中美標準規范在公路橋梁樁基施工中的對比分析

摘 要：本文通過東非第一跨海大橋坦桑尼亞基甘博尼橋施工中采用的美國公路橋梁標準規范[1]，以樁基施工為例，與中國公路橋涵施工技術規范[2]對比分析，概括總結了國際與國內規范對于樁基施工中的差異性。希望對今后我國公路橋梁工程發展有一定的借鑒意義，并幫助廣大技術人員開闊視野，提高競爭力。

關鍵詞：中美標準規范；基甘博尼橋；樁基施工；對比分析

1 前 言

基甘博尼橋橫跨非洲東部坦桑尼亞共和國前首都達累斯·薩拉姆市東南部庫拉西尼海灣，是溝通主城區和東南郊區的唯一橋梁，同時也是東非第一座跨海大橋。業主是坦桑尼亞國家社保基金NSSF，設計及監理（咨詢）均為埃及阿拉伯咨詢公司ACE，承包方為中國中鐵大橋局MBEC。施工合同條款采用國際咨詢工程師聯合會FIDIC條款（2005年多邊開發銀行協調版）；技術規范采用美國公路與運輸協會標準AASHTO規范；材料規范采用美國材料與試驗協會ASTM規范和英國標準學會BS規范，以ASTM為主。

2 工程概況[3]

基甘博尼主橋長400m，布置形式為（40+60+200+60+40）m的五跨雙塔單索面斜拉橋，引橋為4×40m及3×40m跨連續箱梁結構。主橋橋面板寬32m，包括雙向6車道以及2條人行道。上部結構為預應力混凝土箱梁，塔柱混凝土箱型截面。兩岸引橋均為等高預應力混凝土連續箱梁，分為左右兩幅，單幅梁頂面寬14.8m，兩幅凈距2.4m。全橋基礎均采用樁基礎。全橋結構圖如“圖1”所示：

全橋樁基均為鉆孔灌注樁，C42海工混凝土，摩擦型樁，共202根，其中直徑φ1.5m 162根，φ1.0m 40根。樁長為25m～64.48m。其中主塔墩為7#、8#墩，均為40根直徑φ1.5m的樁基。7#、8#墩樁頂標高均為-2.0m。各支墩承臺底基本坐落于海床線以上。主梁底面標高+11m，不考慮通航要求。

本橋橫跨庫拉西尼海灣，水位主要受印度洋潮汐影響，一天兩次漲落潮。設計最高水位+2.3m，最低水位-2.0m，平均水平面為+0.00m，最大水深為11.30m。橋位最大風速為19.4m/s，氣溫為16℃～33℃，相對濕度為51%～80%。海灣中地質情況從上向下依次為：1、軟質粘土。海床處頂層土為軟質和非常軟質粉質粘土，延伸至海床以下8.0～19.0m。2、粘土。中間或夾雜著中等堅硬粉質粘土的土層：分布在軟粘土下面并延伸至海床以下18m。3、砂。中等致密到非常致密的砂層并帶有不同含量的粉土和粘土的土層：分布在上述土層下面并延伸至海床下35～40m。4、石灰巖。有夾雜珊瑚礫石的石灰巖層：分布在海床下41～53.6m。不同厚度的粘土或粉土夾層出現在不同的深度。本橋西北岸側表面覆蓋了納爾遜·曼德拉道沿線橋梁與海邊珊瑚礁崖之間的沼澤地帶，位于道路橋梁與印度洋間的沼澤地帶之下主要是：松散的細至中粉砂，深度約為16m，粉砂層之下為中等密度粘土砂層，再下為細粉砂。此外在局部位置靠印度洋海邊發現了珊瑚石灰巖，深度2～10m。大橋東南岸側表面存在大約5m深的細砂，細砂層下為粘土砂，深度達10m。總體上，沿基甘博尼橋引道沿線無可壓縮土壤。庫拉西尼海灣水流流速0.03m/s～0.3m/s。海水漲落潮對海岸線沖刷明顯，需要注意邊坡防。

3 中、美標準規范在樁基施工中對比分析

本橋鉆孔灌注樁施工所采用是美國公路與運輸協會制定的《公路橋梁標準規范AASHTO LRFDCONS-2004》，它與中國交通運輸部制定的《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）相比，有以下幾個方面的差異，值得我們中國工程師學習和借鑒：

3.1 開鉆前準備工作

美國規范規定：承包商必須在開鉆前四周向咨詢工程師提交有關鉆孔施工的全部施工方案。包括：設備清單；整體施工程序；泥漿、鋼筋、混凝土、荷載試驗的施工方法、工藝。在施工圖未得到咨詢工程師批準前，承包商不得開工。這證明咨詢工程師雖然角色和中國的監理工程師差不多，但是咨詢工程師在整個工程施工中處于核心地位，業主、承包商必須聽從咨詢工程師符合施工合同條款的指令。而中國的工程施工是業主占主導地位，監理工程師服從業主的指示。這點需要中國向美國學習。

3.2 混凝土

本橋要求混凝土材料必須為A類的高性能混凝土。美國規范規定：A類混凝土是指除了暴露海水中或者其他等級混凝土要求，一般情況下適用于所有橋梁結構構件。而中國普通混凝土沒有A類這種說法，只有部分預應力混凝土構件有A、B類說法[4]。中國規范規定：A類指使用荷載短期效應組合作用下，構件預應力混凝土正截面拉應力不超過規定的容許值；B類則指使用荷載短期效應組合作用下，構件預壓應力區混凝土正截面的拉應力超過規定的限制，但裂縫寬度不超過容許值。美國混凝土協會ACI規定：高性能混凝土是一種易于澆注、搗實、不離析，能長期保持高強、韌性與體積穩定性，在嚴酷環境下使用壽命長的混凝土。它并不一定需要很高的抗壓強度，但仍需達到55MPa以上，需要具有很高的抗化學腐蝕性或其他一些性能。而中國交通運輸部參照中國工程建設標準化協會制定的《高性能混凝土應用技術規程》（CECS 207：2006）[5]，對高性能混凝土定義為：采用常規材料、常規工藝，在常溫下，以低水膠比、大滲量優質滲合料和嚴格的質量控制措施制作的，具有良好的施工工作性能且硬化后具有高耐久性、高尺寸穩定性及較高強度的混凝土。兩國關于A類混凝土定義完全不同，關于高性能混凝土定義基本一致。

3.3 護筒

關于護筒，美國規范要求靈活：只要求護筒內徑應不小于樁徑，對于埋設沒有具體規定。而中國規范要求詳細：陸上或淺水區筑島處的護筒內徑至少大于樁徑200mm；在水中以機械沉設的護筒，內徑依實際情況而定。護筒頂宜高于地面0.3m或水面1.0～2.0m；護筒埋置深度在旱地或筑島處宜為2～4m。

3.4 泥漿

關于鉆孔泥漿，美國規范的鉆孔樁泥漿性能指標見“表1”所示。關鍵指標是相對密度、黏度、含砂率、酸堿度這四項。而且美國規范規定，在灌注樁混凝土之前，應在孔底和整個孔內充滿泥漿的高度每間隔不超過3m處分多次取泥漿樣本。

表1 美國《公路橋梁標準規范》鉆孔樁泥漿性能指標

泥漿特性 20?C下測得合規性值 試驗方法

鉆孔時攪拌的泥漿 澆筑混凝土時

相對密度 1.03～1.11 1.03～1.20 泥漿比重秤

黏度（Pa·s） 14～22.5 14～22.5 馬什漏斗

含砂率（%） <2 <2 砂篩試驗

酸堿度PH 8～11 8～11 PH值電子計

中國規范對泥漿的各項性能指標不做硬性規定，可根據不同項目的實際情況與鉆孔方法和土層情況相適應即可。當設計缺乏泥漿的性能指標參數時，可參照 “表2”。中國規范規定，在灌注樁混凝土之前，從樁孔的頂、中、底分三次取樣。

表2 中國《公路橋涵施工技術規范》鉆孔樁泥漿性能指標

泥漿特性 清孔后 試驗方法

相對密度 1.03～1.10 泥漿比重秤

黏度（Pa·s） 17～20 標準漏斗黏度計

含砂率（%） <2 砂篩試驗

膠體率（%） >98 量杯

通過對比可以看出美國規范取樣次數多，樣本更能反映孔內泥漿的真實情況；但是中國規范對取樣的參數要求更詳細，增加了膠體率這一項。而美國規范沒有膠體率硬性規定，只要求泥漿應具有足夠的凝膠特性，膠體率應充分保證孔壁的穩定和混凝土順利灌注。

3.5 清孔

關于孔底沉淀厚度，美國規范規定：摩擦樁≤50mm。中國規范規定：摩擦樁①應符合設計規定；②設計未規定時，對于樁徑≤1.5m的樁，沉淀厚度≤200mm；③設計未規定時，對于樁徑>1.5m或樁長>40m或土質較差的樁，沉淀厚度≤300mm。美國規范對于涉及到樁頭質量的孔底沉淀控制比中國要求嚴格。

3.6 鋼筋籠保護層墊塊

關于鋼筋籠，兩國要求基本相同，均要求應能保護樁基鋼筋質量。唯一不同點在于保護層墊塊。美國規范規定：①墊塊的豎向間距≤1.5m；②當鋼筋籠的縱向主筋是直徑>25mm時，墊塊的豎向間距≤3m。而中國規范規定：墊塊的豎向間距≤2m。對比可以看出，中國規范是要求所有類型的樁，墊塊都是同樣的布置。而美國規范對于不同直徑類型的樁，墊塊布置各有區別，更適應實際需要。

3.7 混凝土的灌筑及養護

關于混凝土的灌筑時間，美國規范規定：①對于直徑<2.4m的樁，混凝土從開始灌注到完畢結束，時間≤2h；②對于直徑≥2.4m的樁，每2h應灌注超過9m高的混凝土。而中國規范規定：水下混凝土的灌注時間不得超過混凝土的初凝時間。美國規范對混凝土灌注的連續性比中國嚴格多，更定量化，目的是確保樁基混凝土整體質量良好。

關于灌筑混凝土施工工藝的規定，比如導管埋深，美國規范沒有具體要求，而中國規范要求詳細具體，更方便施工技術人員參考。

關于混凝土養護，美國規范規定：灌筑完混凝土48h內，除適度振動外，任何可以引起樁相鄰處土擾動的施工都是禁止的。對樁基暴露在水中的部分應進行保護，至少養護7天后才能拆除模板，防止遭到水的破壞。而中國規范沒有相關規定。美國規范對于混凝土的養護要求比中國更嚴格。

3.8 施工允許偏差

關于樁基施工檢驗，兩國規范的檢查項目基本無差別，不同的在于允許偏差值不同。，中國規范要求更嚴格些。詳見“表3”。

表3 鉆孔樁施工允許偏差

項目 規定值或允許偏差值

美國規范 中國規范

孔的中心位置（mm） ±75 群樁：100；單排樁50

孔徑（mm） ≥設計樁徑，≤25mm ≥設計樁徑

傾斜度（%） ≤2 <1

孔深（m） ≥設計規定 ≥設計規定

樁頂標高（mm） <25 ±15

鋼筋籠頂標高（mm） -75，+150 ±20

4 結 語

中國公路橋涵的標準規范總結了國內的成熟經驗，也借鑒了國外先進的技術標準和規范，制定了適合國情的技術標準規范，基本與國際接軌。但是我們廣大工程技術人員不可坐井觀天，要看到時代潮流的變化：隨著中國經濟發展，國內市場產能趨向飽和，國家提倡 “走出去”戰略。但是標準規范已成為國際市場準入的隱形門檻和軟性貿易保護的技術壁壘，成為制約中國發展的瓶頸[6]。目前亞、非、拉等落后國家屬于前景廣闊的新興市場，但由于歷史上是發達國家的殖民地，受原宗主國文化、政治、科技、經濟影響力，不完全相信中國的工程質量，通常會優先考慮采用歐美的工程建設標準規范。從國家擴大影響力和企業盈利出發，我們需要努力學習美國等發達國家的標準規范，取長補短，打造復合型人才，爭取在全球經濟一體化中從“遵守別人游戲規則”到自己“制定游戲規則”，從輸出“中國制造”到推廣“中國標準”。提高個人、企業、國家的競爭力，在全球化的大潮中利于不敗之地。

參考文獻

[1]AASHTO.2004. AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications，2nd Edition，LRFDCONS-2 [S].Washington D.C： American Association of State Highway and Transportation Officials， 2004.

[2]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]婁松，坦桑尼亞基甘博尼橋及引道施工項目實施性施工組織設計[Z].武漢：中鐵大橋局股份有限公司設計分公司，2012.

[4] JTG_D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5] CESC207：2006，高性能混凝土應用技術規程[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[6] 孫利國，楊秋波，任遠. 中國工程建設標準“走出去”發展戰略[J].國際經濟合作：2011，（8）：56-59.

作者簡介

嚴杰（1987-），男，、助理工程師，大學本科，工學學士，2010年畢業于南京理工大學土木工程系。