中塞兩國勘察標(biāo)準(zhǔn)與手段對(duì)比分析

郭曉亮

(中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

近年來，中國鐵路已在肯尼亞、泰國、印尼等國家落地，但集中在發(fā)展中國家，進(jìn)入發(fā)達(dá)國家尚有諸多困難，主要受政治因素、需求差異、資金問題、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的互認(rèn)等多種因素影響。其中，鐵路標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是面臨的首要問題[1]。已有許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究：何平對(duì)ASTM D2487土的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹[2]；馮蓓蕾等對(duì)美標(biāo)與國標(biāo)土層分類之間的差異進(jìn)行了初步研究[3]；陳智勇等結(jié)合境外項(xiàng)目對(duì)英標(biāo)與中標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)貫入(SPT)擊數(shù)差異進(jìn)行了比對(duì)[4]；成利民等從規(guī)范入手，簡(jiǎn)略分析了中、美、歐巖土工程勘察規(guī)范的不同點(diǎn)[5]；婁俊慶等結(jié)合博茨瓦納電廠項(xiàng)目，對(duì)中、美平板載荷試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行了試驗(yàn)研究[6]。這些研究為認(rèn)識(shí)中外勘察標(biāo)準(zhǔn)差異奠定了一定的基礎(chǔ)。以下系統(tǒng)對(duì)比分析我國與塞爾維亞(簡(jiǎn)稱“塞國”)鐵路勘察工作上的差異，對(duì)推進(jìn)我國鐵路勘察標(biāo)準(zhǔn)成為國際通行和兼容的標(biāo)準(zhǔn)具有實(shí)際意義[7]。

2 中塞兩國鐵路勘察主要標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

將中國鐵路TB 10012—2019《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》、TB 10077—2019《鐵路工程地質(zhì)巖土分類標(biāo)準(zhǔn)》等主要勘察規(guī)范[8-9]與當(dāng)?shù)夭捎玫臍W標(biāo)、塞標(biāo)、美標(biāo)等進(jìn)行對(duì)比，從勘探量布置、勘探和原位測(cè)試方法、土的分類定名、土工試驗(yàn)差異、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)勘察影響、主要優(yōu)缺點(diǎn)分析等6個(gè)方面展開分析。塞國主要采用的勘察標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2.1 勘探量

在TB 10012—2007《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中，規(guī)定時(shí)速200 km及以上的路基工程地質(zhì)勘察勘探孔間距為50～100 m，必要時(shí)加密；在TB 10012—2019新規(guī)范中，修改為勘探孔間距應(yīng)能控制地層變化并滿足變形和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)要求。橋涵勘探孔布置原則也進(jìn)行了相應(yīng)修改：新規(guī)范與歐標(biāo)、美標(biāo)等思路上逐步接近，摒棄了以往對(duì)勘探點(diǎn)間距的硬性規(guī)定。

在匈塞鐵路擴(kuò)能改造項(xiàng)目中，塞方在30 km線路上布置探槽206個(gè)，挖探64個(gè)[10]?？傮w上看，其勘探孔數(shù)、勘探量與我國規(guī)范相近，但深度較淺，缺少沉降計(jì)算控制性孔；取樣數(shù)量也偏少。

①橋梁：鉆觸結(jié)合，逐墩勘探，與我國標(biāo)準(zhǔn)類似，鉆探孔深25～26.4 m，觸探孔深15～27 m，觸探孔深類似，鉆探偏淺。

②站房：鉆孔深度為6.0～10.3 m，孔深較我國偏淺。

③物探：采用震法(707.1 m)、電法(1 416.6 m)，與我國情況類似。

表1 塞國主要勘察標(biāo)準(zhǔn)

2.2 勘探和原位測(cè)試方法

勘探：塞國主要采用探槽、探坑、鉆探、靜力觸探的方法。原位測(cè)試：塞國采用SPT(標(biāo)準(zhǔn)貫入)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)壓實(shí)試驗(yàn)(EVD)、CBR(加州承載比)等方法。

塞國所用方法與我國基本相同，但在設(shè)備、機(jī)具、探頭的尺寸上有差異：①鉆探多使用履帶式鉆機(jī)(采用連續(xù)取芯法)，鉆孔直徑為 131 mm；②SPT與國標(biāo)落錘質(zhì)量不同，計(jì)量單位不同，標(biāo)貫成果存在差異；③CPT 試驗(yàn)采用錐形貫入器PAGANI TG 73—200(200 kN 的貫入力連續(xù)貫入，單橋法)，國內(nèi)一般用雙橋法，保持20 mm/s勻速貫入；④我國鐵路勘察規(guī)范原位測(cè)試規(guī)程中沒有動(dòng)態(tài)壓實(shí)試驗(yàn)(EVD)、CBR(加州承載比)試驗(yàn)，其中，動(dòng)態(tài)壓實(shí)試驗(yàn)(EVD)采用現(xiàn)代電子輕質(zhì)撓度計(jì)“ZFG 04”，如圖1所示。

圖1 壓實(shí)控制設(shè)備ZFG 04結(jié)構(gòu)示意

試驗(yàn)中，動(dòng)態(tài)變形模量(Evd)與二次變形模量(Ev2)相關(guān)，所取得的Evd值可與Ev2值、CBR試驗(yàn)測(cè)得的CBR值進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換和驗(yàn)證。塞國鐵路路基壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)為Evd和Ev2值，見表2[12]。

2.3 土的分類定名

塞國的鐵路巖土分類采用美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)。 該標(biāo)準(zhǔn)中，將直徑大于0.075 mm的顆粒含量超過50%的土定義為粗粒土，反之則劃分為細(xì)粒土。中國鐵路規(guī)范中，通常根據(jù)土的顆粒大小，將土分為巨粒、粗粒、細(xì)粒3類。細(xì)粒土：粒徑小于0.075 mm超過50%的土；巨粒土：粒徑大于60 mm含量超過50%的土；粗粒土：粒徑大于0.075 mm而小于60 mm超過50%的土。

表2 塞國EVD測(cè)試基礎(chǔ)控制標(biāo)準(zhǔn)

細(xì)粒土的劃分中，美標(biāo)與中標(biāo)都采用液塑圖。相同點(diǎn)：A線以上為黏土，A線以下為粉土；B線用來劃分土的液限，左側(cè)是低液限土，右側(cè)是高液限土。不同點(diǎn)：中標(biāo)沒有U線，而美標(biāo)則存在一條U線；ASTM中規(guī)定，液限等于16的時(shí)候，可采用U線公式(PI=0.9(LL-8))來劃分。

綜上，中標(biāo)中有巨粒土，而美標(biāo)通過U線對(duì)細(xì)粒土進(jìn)行了更加細(xì)致的劃分。

2.4 土工試驗(yàn)差異

因?yàn)樵囼?yàn)壓力、樣品尺寸不同，塞國試驗(yàn)得到的各類土工試驗(yàn)參數(shù)無法與中標(biāo)取得的土工試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行直接對(duì)比，國內(nèi)設(shè)計(jì)軟件也很難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的線性修正。

塞國含水率、密度、比重試驗(yàn)和國內(nèi)方法基本一致，但在試驗(yàn)設(shè)備上存在一些差異。①密度試驗(yàn)：塞國采用φ47 cm環(huán)刀，國內(nèi)采用φ61.8 mm環(huán)刀，塞國的代表性稍差。②含水率試驗(yàn)：塞國直接將密度試件烘干再進(jìn)行測(cè)試；國內(nèi)是將土樣調(diào)勻后用鋁盒稱重，再進(jìn)行烘干測(cè)試。③比重試驗(yàn)：塞國采用比重瓶法，但比重瓶種類、體積和取樣數(shù)量與國內(nèi)不同。④液塑限試驗(yàn)：塞國采用碟式儀法、英式落錐儀法，其落錐質(zhì)量和下沉深度與中國不同。⑤顆粒分析試驗(yàn)：所用的分析篩孔徑與國內(nèi)所采用的分析篩孔徑不同。⑥三軸試驗(yàn)：塞國采用的試樣為φ50 mm，高100 mm；中國標(biāo)準(zhǔn)試樣為φ35 mm、高87.5 mm，或φ39.1 mm、高80 mm。⑦固結(jié)、天然快剪試驗(yàn)：試樣尺寸與國內(nèi)所用試樣尺寸不同，加壓最大荷重及判穩(wěn)、破壞標(biāo)準(zhǔn)也不完全一致。

2.5 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)勘察影響

塞國勘察設(shè)計(jì)規(guī)范主要受前南斯拉夫和德國標(biāo)準(zhǔn)影響。以路基設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)控制指標(biāo)中的壓實(shí)、沉降直接引用德標(biāo)，而土的分類和相關(guān)試驗(yàn)要求則采用美標(biāo)；通過總結(jié)英法德西日等多個(gè)國家的研究成果，結(jié)合我國地域、裝備特點(diǎn)以及以往的各類工程經(jīng)驗(yàn)，中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)采用了統(tǒng)一的基床表層厚度(偏于安全)、路基填料要求和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

塞國標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)地基變形特性、凍害影響區(qū)域等級(jí)、地基土防凍敏感性與保護(hù)層設(shè)計(jì)，依據(jù)規(guī)范中的經(jīng)驗(yàn)表格來計(jì)算保護(hù)層厚度，采用壓實(shí)度Dpr、動(dòng)態(tài)變形模量Evd、二次變形模量Ev2來控制路基填料及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)[13-16]；而我國則針對(duì)路基不同部位采用地基系數(shù)、動(dòng)態(tài)變形模量、壓實(shí)系數(shù)、7 d飽和等作為控制指標(biāo)。中標(biāo)規(guī)定工后沉降不超過5 cm(未明確養(yǎng)護(hù)周期)，塞國標(biāo)準(zhǔn)無工后沉降的概念和有關(guān)規(guī)定。塞標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范更有針對(duì)性，但其實(shí)用性、操作性不如我國規(guī)范。

因設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同，且存在地域性差異，故勘察成果精度的差異也較大。塞國完成的勘探點(diǎn)間距較國內(nèi)大，且僅代表性取樣少量試驗(yàn)測(cè)試，造成承載力、沉降量的計(jì)算參數(shù)缺乏。另外，塞國對(duì)工后沉降沒有要求，沉降計(jì)算深度小，松軟土處理深度淺，勘察孔深要求也就隨之較淺；塞國勘察規(guī)范中沒有特殊土的概念，也沒有進(jìn)行針對(duì)特殊土、不良地質(zhì)、地震、水土侵蝕性的專項(xiàng)勘察工作。

2.6 中塞兩國主要勘察標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比結(jié)果

從勘探量布置、勘探和原位測(cè)試方法、土的分類定名、土工試驗(yàn)差異、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等方面對(duì)中塞兩國主要勘察標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表3。

表3 中塞主要勘察標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析結(jié)果

3 結(jié)論

(1)中塞兩國標(biāo)準(zhǔn)中，所用方法和取得的巖土參數(shù)大體相同，但部分方法和參數(shù)存在差異，使用中應(yīng)加以區(qū)分和統(tǒng)一。

(2)我國鐵路勘察規(guī)范全面、可操作性強(qiáng)，但工程標(biāo)準(zhǔn)條款結(jié)論多，容易死搬硬套，環(huán)保性與人性化理念尚需加強(qiáng)；應(yīng)引入其他國家勘察標(biāo)準(zhǔn)中易用的原位測(cè)試方法，以豐富我國勘察規(guī)范中的勘察手段。

(3)我國勘察設(shè)計(jì)規(guī)范技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有待提高。在境外開展鐵路項(xiàng)目不能完全照搬和推行國內(nèi)規(guī)范，應(yīng)根據(jù)業(yè)主實(shí)際需求，適當(dāng)降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

(4)應(yīng)加快國際國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的采標(biāo)和轉(zhuǎn)化工作，充分吸收境外標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)于我國標(biāo)準(zhǔn)的部分，以提高我國勘察標(biāo)準(zhǔn)的兼容性和在國際上的適用性。