1、中华人民共和国行业标准港口工程嵌岩桩设计与施王规程汀J285-2000 条文说明制定说明本规程是根据交通部交基发1996J1091号文关于下达1996年度水运工程建设标准、定额编制计划的通知和交通部原基建管理司基技字1997J273号文关于港口工程嵌岩桩设计与施工规程编写工作大纲的批复制定。主编单位为中港第三航务工程局科学研究所，参加单位为中交第二航务工程勘察设计院、中交第三航务工程勘察设计院、中交第四航务工程勘察设计院、浙江省交通规划设计研究院、中港第一航务工程局、中港第二航务工程局、中港第三航务工程局、中港第四航务工程局。本规程是在总结我国近年来港口工程嵌岩桩设计与施工实践经验的基础上，吸
2、收了国内外新技术、新成果，借鉴了国内外有关标准，经广泛征求意见，反复修改而成。本规程的条文、条文说明及附录的编写人员分工如下:第1章李乐铭第2章严忠英秦玉琪董建纲第3章曹称宇严忠英第4章曹称宇詹明陆东伯重建纲第5章陆东伯曹称宇詹明严忠英第6章严忠英李荣华孙树滨第7章严忠英孙树滨李荣华第8章秦玉琪韩建强附录A严忠英董建纲附录B严忠英董建纲附录C曹称宇严忠英附录D李荣华67 本规程总校人员:李永恒余俊华杨松泉王小萍严忠英曹称宇刘继辉叶万灵本规程于2跚年8月2日通过部审，2则年12月8日颁布，21年5月1日实施。68 自次1 总则.(70) 3 一般规定. .,. (71) 4 承载力.(72) 4
3、.2 桩的轴向承载力.(72) 4.3 水平力作用下桩的计算.(75) 5 结构设计.(76) 5.1 -般规定.(76) 5.4 预制型嵌岩桩的结构选型及构造.(76) 6 施工.(77) 6.2一般规定.(77) 6.3 沉桩及稳桩工艺.(77)6.4 水上施工平台.(78) 6.5 成孔. (79) 6.11 组合式嵌岩桩施工.(79) 7 施工质量控制.(81) 7.1 桩位允许偏差.(81) 7.2施工过程质量控制. (81) 8 载荷试验(82)8.1 单桩轴向静载荷试验. (82) 8.3 锚杆嵌岩桩的锚杆抗拔静载荷试验.(82) 附录A基岩的工程性质.(84) 附录E钢筋混凝土
4、套箱稳桩计算和安放工艺.(85) 69 1总则1. 0.1 我国港口工程中采用嵌岩桩已有多年的历史，并取得了良好的技术经济效果，也积累了一定的经验，但它的设计与施工均参照、公路桥梁等民用工业的钻孔灌注嵌岩桩规范进行，而港口工程嵌岩桩的使用要求和所处的环境条件有很大的差异。因此，认真总结这些经验教训，有针对性地开展一些专题研究，并借鉴国内外类似工程的有益经验、规范和标准，制订一本具有行业特色，有科学性和可操作性的规程，规范设计与施工技术标准，保证工程质量，是急待解决的问题，特制定本规程。1. 0.2 其他类似工程，如修造船厂工程中的船坞和栖装码头嵌岩桩以及跨海大桥嵌岩桩桩基等，可参照应用。70
5、3一般规定3.0.2 港口工程中各种类型的嵌岩桩，是近年来在不同的地质条件下，通过工程实践而发展形成的，有很高的实用性。因此在工程设计时，根据使用要求、基岩埋置深度、地质状况和施工设备等条件，通过技术经济论证，可选择合适的桩型。直桩系指铅直方向的桩;斜桩系指与铅直方向有一定夹角的桩。3.0.7港口工程嵌岩桩，在岩面起伏较大处，较难反映桩位处地质情况，此时钻孔需要适当加密。当排架沿坡向布置时，需沿排架轴线布置足够的钻孔。71 4承载力4.2桩的轴向承载力4.2.2嵌岩桩试桩轴向抗压承载力分项系数是由以往按安全系数法进行嵌岩桩抗压承载力计算时所采用的安全系数，根据等安全度的原则换算而得。若考虑荷载
6、分项系数后，承载力分项系数取1.6-1.7时，则总的安全度相当于原安全系数取2.1-2.2，该值是经有关专家会议讨论确定。4.2.3嵌岩桩轴向抗压承载力考虑、了嵌岩段与覆盖层两部分的作用，在嵌岩段考虑桩侧与桩底两部分的作用。嵌岩段承载力计算公式主要参照重庆建筑工程学院的研究成果，根据嵌岩桩的受力机理、国内外大量试验研究文献和港口工程实践经验，略作修改而得。当h/d=5时，原论文取p= 0，现改为p= 0.12，这样更符合实测情况，也避免了嵌入到时承载力反而小于嵌入4d时承载力的矛盾。修改后嵌岩5d时，承载力计算值仅比嵌岩4d时增大3%，仍偏安全。推荐公式嵌岩段承载力计算值与公路桥涵地基与基础设
7、计规程H汀J024-85)有关公式计算结果相比，地质条件较好时，略偏于安全;基岩为中等风化岩时，乘以表注中的折减系数后计算值也小于桥规中基岩条件较差时的计算值。当桩身混凝土强度小于基岩强度时，嵌岩段的承载力由混凝土强度控制，因此以桩身混凝土强度值fck取代公式中的frc值进行计算。有关试验研究证明，取与岩石相同的侧阻力和端阻力计算系数时，是偏于安全的。大量的研究文献表明，覆盖层的侧摩阻力是存在的，有些甚至72 认为覆盖层侧摩阻力能充分发挥。为安全起见，按传统的以位移量衡量其发挥程度再进行折减，计算结果是偏安全的。强风化岩层中桩的侧摩阻力，可根据经验取砂或砾石的侧摩阻力系数进行计算。对预制型桩，
8、如预应力提凝土管桩桩端环壁等，可适当计人桩端阻力。试验表明，嵌岩桩嵌岩深度为3倍左右桩径时，轴向承载力发挥最佳，超过5倍桩径时作用甚小，没有必要嵌岩过深。对不作静载荷抗压试验的工程，考虑到基岩性质的复杂性和离散性，承载力分项系数取值比试桩所用分项系数略高，取1.7-1.8，相当于以安全系数法设计时安全系数取2.2-2.35，该值经有关专家会议讨论确定。4.2.5 -4.2.6抗压桩因其桩端的安全储备较大，而抗拔桩无桩端安全储备，因此抗拔承载力分项系数较抗压承载力分项系数有所提高，根据有关专家会议讨论结果，抗拔桩进行试桩时取1.8时2.0，不作试桩时取2.0-2.2。考虑荷载分项系数后，分别相当
9、于安全系数法设计时安全系数取2.35-2.6和2.6- 2.850 公式(4.2.6)中，对于覆盖层的抗拔桩侧摩阻力，根据港口工程桩基规范的规定，取抗压桩侧摩阻力乘以折减系数。由于;j已有较大折减，故已不论粘土还是砂土均取0.7-0.8都是安全的。公式(4.2.6)的适用条件为嵌岩深度不小于3倍嵌岩桩径，是根据重庆市建筑地基基础设计规范有关说明而规定的，该规范有关编写人员对嵌岩抗拔锚桩的研究试验成果表明，当嵌岩深度小于3倍嵌岩桩径时，其抗拔承载力比较低，不能采用此式进行计算。4.2.7 工程实践表明，采用锚杆嵌岩桩是增加桩抗拔力较好的办法。根据现场试验，锚入中、微风化岩中锚杆的破坏都是由于锚杆
10、钢筋的屈服或被拉断而破坏，没有发生锚杆钢筋或锚固体被拔出现象。大量测试结果表明，锚杆在岩体中有效锚固深度在1.5-73 2m范围内，该值与本规程推荐的锚杆有效锚固长度计算公式计算结果基本相同。但在实际使用中，为了保证锚杆锚固的可靠性，防止个别节理分割的岩石块承受拉力后发生松动，故在条文中规定锚固长度不宜小于3m，但不宜过深，以避免浪费。4.2.8 Yp抗拔力综合系数取1.1，主要考虑各单根锚杆抗拔力的不均匀因素。4.2.9 桩锚固基岩的工程性质因地而变化且差异较大，根据工程实践经验，锚杆抗拔力试验对确定合理的技术数据，保证设计经济、安全是十分重要的。4.2.10 本条文中规定抗拔力分项系数取1
11、.5-1.7是根据本行业有关试验成果和其他行业工程经验确定的，如考虑荷载分项系数，相当于安全系数法设计时取安全系数为2.0-2.55，该值与国内有关锚杆设计规范规定基本一致。4.2.11.2两计算式中抗拔力分项系数值取1.7-1.9，较做抗拔试验时略有提高，是考虑基岩性质的复杂性和离散性。(1)混凝土、砂浆对锚杆钢筋的粘结强度标准值宜通过室内试验确定。有关试验资料表明，该值为浆体或混凝土抗压强度标准值的10%-15%，光面钢筋与浆体取小值，变形钢筋与混凝土取大值。昆凝土手册(吉林科学技术出版社)中提供的钢筋与混凝土粘结强度的关系如图4.2.11所示。粘接强度标准值的取值和变形钢筋-卢卢-,_,
12、 / / -V _ J-V卢v 光面钢筋75 lS副J225 3O OO 3751 幅削抗压强度位Pa)图4.2.11混凝土强度对粘结强度的影响74 抗拔力分项系数的取值要进行综合考虑、确定。(2)基岩的工程性质因地差异很大，浆体与岩体的粘结强度值是一个比较难以确定的值，因此本规程中，规定了归值应通过工程勘察时所取基岩芯的试验确定。试验方法:利用工程钻探所取的岩芯柱段，灌注在水泥浆体试模中，浆体达28d强度后，通过在室内试验得出。该粘结强度与浆体强度和岩石强度都有关系，在缺乏试验资料而进行估算时，要考虑、两种强度，取其小值。浆体的粘结强度取值同上项;岩石的粘结强度可取其抗剪强度，该值根据岩石的
13、性质和岩层侧的构造取岩石单轴抗压强度标准值的6%-10%。4.3 水平力作用下桩的计算4.3.2 公式(4.3.2)是参照公路桥涵地基与基础设计规范(汀J024-85)的计算方法，并考虑了剪力的影响。根据嵌岩段在力矩、剪力及岩石对桩侧挤压力作用下的平衡方程推导所得。为采用可靠度计算体系，公式中弯矩及剪力采用设计值，故公式中的系数作了相应的变化。计算结果较公路桥涵地基与基础设计规范相应公式计算值略偏安全。嵌岩桩在水平力作用下，桩的破坏与桩身混凝土强度和基岩强度有关。当桩身混凝土强度小于岩石强度时，其破坏取决于桩身强度，故公式中规定了以桩身混凝土轴心抗压强度标准值fck代换公式中的fcr进行计算。
14、规定嵌岩深度不小于1.5倍桩径是为了在构造上保证结构计算时可将嵌岩端作为固接考虑。该值是根据目前工程经验并参照桩与上部结构连接构造要求而定的。75 5结构设计5.1一艘规定5. 1.1 港口工程嵌岩桩的桩身，以前较多地采用灌注桩或少量钢管桩。随着制桩技术的发展，逐渐产生桩径为l棚-12阳的先张法和直径为1侧-14nnn后张法两种预应力提凝土大直径管桩，该桩型与钢管桩相比较，造价低，耐久性好，与灌注桩相比较，抗弯能力强。故在实际工程中具有一定的优越性，能较好地满足港口工程设计的要求。5.4预制型嵌岩桩的结构选型及构造5.4.3 预制桩内灌注混凝土桩芯的高度不小于1.5倍嵌岩深度，是根据工程经验，
15、并根据芯柱与预制桩的连接强度和芯柱与基岩的连接强度这一原则而定。5.4.6锚杆嵌岩桩中，采用多孔锚固，施工时，要设置多根导管，多次钻机移位，多次压注水泥浆体等工序，施工存在一定难度，因此建议采用锚杆束的型式以减少铺孔的数量，尤其是组合式嵌岩桩，锚杆尽量采用一束，设置于桩的中心锚孔内，为施工创造方便条件。76 6施工6.2一殷规定6.2.9嵌岩桩施工过程中，预制桩或钢护筒的端口与基岩面间涌入、渗透进流砂和碎石等是经常会遇到的问题，故须引起高度的重视。从工程实践来看，它解决得好坏，措施得当与否，对工程的进展和成本影响很大。施工过程中，由于各种情况难以预料，基岩上覆层千差万别，造成桩端口与基岩间有渗
16、漏发生是在所难免。若不采取有效的密封处理，将会使桩下沉，大量泥砂和碎石涌人，发生卡钻，埋钻等严重事故，以至延误工期和灌注的海凝土质量下降。在本条文中推荐的几种密封方法均在工程中使用过，在实施时，要根据桩径的大小，地质状况，施工设备条件和工程经验而定。6.2.10钢筋冷压连接法是将两根钢筋插入钢套筒，用压钳向钢套筒径向加压，使之产生塑性变形，依靠变形后的钢套筒与被连接钢筋紧密结合的方法进行连接。钢筋挤压接头质量可靠，不存在焊接头的脆断现象和绑扎搭接接头不能承受由轴向偏心的附加剪力的现象，节省钢筋用量，施工方便，不受气候影响，节约用电，效率高。对水上作业来说，采用此接头工艺，对保证钢筋笼接头质量和
17、加快工期都是非常有益的。6.3 沉桩及稳桩工艺6.3.1 嵌岩桩施工工艺中，关于沉桩及其稳定工艺，主要是指预制型芯柱嵌岩桩和铺杆嵌岩桩的预制桩的沉桩稳定，以及灌注型嵌岩桩长钢护筒的下沉稳定问题。基岩的状况，每个工程因地而异，比较复杂，因此在施工组织设计时，要精心设计和论证，经比较77 确定。6.3.2 预制桩和钢护筒的沉桩基本上和常规沉桩工艺相同，但它与摩擦桩沉桩的要求不同，有它的特殊要求，即桩端既要沉放到设计岩面标高，又要不使桩端口钢板卷边，尤其是后者，要严格控制。港口工程中采用嵌岩桩的地域地质条件一般比较复杂，只有通过现场试沉桩才能确切了解沉桩的可行性和制定出比较合理的沉桩工艺及停锤标准，
18、为此作本条文的规定。当试沉桩过程中，桩端遇有粉砂密实层等时，易形成闭塞效应，沉桩难以进行，可采取水冲法等有效的技术措施，使桩端沉放到位;当桩端口钢板有卷边时，要对桩端结构进行改进，并制定出相应的锤型和停锤贯人度标准。根据工程实践经验，最后10击的平均贯人度不小于6mmo6.3.5 本条文是依据近年在港口码头施工中应用比较成功的几种稳桩方法而制定的。6.4 水上施工平台6.4.1 水上施工平台是港口工程嵌岩桩施工作业的基本场地，在施工组织设计时要予以高度重视，它涉及到工程施工能否顺利进展，工期能否按时完成，这与陆上嵌岩桩施工有不同的特点。因此在施工组织设计时，要精心设计，并认真施工。6.4.2
19、(1)当采用预制桩或钢护筒本身作为施工平台荷载支撑柱时，需要计算沉桩后桩的承载能力及进入持力层的状况，不得产生沉降，具有可靠的稳定性。根据工程实例，由于预制桩或钢护筒沉放不到位，未达到设计标高，造成钻进过程中，桩下沉，平台塌陷和桩底严重渗漏卡钻等严重事故，要引以为戒。对预制型芯柱嵌岩桩或锚杆嵌岩桩，由于桩已基本沉放到基岩面上，有足够的轴向承载力，桩身基本无沉降位移，因此，就可充分利用工程桩本身作为平台的支撑柱。据工程实践，一般有二种方法:一是在陆上先制作平台钢椅架梁，然后借助在桩上加的抱箍或钢护筒上焊牛腿搁置和架梁;二是可先施工下横梁和墩台或先78 施工下横梁和墩台的二分之一高度作为施工平台横
20、梁结构，既经济，又极大的方便了施工平台的搭设。6.4.2 (3)采用支撑式双层柏架搭设施工平台，其与支撑柱的联接宜设计成可伸缩活动式方案，如图B.0.9，它有-定的方便性和优越性，整个平台梢架可在陆上或方驳预先拼接好，然后利用起重船或方驳将平台和架就位，依次将支撑柱自落下沉支落在泥岩面上后，将支撑柱与和架固接牢，再安放斜撑杆或四周抛缆将平台固稳。6.5成孔6.5.17在基岩成孔过程中，钢桩端口卷边现象是经常会遇到的问题，在本条文中提出的三种处理方法，根据工程实践是行之有效的。直接钻进法，对卷边不严重，可采用硬质合金契齿滚刀钻头慢慢将卷边切削掉，但要控制好钻压、钻速。冲击法，对卷边不严重，可在桩
21、端孔内抛入坚硬石块经多次冲击，将桩端口扩大，但要控制好锤重、冲程;对卷边比较严重，也可采用冲击锤冲击端口的卷边，使之冲成碎片后，用磁铁吸出碎片。在冲击过程中，可采取投入粘土、水泥封底方式，以防桩端流砂进人。水下切割法，对卷边比较严重，在采取有关安全措施后，由潜水员下至孔底割除。6.11 组合式嵌岩桩施工6.11.2-6.11.3组合式嵌岩桩施工工艺相对比较复杂。因此它的施工工艺，应仔细研究地质条件，桩的使用条件，设计对锚杆抗拔试验要求等，综合考虑后确定，这里提出了两种施工工序:6.11.2 为顺序施工法。它的前提条件是锚杆锚固施工完后不进行抗拔验证性试验。若在此嵌岩段成孔后，再进行锚杆锚固施工
22、并进行抗拔试验，而芯柱嵌岩段的岩石一般为中风化岩，强度、完79 整性等都比较差，嵌岩段未灌注混凝土，当试验加载用空心千斤顶设置于预制桩或钢护筒顶作反力支座时，桩身将受到2则4(削kN轴向压力，会造成岩体拥孔。若要在此桩上做抗拔试验，可采取试验反力支座设置在该桩外能承受反力的平台上进行。6.11.3 为半逆作法施工。它可以较好地解决上述问题，但要注意在嵌岩段灌注水下混凝土后，3-4h内，在棍凝土初凝后，采用水下射流法清渣，或在灌注混凝土后2-弛，直接用气射流法清渣等措施清除混凝土面层浮渣，使喷射出来的渣浆带有较多的碎石骨料，保证与二次灌注混凝土提凝土结合面的质量。80 7 施工质量控制7.1 桩
23、位允许偏差7. 1.1,7. 1.2 本规程桩位允许偏差是依据现行行业标准港口工程桩基规范的规定以及桩径大于15m沉放工程实践制定的。表7.1.1中，对桩径小于15mm的预制桩或灌注桩的钢护简沉放桩位允许偏差，按港工桩基规范规定;当桩径大于15m时，桩基规范的规定值无法包容，因此作适当的放宽。如某工程桩径为28m的钢护筒在外海无掩护远离岸水域施工实践中，若按允许偏差别m值的规定，桩位偏差有%超过。因此在本规程中对于桩径大于15m允许偏差规定为D/4但不大于5mm较妥当，否则施工难以到达。7.2 施工过程质量控制7.2.7.3钻孔取芯检测，由于费用较高，只有在对桩有特殊要求，或桩位的地质状况复杂
24、，对桩的质量难以保证时应用;当超声波检测发现质量有疑问的桩身，或在施工过程中发现质量可靠性较低的桩J就需逐根检查。81 8载荷试验8.1 单桩轴向静载荷试验8.1.2嵌岩桩的轴向静载荷试验之所以分验证性试验和破坏性试验两种情况，主要是根据嵌岩桩受力破坏的机理，其破坏显示出突发性和脆性。因此，对嵌岩桩的轴向抗压、抗拔承载力静载荷试验要慎重，明确试验目的:为了解该工程地质条件下桩极限承载力的破坏性试验，要在非工程桩上进行;为验证设计桩承载能力性能的验证性试验，可在工程桩上进行。验证性试验加载至单桩轴向承载力设计值的1.1-1.2倍，以保证工程桩的安全，避免桩遭受破坏。8. 1.3 在某些工程不具备
25、有非工程桩作轴向抗拔静载荷试验，而需在工程桩上进行时，要控制好桩上拔的位移量和加载荷载，不使桩受到破坏。8.1.4验证性试验或破坏性试验采用快速维持荷载法，是基于桩顶受力后，桩的沉降主要是由桩的压缩变形和桩端扰动岩石压缩所致，荷载施加后变形很快完成，故采用快速法。8.3 锚杆嵌岩桩的锚杆抗拔静载荷试验8.3.3 锚杆抗拔试验分验证性试验和破坏性试验，是基于锚杆嵌入岩石体，属脆性破坏的特性决定。8.3.4 锚杆嵌岩桩验证性试验数量可根据桩的使用要求、锚杆总数量和锚杆破坏性试验情况确定。当该地区基岩层地质条件好，且做过破坏性试验，验证性试验的数量可取下限，反之可取上限或再适当增加一定的数量。另外，
26、试验数量的多少，与试验方法有82 关，当试验时采用在锚杆上贴电阻应变片测试元件时，可以较好地了解锚杆受力情况，则数量取小值。8.3.7 锚杆验证性试验加载至抗拔力设计值的1.1-1.2倍，目的在保证工程桩不发生破坏，处于安全状态。83 附录A基岩的工程性质A.O.l-A.O.3关于岩石的强度分类等级和风化程度的划分，是采用现行行业标准港工工程地基规范HJ25(-98)的规定编制的。A.O.4关于岩石物理力学参数，对嵌岩桩设计与施工关系比较紧密。因此本规程中，用较多篇幅集编了岩土工程试验监测手册H由林宗元主编，辽宁科学技术出版社1996年12月第1版)中室内岩石试验汇总的详细数据，作为本规程的部
27、分附录，便于设计、施工技术人员借鉴参考。A.O.5 岩石各种强度对比关系根据岩土工程勘查设计手册(林宗元主编，辽宁科学技术出版社)的资料制定。84 附录E钢筋混凝土套箱稳桩计算和安放工艺钢筋?昆凝土套箱稳桩工艺在基岩基本裸露，水深达到m流速达3m/s的条件下成功地应用过。模型试验也证明该方法可行。稳桩验算公式参照桩的设计和施工HM.J.汤姆村森著，人民交通出版社，1984年1月)和公路桥涵地基与基础设计规范(ITJ024-85)有关方法而得。计算中采用标准值。钢筋混凝土套箱沉放的基面整平工艺，因工程地质基面起伏状况和自然环境的不同，根据施工条件对整平方法进行综合比较论证确定。85 。哼-M一元一A唱-且-P31-2 ZJ -, . 一价且亏一书一二定统一
