東南亞地區(qū)橋梁樁基礎設計經驗及思考

唐 濤

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430061)

1 引言

在中國橋梁工程技術“走出去”過程中，發(fā)現(xiàn)境外項目往往屬地化特點鮮明[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?shù)貥藴屎蛧H標準同時采用的情況。這些地區(qū)規(guī)范與中國規(guī)范存在一定差異，且在多個項目實踐中，相同的地質條件按照不同國家規(guī)范其樁基設計結果也有較大差異。隨著“一帶一路”的推進，中資企業(yè)在東南亞地區(qū)承攬項目將隨著中國與東南亞國家的合作繼續(xù)走向深入[3]，作為工程技術人員，應結合東南亞地區(qū)工程實踐和適用規(guī)范，因地制宜地選用合適的設計方案和設計方法。

2 東南亞地區(qū)橋梁樁基礎設計情況調研

筆者重點調查了馬來西亞東海岸鐵路等項目，同時收集了東南亞多個國家橋梁工程項目情況，對該地區(qū)橋梁基礎設計情況進行了匯總。

(1)馬來西亞東海岸鐵路:雙線電氣化鐵路，設計速度160 km/h。橋梁設計應符合馬來西亞當?shù)匾?guī)范和英國規(guī)范。以上規(guī)范不適用時，應采用適當?shù)膰H標準、中國標準或者其他同等標準。該項目橋梁基礎一般采用明挖擴大基礎、鉆孔灌注樁、打入預應力管樁基礎三種類型，其他基礎類型應根據(jù)工點設計情況具體研究確定。樁基礎直徑優(yōu)先采用?1.0 m，必要時可采用?1.20 m。

(2)馬來西亞南部鐵路:雙線電氣化鐵路，設計客運速度160 km/h、貨運速度90 km/h。橋梁基礎設計主要參考英國標準，并結合馬來西亞當?shù)厍闆r。橋梁基礎主要采用打入樁、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)泰國曼谷既有機場連接線(ARL)項目:雙線電氣化輕軌，設計速度160 km/h。本項目設計規(guī)范以美國規(guī)范為主，同時參考英標、歐標和UIC標準。橋梁基礎采用鉆孔樁基礎，樁徑從0.35 m至1.5 m不等，區(qū)間高架橋基礎主要采用的樁徑為1.2 m、1.5 m。

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

表1 東南亞地區(qū)其他項目橋梁樁基礎情況

(5)東南亞地區(qū)橋梁基礎設計情況總結:該地區(qū)橋梁基礎廣泛采用承載力高、施工簡單、設計理論完善的樁基礎。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)模采用擴大基礎。樁基礎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)基礎設施和技術條件雖較為落后，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)范在東南亞項目中應用較為廣泛。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，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)有承攬的工程項目，有采用這些國家規(guī)范的情況。

3 東南亞某項目樁基礎設計對比分析

3.1 項目情況

某中資企業(yè)承攬了東南亞某電氣化鐵路項目設計，設計速度160 km/h，標準軌距，雙線，UIC71活載。該項目某橋墩高度17.5 m，墩頂為兩跨32 m直線標準簡支T梁。擬采用6根直徑1 m鉆孔灌注樁，承臺高2 m，承臺頂埋入地面以下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設計規(guī)范》(TB 10093—2017)計算樁長。

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。

該橋墩位置地質參數(shù)見圖1。

需要說明的是:在境外工程實踐中，勘察單位勘探成果常以標準貫入次數(shù)(SPT)形式提供給設計方。如本項目，其巖土性能即是按照未修正的SPT所提供，用于土體參數(shù)法計算的地質參數(shù)，是在地質專業(yè)協(xié)助下轉換而來。盡管英國和美國規(guī)范中，有直接按照標準貫入次數(shù)進行樁基承載力計算的公式，但因根據(jù)SPT計算的各經驗方法離散性較大，且國內規(guī)范未見此計算方式，因此此處選擇土體參數(shù)法進行樁長計算和對比。

3.2 計算結果

針對該案例，按照中西方規(guī)范計算出的樁長結果見表2[4-8]。

表2 東南亞某橋按不同規(guī)范計算樁長

3.3 結果分析

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

(2)中西方規(guī)范用于樁基設計計算的樁頂荷載計算方式不同。中國規(guī)范、美國規(guī)范是將上部結構及橋墩荷載組合結果直接作用于基礎頂部[10]，歐洲規(guī)范基礎檢算不采用上部結構荷載組合結果[11]，而是重新考慮上部荷載、巖土作用等不確定性，對作用和抗力按不同的系數(shù)進行組合驗算。

(3)中西方規(guī)范中關于樁側摩阻力、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)范圍內不計側摩阻力，其他規(guī)范無此規(guī)定，這是導致按美國規(guī)范樁長計算結果略長于按英國規(guī)范計算結果的原因之一[12]。

(4)西方規(guī)范和中國規(guī)范計算的樁側摩阻力結果相差不大，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，而端承樁的側摩阻力占比較小；英美規(guī)范對于摩擦樁和端承樁，均需按照公式計算側摩阻力和端承力[13]。但通過馬來西亞東海岸鐵路實踐，根據(jù)馬來西亞當?shù)匾?guī)范，摩擦樁的端承力不應超過總承載力的20%，若按此規(guī)定，按照歐洲＋英國規(guī)范計算樁長約為23 m，與其他規(guī)范樁長計算結果相近。

(5)值得注意的是，英美規(guī)范中對于支(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踐，對于嵌入風化破碎程度較為明顯基巖的端承樁，英美規(guī)范計算樁長可能略長于中國規(guī)范計算樁長。

4 結論與思考

通過調研可知，鉆孔樁基礎在東南亞地區(qū)是應用最多的基礎形式。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的項目，在設計規(guī)范選擇上有一定的主動權；國際援助和地方自有資金項目，歐洲規(guī)范、英國標準和美國標準在該地區(qū)市場認可度較高。西方規(guī)范采用的設計輸入、樁基礎計算方法、抗力計算范圍等與中國規(guī)范存在不同點。

通過實際案例的對比分析，按中國規(guī)范計算摩擦樁的樁長較西方規(guī)范長(另根據(jù)東南亞地區(qū)項目經驗，按中國規(guī)范計算柱樁的樁長較西方規(guī)范略短，因為西方規(guī)范考慮巖石破碎系數(shù)對端承力有所折減)。此外，東南亞地區(qū)有些國家自己在樁基礎設計方面所總結出的經驗，是國際規(guī)范在東南亞地區(qū)應用時的重要補充(如馬來端承力的規(guī)定)。總體而言，中外規(guī)范在同一地質條件下、同一荷載輸入情況下，計算樁長不會有太大差別。

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

(1)樁基礎設計作用力計算采用的荷載組合方法不同，應參考相關規(guī)范計算確定樁基礎設計荷載。

(2)樁基礎設計輸入不同。西方規(guī)范采用的土體參數(shù)法其相關參數(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)進行設計的方法應用同樣廣泛；英美規(guī)范中均出現(xiàn)基巖承載力折減情況，嵌巖樁端承力計算結果會與中國規(guī)范相差較大。此外，國內設計者習慣于采用中國規(guī)范進行驗證計算，則應請地質專業(yè)根據(jù)現(xiàn)場情況提供相對應的國內規(guī)范所需要的地質參數(shù)[14]。

(3)中西方規(guī)范中關于樁側摩阻力、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)范圍內不計側摩阻力，而其他規(guī)范無此規(guī)定；中國規(guī)范不計巖石中樁側摩阻力，而英美規(guī)范均需計算樁基在巖石中的側摩阻力。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)，使得計算所得端承力有所折減，這一點與中國規(guī)范差異也較大，應當引起注意。

(4)注重西方規(guī)范與東南亞所在國經驗相結合。東南亞地區(qū)均無橋梁專業(yè)設計規(guī)范，部分國家有一些建筑設計規(guī)范或設計指南，應將地方相關規(guī)范和經驗指南作為設計的重要參考。