東南亞地區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，發現境外項目往往屬地化特點鮮明[1]，東南亞地區有些國家有較為完善的規范[2]，有些國家存在當地標準和國際標準同時采用的情況。這些地區規范與中國規范存在一定差異，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，中資企業在東南亞地區承攬項目將隨著中國與東南亞國家的合作繼續走向深入[3]，作為工程技術人員，應結合東南亞地區工程實踐和適用規范，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地規范和英國規范。以上規范不適用時，應采用適當的國際標準、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工點設計情況具體研究確定。樁基礎直徑優先采用?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，并結合馬來西亞當地情況。橋梁基礎主要采用打入樁、鉆孔灌注樁，優先采用鉆孔灌注樁，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。本項目設計規范以美國規范為主，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)東南亞地區其他項目情況:除以上鐵路項目外，筆者整理了東南亞地區一些公路項目資料。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、規定無太大差異。該地區其他項目橋梁基礎設計情況見表1。

表1 東南亞地區其他項目橋梁樁基礎情況

(5)東南亞地區橋梁基礎設計情況總結:該地區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，東南亞許多地區島嶼眾多、表層覆土較厚，不適合大規模采用擴大基礎。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。常用規范主要有以下幾種:①地區規范。該地區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規范，以建筑規范居多，含部分橋涵規范。②美國規范。美國AASHTO和ACI規范在東南亞項目中應用較為廣泛。③歐洲/英國規范。歐洲規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，許多業主都可以接受歐洲規范。④日本/印度/中國規范。日本、印度和中國均在東南亞地區有承攬的工程項目，有采用這些國家規范的情況。

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①歐洲規范＋英國BS8004、②美國AASHTO和③中國《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》(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(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，用于土體參數法計算的地質參數，是在地質專業協助下轉換而來。盡管英國和美國規范中，有直接按照標準貫入次數進行樁基承載力計算的公式，但因根據SPT計算的各經驗方法離散性較大，且國內規范未見此計算方式，因此此處選擇土體參數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范計算樁長

3.3 結果分析

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

(2)中西方規范用于樁基設計計算的樁頂荷載計算方式不同。中國規范、美國規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進行組合驗算。

(3)中西方規范中關于樁側摩阻力、樁底端承力考慮范圍不同。如美國規范規定，樁頂5 ft(約1.5 m)范圍內不計側摩阻力，其他規范無此規定，這是導致按美國規范樁長計算結果略長于按英國規范計算結果的原因之一[12]。

(4)西方規范和中國規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，根據馬來西亞當地規范，摩擦樁的端承力不應超過總承載力的20%，若按此規定，按照歐洲＋英國規范計算樁長約為23 m，與其他規范樁長計算結果相近。

(5)值得注意的是，英美規范中對于支(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，英美規范計算樁長可能略長于中國規范計算樁長。

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。東南亞地區大部分國家規范體系不健全，由中、日等國家承包商主導的項目，在設計規范選擇上有一定的主動權；國際援助和地方自有資金項目，歐洲規范、英國標準和美國標準在該地區市場認可度較高。西方規范采用的設計輸入、樁基礎計算方法、抗力計算范圍等與中國規范存在不同點。

通過實際案例的對比分析，按中國規范計算摩擦樁的樁長較西方規范長(另根據東南亞地區項目經驗，按中國規范計算柱樁的樁長較西方規范略短，因為西方規范考慮巖石破碎系數對端承力有所折減)。此外，東南亞地區有些國家自己在樁基礎設計方面所總結出的經驗，是國際規范在東南亞地區應用時的重要補充(如馬來端承力的規定)。總體而言，中外規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。西方規范采用的土體參數法其相關參數與中國規范相差較大，且直接采用SPT貫入次數(或修正值)進行設計的方法應用同樣廣泛；英美規范中均出現基巖承載力折減情況，嵌巖樁端承力計算結果會與中國規范相差較大。此外，國內設計者習慣于采用中國規范進行驗證計算，則應請地質專業根據現場情況提供相對應的國內規范所需要的地質參數[14]。

(3)中西方規范中關于樁側摩阻力、樁底端承力考慮范圍不同。如美國規范規定，樁頂5 ft(約1.5 m)范圍內不計側摩阻力，而其他規范無此規定；中國規范不計巖石中樁側摩阻力，而英美規范均需計算樁基在巖石中的側摩阻力。此外，英美規范中，嵌巖樁的端承力需乘一巖石破碎系數，使得計算所得端承力有所折減，這一點與中國規范差異也較大，應當引起注意。

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