中塞两国勘察标准与手段对比分析

2020-10-12郭晓亮

铁道勘察 2020年5期

郭晓亮

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

1 概述

近年来，中国铁路已在肯尼亚、泰国、印尼等国家落地，但集中在发展中国家，进入发达国家尚有诸多困难，主要受政治因素、需求差异、资金问题、标准和产品的互认等多种因素影响。其中，铁路标准不统一是面临的首要问题[1]。已有许多学者进行了相关研究：何平对ASTM D2487土的分类标准进行了介绍[2]；冯蓓蕾等对美标与国标土层分类之间的差异进行了初步研究[3]；陈智勇等结合境外项目对英标与中标标准贯入(SPT)击数差异进行了比对[4]；成利民等从规范入手，简略分析了中、美、欧岩土工程勘察规范的不同点[5]；娄俊庆等结合博茨瓦纳电厂项目，对中、美平板载荷试验规程进行了试验研究[6]。这些研究为认识中外勘察标准差异奠定了一定的基础。以下系统对比分析我国与塞尔维亚(简称“塞国”)铁路勘察工作上的差异，对推进我国铁路勘察标准成为国际通行和兼容的标准具有实际意义[7]。

2 中塞两国铁路勘察主要标准对比分析

将中国铁路TB 10012—2019《铁路工程地质勘察规范》、TB 10077—2019《铁路工程地质岩土分类标准》等主要勘察规范[8-9]与当地采用的欧标、塞标、美标等进行对比，从勘探量布置、勘探和原位测试方法、土的分类定名、土工试验差异、设计标准对勘察影响、主要优缺点分析等6个方面展开分析。塞国主要采用的勘察标准见表1。

2.1 勘探量

在TB 10012—2007《铁路工程地质勘察规范》中，规定时速200 km及以上的路基工程地质勘察勘探孔间距为50～100 m，必要时加密；在TB 10012—2019新规范中，修改为勘探孔间距应能控制地层变化并满足变形和稳定性评价要求。桥涵勘探孔布置原则也进行了相应修改：新规范与欧标、美标等思路上逐步接近，摒弃了以往对勘探点间距的硬性规定。

在匈塞铁路扩能改造项目中，塞方在30 km线路上布置探槽206个，挖探64个[10]。总体上看，其勘探孔数、勘探量与我国规范相近，但深度较浅，缺少沉降计算控制性孔；取样数量也偏少。

①桥梁：钻触结合，逐墩勘探，与我国标准类似，钻探孔深25～26.4 m，触探孔深15～27 m，触探孔深类似，钻探偏浅。

②站房：钻孔深度为6.0～10.3 m，孔深较我国偏浅。

③物探：采用震法(707.1 m)、电法(1 416.6 m)，与我国情况类似。

表1 塞国主要勘察标准

2.2 勘探和原位测试方法

勘探：塞国主要采用探槽、探坑、钻探、静力触探的方法。原位测试：塞国采用SPT(标准贯入)试验、动态压实试验(EVD)、CBR(加州承载比)等方法。

塞国所用方法与我国基本相同，但在设备、机具、探头的尺寸上有差异：①钻探多使用履带式钻机(采用连续取芯法)，钻孔直径为 131 mm；②SPT与国标落锤质量不同，计量单位不同，标贯成果存在差异；③CPT 试验采用锥形贯入器PAGANI TG 73—200(200 kN 的贯入力连续贯入，单桥法)，国内一般用双桥法，保持20 mm/s匀速贯入；④我国铁路勘察规范原位测试规程中没有动态压实试验(EVD)、CBR(加州承载比)试验，其中，动态压实试验(EVD)采用现代电子轻质挠度计“ZFG 04”，如图1所示。

图1 压实控制设备ZFG 04结构示意

试验中，动态变形模量(Evd)与二次变形模量(Ev2)相关，所取得的Evd值可与Ev2值、CBR试验测得的CBR值进行相互转换和验证。塞国铁路路基压实度控制标准为Evd和Ev2值，见表2[12]。

2.3 土的分类定名

塞国的铁路岩土分类采用美国ASTM标准。该标准中，将直径大于0.075 mm的颗粒含量超过50%的土定义为粗粒土，反之则划分为细粒土。中国铁路规范中，通常根据土的颗粒大小，将土分为巨粒、粗粒、细粒3类。细粒土：粒径小于0.075 mm超过50%的土；巨粒土：粒径大于60 mm含量超过50%的土；粗粒土：粒径大于0.075 mm而小于60 mm超过50%的土。

表2 塞国EVD测试基础控制标准

细粒土的划分中，美标与中标都采用液塑图。相同点：A线以上为黏土，A线以下为粉土；B线用来划分土的液限，左侧是低液限土，右侧是高液限土。不同点：中标没有U线，而美标则存在一条U线；ASTM中规定，液限等于16的时候，可采用U线公式(PI=0.9(LL-8))来划分。

综上，中标中有巨粒土，而美标通过U线对细粒土进行了更加细致的划分。

2.4 土工试验差异

因为试验压力、样品尺寸不同，塞国试验得到的各类土工试验参数无法与中标取得的土工试验参数进行直接对比，国内设计软件也很难对其进行准确的线性修正。

塞国含水率、密度、比重试验和国内方法基本一致，但在试验设备上存在一些差异。①密度试验：塞国采用φ47 cm环刀，国内采用φ61.8 mm环刀，塞国的代表性稍差。②含水率试验：塞国直接将密度试件烘干再进行测试；国内是将土样调匀后用铝盒称重，再进行烘干测试。③比重试验：塞国采用比重瓶法，但比重瓶种类、体积和取样数量与国内不同。④液塑限试验：塞国采用碟式仪法、英式落锥仪法，其落锥质量和下沉深度与中国不同。⑤颗粒分析试验：所用的分析筛孔径与国内所采用的分析筛孔径不同。⑥三轴试验：塞国采用的试样为φ50 mm，高100 mm；中国标准试样为φ35 mm、高87.5 mm，或φ39.1 mm、高80 mm。⑦固结、天然快剪试验：试样尺寸与国内所用试样尺寸不同，加压最大荷重及判稳、破坏标准也不完全一致。

2.5 设计标准对勘察影响

塞国勘察设计规范主要受前南斯拉夫和德国标准影响。以路基设计为例，设计控制指标中的压实、沉降直接引用德标，而土的分类和相关试验要求则采用美标；通过总结英法德西日等多个国家的研究成果，结合我国地域、装备特点以及以往的各类工程经验，中国铁路标准采用了统一的基床表层厚度(偏于安全)、路基填料要求和压实标准。

塞国标准是根据地基变形特性、冻害影响区域等级、地基土防冻敏感性与保护层设计，依据规范中的经验表格来计算保护层厚度，采用压实度Dpr、动态变形模量Evd、二次变形模量Ev2来控制路基填料及压实标准[13-16]；而我国则针对路基不同部位采用地基系数、动态变形模量、压实系数、7 d饱和等作为控制指标。中标规定工后沉降不超过5 cm(未明确养护周期)，塞国标准无工后沉降的概念和有关规定。塞标设计规范更有针对性，但其实用性、操作性不如我国规范。

因设计标准不同，且存在地域性差异，故勘察成果精度的差异也较大。塞国完成的勘探点间距较国内大，且仅代表性取样少量试验测试，造成承载力、沉降量的计算参数缺乏。另外，塞国对工后沉降没有要求，沉降计算深度小，松软土处理深度浅，勘察孔深要求也就随之较浅；塞国勘察规范中没有特殊土的概念，也没有进行针对特殊土、不良地质、地震、水土侵蚀性的专项勘察工作。