英国标准BS 1377与中国标准在铁路路基压实试验中的异同

苏 昕，李祝文,2,3，刘朝晖，王永红，吴清强

(1.中国交建马来西亚东海岸铁路项目总经理部，吉隆坡 50480；2.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，武汉 430040；3.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

中国标准种类繁多、范围广，不同行业对同一试验的要求也不尽相同，如土工试验在中国国家标准和铁路标准中都有详细规定，并且更新速度快，能适应各行业新模式、新方法、新材料及新设备的引进创新[1]。相对于中国标准来说，由于采用英国标准的英联邦国家众多，英国标准使用时间长，很多属于英联邦国家的发展中国家，由于社会、经济、文化等因素依然延续英国标准的仪器设备、试验操作流程及相关参数控制指标。虽然中国标准的参考、推广和使用是一个大的趋势，但这个过程仍将持续一段时间[2，3]。为便于国际工程试验检测人员对传统的英国标准和不断更新完善的中国标准之间有个对比认识，该文对评价现场铁路路基压实质量的压实度试验、CBR试验及EVD动态变形试验进行了简单介绍，从仪器要求、操作流程、数据处理3个方面对比分析了英国标准BS 1377[4]与中国标准[5]的差异。

1 压实度试验

压实度K是评价路基压实程度最常用的方法，压实度计算必须检测地基或路基压实材料的干密度和最大干密度。现场干密度测定试验也称作原位试验，主要通过现场所测湿密度和土的含水率换算所得，灌砂筒法是最常用的方法。最大干密度主要采用室内击实试验测得，通过测定不同含水率下的土的干密度，确定最佳含水率对应的最大干密度。

1.1 仪器设备

中国铁路标准采用容量瓶和漏斗替代灌砂筒，对灌砂筒或容量瓶的选择基本都是综合考虑填料最大粒径和填筑层厚来进行选择，英国标准BS 1377是直接采用灌砂筒进行测量，通过测试层厚度来选择灌砂筒。

现场测试过程中，试坑尺寸主要由灌砂仪器决定，不同标准中试坑尺寸与相应的最大粒径如表1所示，由表可知试坑尺寸要求从大到小依次为国家标准GB/T 50123—2019、铁路标准TB 10102—2010、英国标准BS 1377。英国标准对试坑尺寸要求最小，现场测试时间较短。路基压实度试验中，试坑内沙子替换的体积直接影响到试验结果的误差大小，粒径越大，在试坑侧壁上凸出来的石子所占的面积也越大，如果试坑的面积也增大了，就可以有效地减小误差。与英国标准相比，中国标准有效地减小了因填料粒径大小对试验结果的影响，同时结合填料粒径确定试坑大小，也较为贴近现场施工中采用填料粒径综合确定填筑层厚度的工况。

表1 不同标准中试坑尺寸与相应的最大粒径 /mm

1.2 操作流程及数据处理

英国标准BS 1377大小灌砂筒法主要分为材料选择、灌砂筒漏斗中砂的质量和体积密度的判定、现场干密度测定3个操作流程。铁路标准TB 10102—2010操作流程与英国标准BS 1377基本相同，在材料的选择方面没有特定的说明，仅要求不能用于填石路基压实度的测定。 现场干密度测量过程中英国标准BS 1377要求使用刮刀将试验土面裁剪成一个水平面，铁路标准TB 10102—2010要求铲平测试地面，虽然操作方法不同，但目的都是人为制造一个水平的测试面，相比较而言，开挖一个水平面在试验精度方面更好控制。铁路标准TB 10102—2010与英国标准BS 1377对湿密度和干密度的计算基本相同，只是密度单位不同，中国铁路标准用g/cm3，而英国标准BS 1377的密度单位是mg/m3。

2 CBR试验

CBR(California Bearing Ratio)试验是1982年美国加州在进行沥青路面破坏调查时为比较材料的强度而提出的，也称加州承载比试验。CBR试验可分为室内试验和原位试验，两种方法在适用环境和仪器设备方面差距较大，但室内CBR试验在工地试验室中最为常见。

2.1 仪器设备

CBR试验仪器主要由击实仪、贯入仪及其他仪器设备(天平、标准筛、台秤、膨胀量测量装置、底板等)组成，英国标准BS 1377要求使用的击实仪和其他仪器设备与中国标准相比基本相似，但在试验贯入仪方面差别较大，如图1(a)和图1(b)所示。

CBR试验中，中国标准1个测力计量表位于测力环中心，2个测量贯入深度的百分表位于试样顶部两侧，在实际操作过程中，经常遇到反映贯入量的两个百分表读数相差较大，使取值困难，主要是由于试验仪未水平或贯入杆与试件顶面未完全接触而引起的，可以通过在试验仪器低的一段垫铁片或调整偏球座来解决，虽然操作比较繁杂，但有效减小试验操作过程中偶然误差。英国标准BS1377则选用一个百分表位于试样顶部一侧，直接读取贯入深度值，操作简单，但在试验仪调平过程中没有依据证明仪器已经水平，而只是通过视觉直接感受，读数误差大。

2.2 操作流程

从适用范围、试样成型、浸水试验、贯入试验4个方面对中国铁路标准(TB 10102—2010)和英国标准(BS1377—4)进行对比，主要差异见表2。

表2 CBR试验操作流程中英标准对比

在取样方面，中国铁路标准允许使用粒径20～40 mm的土样，但20～40 mm粒径土样对贯入试验结果有影响，在试验过程中应和英国标准一样，最好不超过20 mm，特别是20～40 mm占比很少的情况，可以直接去掉大于20 mm的土样。但是20～40 mm土样占比大于10%时，应严格对结果进行修正。中国铁路标准取样范围更广，而且为了适应现场环境，也要求根据不同粒径土样占比进行结果修正。试样成型过程中，两个标准在风干方式和样品制备数量方面均不相同，这主要与CBR值确定有关。操作过程中，中国标准要求注水后水槽内水面应保持高出试样顶面25 mm，而英国标准BS1377则考虑试样应放在水面以下至少10 mm的高度，两种标准在浸水高度上的差异，实则是对模拟实际现场工况的不同，故在平时检测过程中，应结合现场实际工况，如马来西亚多采用英国标准，但马来西亚环境和英国差距极大，许多地方膨胀性的红黏土较多，雨季和旱季土壤含水率差异很大，且雨季周期长，路基填料泡水深度和时间可能较大，应加大浸水深度，中国铁路标准更加贴近马来西亚现场实际环境。

在贯入试验方面，两个标准在施加压力和贯入速率方面差异很小，在贯入深度差异较大，但都要求贯入深度大于7.5 mm，由于取值为2.5 mm或5 mm，两个标准的总贯入深度对CBR取值影响不大，只是在结果修正时，中国铁路标准选用的数据范围更广，修正误差偏小。

2.3 数据处理

两种标准在试验曲线修正方面相同，均选用贯入量2.5 mm和5.0 mm中较大承载比，只是当贯入量2.5 mm承载比小于贯入量5.0 mm承载比，中国铁路标准需要再做一次试验进行复核，而英国标准则是直接选用，中国铁路标准在CBR取值方面更为严谨。由于两种标准选用标准强度单位不一致(见表3)，导致贯入量2.5 mm和5.0 mm换算所得强度标准值英国标准偏小90 kPa和184 kPa，强度标准值相差很小，压实度相同的土样采用两种标准计算出来的承载比也相差较小。由于采用铁路标准配制的土样压实度在95%～100%，而选用的是压实度为100%理想状态下的土样来计算承载比值，同种类型土样，压实度越大，CBR值越大，故采用铁路标准计算的CBR值普遍要大于英国标准。但是，在实际施工过程中，路基压实度很少达到96%以上，因此，在日常试验检测质量管控中，对于采用中国标准试验的土体CBR值应更为严格。

表3 中国标准与英国标准CBR试验计算公式

3 动态变形模量试验

英国标准对反映路基压实情况的压实度和CBR均有详细的描述，但对于EVD基本未涉及。中国在2004年开始实施的《铁路工程土工试验规程》中对EVD工作原理、仪器设备、操作过程、试验记录及相关要求进行了详细的说明，但多局限于压实质量要求高的特殊路段，未普及整个土工试验检测过程中，具体如下：1)中国铁路标准TB 10751—2018要求过渡段路堤高度≤3 m时，EVD ≥40 MPa；过渡段路堤高度>3 m时，EVD ≥30 MPa；2)中国铁路客运专线技术管理办法(试行)(300～350)中要求基床表层EVD ≥55 MPa，但同时地基系数k30和孔隙率n也需满足相关规范或设计要求；3)中国客专无碴轨道铁路路基设计指南要求基床及以下路基压实质量标准EV2和EVD参考德国标准。

EVD试验是一种先进的路基质量检测方法，尤其在反应列车真实状态方面占有优势，即列车高速运转产生动应力对路基土的干扰，与路基压实度和CBR试验相比，EVD试验操作简单、测试速度快、精准度较高，在室内不同压实度试验过程中，EVD和压实度及CBR值均存在近似线性关系，说明动态变形模量EVD作为路基压实质量检测方法具有一定的理论依据。在路基占比极高且参考英国标准的国际工程，如果能参考中国标准对EVD的相关要求，注意对测点进行合理清理与布置，分析EVD控制指标与路基填料压实度和CBR之间的相关性，推荐路基EVD控制指标的建议限值，并推广到路基施工的全过程质量控制中，将极大提升检测效率，在施工过程中可以同步监测路基施工质量而不影响施工进度。

4 结 论

a.对比中英两国标准发现：①铁路标准根据填料粒径及测试层厚度选择灌砂仪器容积和试坑尺寸，英国标准则主要通过测试层厚度来选择，试坑开挖尺寸较小；②两种标准在CBR试验仪器设备、样品数量和CBR值选取方面差异较大，与样品数量有关；③中国标准提供的CBR指标是一种等价于最优含水率的理想状态，但英国标准提出的CBR值相对较小；④英国标准未涉及EVD试验，而中国标准仅在压实质量要求高的特殊路段进行相关规定；⑤中国标准考虑更为综合全面，英国标准部分试验结果精度较高。

b.EVD试验与路基压实度和CBR值之间存在线性相关关系，如推荐EVD控制指标的建议限值，将在路基占比极高、路基压实度检测效率较低的国际工程中具有较好的实践，极大提升检测效率。