唐 濤

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430061)

1 引言

在中國橋梁工程技術(shù)“走出去”過程中，發(fā)現(xiàn)境外項(xiàng)目往往屬地化特點(diǎn)鮮明[1]，東南亞地區(qū)有些國家有較為完善的規(guī)范[2]，有些國家存在當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)采用的情況。這些地區(qū)規(guī)范與中國規(guī)范存在一定差異，且在多個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐中，相同的地質(zhì)條件按照不同國家規(guī)范其樁基設(shè)計(jì)結(jié)果也有較大差異。隨著“一帶一路”的推進(jìn)，中資企業(yè)在東南亞地區(qū)承攬項(xiàng)目將隨著中國與東南亞國家的合作繼續(xù)走向深入[3]，作為工程技術(shù)人員，應(yīng)結(jié)合東南亞地區(qū)工程實(shí)踐和適用規(guī)范，因地制宜地選用合適的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)方法。

2 東南亞地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況調(diào)研

筆者重點(diǎn)調(diào)查了馬來西亞東海岸鐵路等項(xiàng)目，同時(shí)收集了東南亞多個(gè)國家橋梁工程項(xiàng)目情況，對(duì)該地區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了匯總。

(1)馬來西亞東海岸鐵路:雙線電氣化鐵路，設(shè)計(jì)速度160 km/h。橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)符合馬來西亞當(dāng)?shù)匾?guī)范和英國規(guī)范。以上規(guī)范不適用時(shí)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)膰H標(biāo)準(zhǔn)、中國標(biāo)準(zhǔn)或者其他同等標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目橋梁基礎(chǔ)一般采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)、鉆孔灌注樁、打入預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)三種類型，其他基礎(chǔ)類型應(yīng)根據(jù)工點(diǎn)設(shè)計(jì)情況具體研究確定。樁基礎(chǔ)直徑優(yōu)先采用?1.0 m，必要時(shí)可采用?1.20 m。

(2)馬來西亞南部鐵路:雙線電氣化鐵路，設(shè)計(jì)客運(yùn)速度160 km/h、貨運(yùn)速度90 km/h。橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要參考英國標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合馬來西亞當(dāng)?shù)厍闆r。橋梁基礎(chǔ)主要采用打入樁、鉆孔灌注樁，優(yōu)先采用鉆孔灌注樁，采用樁徑多為0.9 m或1.2 m。

(3)泰國曼谷既有機(jī)場(chǎng)連接線(ARL)項(xiàng)目:雙線電氣化輕軌，設(shè)計(jì)速度160 km/h。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)范以美國規(guī)范為主，同時(shí)參考英標(biāo)、歐標(biāo)和UIC標(biāo)準(zhǔn)。橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑從0.35 m至1.5 m不等，區(qū)間高架橋基礎(chǔ)主要采用的樁徑為1.2 m、1.5 m。

(4)東南亞地區(qū)其他項(xiàng)目情況:除以上鐵路項(xiàng)目外，筆者整理了東南亞地區(qū)一些公路項(xiàng)目資料。通常而言，除了活載及與活載相關(guān)的內(nèi)容，國際上鐵路工程和公路工程設(shè)計(jì)方法、規(guī)定無太大差異。該地區(qū)其他項(xiàng)目橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況見表1。

表1 東南亞地區(qū)其他項(xiàng)目橋梁樁基礎(chǔ)情況

(5)東南亞地區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況總結(jié):該地區(qū)橋梁基礎(chǔ)廣泛采用承載力高、施工簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)理論完善的樁基礎(chǔ)。此外，東南亞許多地區(qū)島嶼眾多、表層覆土較厚，不適合大規(guī)模采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)形式有打入樁和鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁直徑一般在1 m以上，尤以1.2 m和1.5 m居多。常用規(guī)范主要有以下幾種:①地區(qū)規(guī)范。該地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)條件雖較為落后，但大部分國家仍有一些本地區(qū)規(guī)范，以建筑規(guī)范居多，含部分橋涵規(guī)范。②美國規(guī)范。美國AASHTO和ACI規(guī)范在東南亞項(xiàng)目中應(yīng)用較為廣泛。③歐洲/英國規(guī)范。歐洲規(guī)范因其適用范圍較廣、體系完整、理念先進(jìn)，近些年在國際上影響力逐漸增加，許多業(yè)主都可以接受歐洲規(guī)范。④日本/印度/中國規(guī)范。日本、印度和中國均在東南亞地區(qū)有承攬的工程項(xiàng)目，有采用這些國家規(guī)范的情況。

3 東南亞某項(xiàng)目樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)比分析

3.1 項(xiàng)目情況

某中資企業(yè)承攬了東南亞某電氣化鐵路項(xiàng)目設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度160 km/h，標(biāo)準(zhǔn)軌距，雙線，UIC71活載。該項(xiàng)目某橋墩高度17.5 m，墩頂為兩跨32 m直線標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支T梁。擬采用6根直徑1 m鉆孔灌注樁，承臺(tái)高2 m，承臺(tái)頂埋入地面以下0.5 m。試根據(jù)①歐洲規(guī)范＋英國BS8004、②美國AASHTO和③中國《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10093—2017)計(jì)算樁長(zhǎng)。

恒載作用下，單樁最大豎向荷載為3 416 kN；列車活載作用下，單樁最大豎向荷載為1 028 kN。

該橋墩位置地質(zhì)參數(shù)見圖1。

需要說明的是:在境外工程實(shí)踐中，勘察單位勘探成果常以標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)(SPT)形式提供給設(shè)計(jì)方。如本項(xiàng)目，其巖土性能即是按照未修正的SPT所提供，用于土體參數(shù)法計(jì)算的地質(zhì)參數(shù)，是在地質(zhì)專業(yè)協(xié)助下轉(zhuǎn)換而來。盡管英國和美國規(guī)范中，有直接按照標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)進(jìn)行樁基承載力計(jì)算的公式，但因根據(jù)SPT計(jì)算的各經(jīng)驗(yàn)方法離散性較大，且國內(nèi)規(guī)范未見此計(jì)算方式，因此此處選擇土體參數(shù)法進(jìn)行樁長(zhǎng)計(jì)算和對(duì)比。

3.2 計(jì)算結(jié)果

針對(duì)該案例，按照中西方規(guī)范計(jì)算出的樁長(zhǎng)結(jié)果見表2[4-8]。

表2 東南亞某橋按不同規(guī)范計(jì)算樁長(zhǎng)

3.3 結(jié)果分析

(1)中西方規(guī)范采用土體參數(shù)和計(jì)算方法不同，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果離散性較大。歐洲、英國和美國規(guī)范計(jì)算方法相近，主要用到的參數(shù)包括不排水抗剪強(qiáng)度、有效豎向壓應(yīng)力等；中國規(guī)范體系下，主要用到的參數(shù)是樁側(cè)極限摩阻力、地基容許承載力等[9]。

(2)中西方規(guī)范用于樁基設(shè)計(jì)計(jì)算的樁頂荷載計(jì)算方式不同。中國規(guī)范、美國規(guī)范是將上部結(jié)構(gòu)及橋墩荷載組合結(jié)果直接作用于基礎(chǔ)頂部[10]，歐洲規(guī)范基礎(chǔ)檢算不采用上部結(jié)構(gòu)荷載組合結(jié)果[11]，而是重新考慮上部荷載、巖土作用等不確定性，對(duì)作用和抗力按不同的系數(shù)進(jìn)行組合驗(yàn)算。

(3)中西方規(guī)范中關(guān)于樁側(cè)摩阻力、樁底端承力考慮范圍不同。如美國規(guī)范規(guī)定，樁頂5 ft(約1.5 m)范圍內(nèi)不計(jì)側(cè)摩阻力，其他規(guī)范無此規(guī)定，這是導(dǎo)致按美國規(guī)范樁長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果略長(zhǎng)于按英國規(guī)范計(jì)算結(jié)果的原因之一[12]。

(4)西方規(guī)范和中國規(guī)范計(jì)算的樁側(cè)摩阻力結(jié)果相差不大，但中粗砂地層的端承力相差較大。中國鐵路規(guī)范中，摩擦樁的端承力占總承載力較小，而端承樁的側(cè)摩阻力占比較??；英美規(guī)范對(duì)于摩擦樁和端承樁，均需按照公式計(jì)算側(cè)摩阻力和端承力[13]。但通過馬來西亞東海岸鐵路實(shí)踐，根據(jù)馬來西亞當(dāng)?shù)匾?guī)范，摩擦樁的端承力不應(yīng)超過總承載力的20%，若按此規(guī)定，按照歐洲＋英國規(guī)范計(jì)算樁長(zhǎng)約為23 m，與其他規(guī)范樁長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果相近。

(5)值得注意的是，英美規(guī)范中對(duì)于支(嵌)于巖石中的樁體端承力折減較多(巖石破碎程度)。根據(jù)馬來西亞東海岸鐵路實(shí)踐，對(duì)于嵌入風(fēng)化破碎程度較為明顯基巖的端承樁，英美規(guī)范計(jì)算樁長(zhǎng)可能略長(zhǎng)于中國規(guī)范計(jì)算樁長(zhǎng)。

4 結(jié)論與思考

通過調(diào)研可知，鉆孔樁基礎(chǔ)在東南亞地區(qū)是應(yīng)用最多的基礎(chǔ)形式。樁直徑一般在1 m左右，以1.2 m和1.5 m居多。東南亞地區(qū)大部分國家規(guī)范體系不健全，由中、日等國家承包商主導(dǎo)的項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)規(guī)范選擇上有一定的主動(dòng)權(quán)；國際援助和地方自有資金項(xiàng)目，歐洲規(guī)范、英國標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)在該地區(qū)市場(chǎng)認(rèn)可度較高。西方規(guī)范采用的設(shè)計(jì)輸入、樁基礎(chǔ)計(jì)算方法、抗力計(jì)算范圍等與中國規(guī)范存在不同點(diǎn)。

通過實(shí)際案例的對(duì)比分析，按中國規(guī)范計(jì)算摩擦樁的樁長(zhǎng)較西方規(guī)范長(zhǎng)(另根據(jù)東南亞地區(qū)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，按中國規(guī)范計(jì)算柱樁的樁長(zhǎng)較西方規(guī)范略短，因?yàn)槲鞣揭?guī)范考慮巖石破碎系數(shù)對(duì)端承力有所折減)。此外，東南亞地區(qū)有些國家自己在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面所總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，是國際規(guī)范在東南亞地區(qū)應(yīng)用時(shí)的重要補(bǔ)充(如馬來端承力的規(guī)定)?？傮w而言，中外規(guī)范在同一地質(zhì)條件下、同一荷載輸入情況下，計(jì)算樁長(zhǎng)不會(huì)有太大差別。

通過本文研究，我國工程師在參與應(yīng)用這些規(guī)范的項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)注意以下情況:

(1)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作用力計(jì)算采用的荷載組合方法不同，應(yīng)參考相關(guān)規(guī)范計(jì)算確定樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載。

(2)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)輸入不同。西方規(guī)范采用的土體參數(shù)法其相關(guān)參數(shù)與中國規(guī)范相差較大，且直接采用SPT貫入次數(shù)(或修正值)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用同樣廣泛；英美規(guī)范中均出現(xiàn)基巖承載力折減情況，嵌巖樁端承力計(jì)算結(jié)果會(huì)與中國規(guī)范相差較大。此外，國內(nèi)設(shè)計(jì)者習(xí)慣于采用中國規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，則應(yīng)請(qǐng)地質(zhì)專業(yè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況提供相對(duì)應(yīng)的國內(nèi)規(guī)范所需要的地質(zhì)參數(shù)[14]。

(3)中西方規(guī)范中關(guān)于樁側(cè)摩阻力、樁底端承力考慮范圍不同。如美國規(guī)范規(guī)定，樁頂5 ft(約1.5 m)范圍內(nèi)不計(jì)側(cè)摩阻力，而其他規(guī)范無此規(guī)定；中國規(guī)范不計(jì)巖石中樁側(cè)摩阻力，而英美規(guī)范均需計(jì)算樁基在巖石中的側(cè)摩阻力。此外，英美規(guī)范中，嵌巖樁的端承力需乘一巖石破碎系數(shù)，使得計(jì)算所得端承力有所折減，這一點(diǎn)與中國規(guī)范差異也較大，應(yīng)當(dāng)引起注意。

(4)注重西方規(guī)范與東南亞所在國經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。東南亞地區(qū)均無橋梁專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范，部分國家有一些建筑設(shè)計(jì)規(guī)范或設(shè)計(jì)指南，應(yīng)將地方相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)指南作為設(shè)計(jì)的重要參考。