中美標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[1]，以樁基施工為例，與中國公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[2]對比分析，概括總結(jié)了國際與國內(nèi)規(guī)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(fā)展有一定的借鑒意義，并幫助廣大技術(shù)人員開闊視野，提高競爭力。

關(guān)鍵詞：中美標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(dá)累斯·薩拉姆市東南部庫拉西尼海灣，是溝通主城區(qū)和東南郊區(qū)的唯一橋梁，同時(shí)也是東非第一座跨海大橋。業(yè)主是坦桑尼亞國家社保基金NSSF，設(shè)計(jì)及監(jiān)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(lián)合會(huì)FIDIC條款（2005年多邊開發(fā)銀行協(xié)調(diào)版）；技術(shù)規(guī)范采用美國公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AASHTO規(guī)范；材料規(guī)范采用美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM規(guī)范和英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)BS規(guī)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?yàn)?×40m及3×40m跨連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。主橋橋面板寬32m，包括雙向6車道以及2條人行道。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，塔柱混凝土箱型截面。兩岸引橋均為等高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)。全橋結(jié)構(gòu)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(biāo)高均為-2.0m。各支墩承臺(tái)底基本坐落于海床線以上。主梁底面標(biāo)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(shè)計(jì)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(fēng)速為19.4m/s，氣溫為16℃～33℃，相對濕度為51%～80%。海灣中地質(zhì)情況從上向下依次為：1、軟質(zhì)粘土。海床處頂層土為軟質(zhì)和非常軟質(zhì)粉質(zhì)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(jiān)硬粉質(zhì)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?guī)r。有夾雜珊瑚礫石的石灰?guī)r層：分布在海床下41～53.6m。不同厚度的粘土或粉土夾層出現(xiàn)在不同的深度。本橋西北岸側(cè)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(xì)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(xì)粉砂。此外在局部位置靠印度洋海邊發(fā)現(xiàn)了珊瑚石灰?guī)r，深度2～10m。大橋東南岸側(cè)表面存在大約5m深的細(xì)砂，細(xì)砂層下為粘土砂，深度達(dá)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(yùn)輸協(xié)會(huì)制定的《公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范AASHTO LRFDCONS-2004》，它與中國交通運(yùn)輸部制定的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）相比，有以下幾個(gè)方面的差異，值得我們中國工程師學(xué)習(xí)和借鑒：

3.1 開鉆前準(zhǔn)備工作

美國規(guī)范規(guī)定：承包商必須在開鉆前四周向咨詢工程師提交有關(guān)鉆孔施工的全部施工方案。包括：設(shè)備清單；整體施工程序；泥漿、鋼筋、混凝土、荷載試驗(yàn)的施工方法、工藝。在施工圖未得到咨詢工程師批準(zhǔn)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(jiān)理工程師差不多，但是咨詢工程師在整個(gè)工程施工中處于核心地位，業(yè)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(yè)主占主導(dǎo)地位，監(jiān)理工程師服從業(yè)主的指示。這點(diǎn)需要中國向美國學(xué)習(xí)。

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(guī)范規(guī)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(jié)構(gòu)構(gòu)件。而中國普通混凝土沒有A類這種說法，只有部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件有A、B類說法[4]。中國規(guī)范規(guī)定：A類指使用荷載短期效應(yīng)組合作用下，構(gòu)件預(yù)應(yīng)力混凝土正截面拉應(yīng)力不超過規(guī)定的容許值；B類則指使用荷載短期效應(yīng)組合作用下，構(gòu)件預(yù)壓應(yīng)力區(qū)混凝土正截面的拉應(yīng)力超過規(guī)定的限制，但裂縫寬度不超過容許值。美國混凝土協(xié)會(huì)ACI規(guī)定：高性能混凝土是一種易于澆注、搗實(shí)、不離析，能長期保持高強(qiáng)、韌性與體積穩(wěn)定性，在嚴(yán)酷環(huán)境下使用壽命長的混凝土。它并不一定需要很高的抗壓強(qiáng)度，但仍需達(dá)到55MPa以上，需要具有很高的抗化學(xué)腐蝕性或其他一些性能。而中國交通運(yùn)輸部參照中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)制定的《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS 207：2006）[5]，對高性能混凝土定義為：采用常規(guī)材料、常規(guī)工藝，在常溫下，以低水膠比、大滲量優(yōu)質(zhì)滲合料和嚴(yán)格的質(zhì)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(wěn)定性及較高強(qiáng)度的混凝土。兩國關(guān)于A類混凝土定義完全不同，關(guān)于高性能混凝土定義基本一致。

3.3 護(hù)筒

關(guān)于護(hù)筒，美國規(guī)范要求靈活：只要求護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)不小于樁徑，對于埋設(shè)沒有具體規(guī)定。而中國規(guī)范要求詳細(xì)：陸上或淺水區(qū)筑島處的護(hù)筒內(nèi)徑至少大于樁徑200mm；在水中以機(jī)械沉設(shè)的護(hù)筒，內(nèi)徑依實(shí)際情況而定。護(hù)筒頂宜高于地面0.3m或水面1.0～2.0m；護(hù)筒埋置深度在旱地或筑島處宜為2～4m。

3.4 泥漿

關(guān)于鉆孔泥漿，美國規(guī)范的鉆孔樁泥漿性能指標(biāo)見“表1”所示。關(guān)鍵指標(biāo)是相對密度、黏度、含砂率、酸堿度這四項(xiàng)。而且美國規(guī)范規(guī)定，在灌注樁混凝土之前，應(yīng)在孔底和整個(gè)孔內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》鉆孔樁泥漿性能指標(biāo)

泥漿特性 20?C下測得合規(guī)性值 試驗(yàn)方法

鉆孔時(shí)攪拌的泥漿 澆筑混凝土?xí)r

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(yàn)

酸堿度PH 8～11 8～11 PH值電子計(jì)

中國規(guī)范對泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)不做硬性規(guī)定，可根據(jù)不同項(xiàng)目的實(shí)際情況與鉆孔方法和土層情況相適應(yīng)即可。當(dāng)設(shè)計(jì)缺乏泥漿的性能指標(biāo)參數(shù)時(shí)，可參照 “表2”。中國規(guī)范規(guī)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(shù)規(guī)范》鉆孔樁泥漿性能指標(biāo)

泥漿特性 清孔后 試驗(yàn)方法

相對密度 1.03～1.10 泥漿比重秤

黏度（Pa·s） 17～20 標(biāo)準(zhǔn)漏斗黏度計(jì)

含砂率（%） <2 砂篩試驗(yàn)

膠體率（%） >98 量杯

通過對比可以看出美國規(guī)范取樣次數(shù)多，樣本更能反映孔內(nèi)泥漿的真實(shí)情況；但是中國規(guī)范對取樣的參數(shù)要求更詳細(xì)，增加了膠體率這一項(xiàng)。而美國規(guī)范沒有膠體率硬性規(guī)定，只要求泥漿應(yīng)具有足夠的凝膠特性，膠體率應(yīng)充分保證孔壁的穩(wěn)定和混凝土順利灌注。

3.5 清孔

關(guān)于孔底沉淀厚度，美國規(guī)范規(guī)定：摩擦樁≤50mm。中國規(guī)范規(guī)定：摩擦樁①應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定；②設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，對于樁徑≤1.5m的樁，沉淀厚度≤200mm；③設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，對于樁徑>1.5m或樁長>40m或土質(zhì)較差的樁，沉淀厚度≤300mm。美國規(guī)范對于涉及到樁頭質(zhì)量的孔底沉淀控制比中國要求嚴(yán)格。

3.6 鋼筋籠保護(hù)層墊塊

關(guān)于鋼筋籠，兩國要求基本相同，均要求應(yīng)能保護(hù)樁基鋼筋質(zhì)量。唯一不同點(diǎn)在于保護(hù)層墊塊。美國規(guī)范規(guī)定：①墊塊的豎向間距≤1.5m；②當(dāng)鋼筋籠的縱向主筋是直徑>25mm時(shí)，墊塊的豎向間距≤3m。而中國規(guī)范規(guī)定：墊塊的豎向間距≤2m。對比可以看出，中國規(guī)范是要求所有類型的樁，墊塊都是同樣的布置。而美國規(guī)范對于不同直徑類型的樁，墊塊布置各有區(qū)別，更適應(yīng)實(shí)際需要。

3.7 混凝土的灌筑及養(yǎng)護(hù)

關(guān)于混凝土的灌筑時(shí)間，美國規(guī)范規(guī)定：①對于直徑<2.4m的樁，混凝土從開始灌注到完畢結(jié)束，時(shí)間≤2h；②對于直徑≥2.4m的樁，每2h應(yīng)灌注超過9m高的混凝土。而中國規(guī)范規(guī)定：水下混凝土的灌注時(shí)間不得超過混凝土的初凝時(shí)間。美國規(guī)范對混凝土灌注的連續(xù)性比中國嚴(yán)格多，更定量化，目的是確保樁基混凝土整體質(zhì)量良好。

關(guān)于灌筑混凝土施工工藝的規(guī)定，比如導(dǎo)管埋深，美國規(guī)范沒有具體要求，而中國規(guī)范要求詳細(xì)具體，更方便施工技術(shù)人員參考。

關(guān)于混凝土養(yǎng)護(hù)，美國規(guī)范規(guī)定：灌筑完混凝土48h內(nèi)，除適度振動(dòng)外，任何可以引起樁相鄰處土擾動(dòng)的施工都是禁止的。對樁基暴露在水中的部分應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，至少養(yǎng)護(hù)7天后才能拆除模板，防止遭到水的破壞。而中國規(guī)范沒有相關(guān)規(guī)定。美國規(guī)范對于混凝土的養(yǎng)護(hù)要求比中國更嚴(yán)格。

3.8 施工允許偏差

關(guān)于樁基施工檢驗(yàn)，兩國規(guī)范的檢查項(xiàng)目基本無差別，不同的在于允許偏差值不同。，中國規(guī)范要求更嚴(yán)格些。詳見“表3”。

表3 鉆孔樁施工允許偏差

項(xiàng)目 規(guī)定值或允許偏差值

美國規(guī)范 中國規(guī)范

孔的中心位置（mm） ±75 群樁：100；單排樁50

孔徑（mm） ≥設(shè)計(jì)樁徑，≤25mm ≥設(shè)計(jì)樁徑

傾斜度（%） ≤2 <1

孔深（m） ≥設(shè)計(jì)規(guī)定 ≥設(shè)計(jì)規(guī)定

樁頂標(biāo)高（mm） <25 ±15

鋼筋籠頂標(biāo)高（mm） -75，+150 ±20

4 結(jié) 語

中國公路橋涵的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范總結(jié)了國內(nèi)的成熟經(jīng)驗(yàn)，也借鑒了國外先進(jìn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，制定了適合國情的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，基本與國際接軌。但是我們廣大工程技術(shù)人員不可坐井觀天，要看到時(shí)代潮流的變化：隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國內(nèi)市場產(chǎn)能趨向飽和，國家提倡 “走出去”戰(zhàn)略。但是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已成為國際市場準(zhǔn)入的隱形門檻和軟性貿(mào)易保護(hù)的技術(shù)壁壘，成為制約中國發(fā)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(fā)達(dá)國家的殖民地，受原宗主國文化、政治、科技、經(jīng)濟(jì)影響力，不完全相信中國的工程質(zhì)量，通常會(huì)優(yōu)先考慮采用歐美的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。從國家擴(kuò)大影響力和企業(yè)盈利出發(fā)，我們需要努力學(xué)習(xí)美國等發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，取長補(bǔ)短，打造復(fù)合型人才，爭取在全球經(jīng)濟(jì)一體化中從“遵守別人游戲規(guī)則”到自己“制定游戲規(guī)則”，從輸出“中國制造”到推廣“中國標(biāo)準(zhǔn)”。提高個(gè)人、企業(yè)、國家的競爭力，在全球化的大潮中利于不敗之地。

參考文獻(xiàn)

[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.

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[3]婁松，坦桑尼亞基甘博尼橋及引道施工項(xiàng)目實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)[Z].武漢：中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司，2012.

[4] JTG_D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5] CESC207：2006，高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2006.

[6] 孫利國，楊秋波，任遠(yuǎn). 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略[J].國際經(jīng)濟(jì)合作：2011，（8）：56-59.

作者簡介

嚴(yán)杰（1987-），男，、助理工程師，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，2010年畢業(yè)于南京理工大學(xué)土木工程系。