用。
参考文献
[1] 《铁路工程土工试验规程》（TB10102—2004）.北京：中国铁道出版社，2004； [2]《客运专线铁路路基K30、Ev2、Evd检测技术》.北京：铁道部工程管理中心。