碼頭打入樁沉樁施工中歐規(guī)范比較*

婁學(xué)謙，桑登峰，蘭金平，胡興昊，陳明杰，王 幸

(1.中交四航工程研究院有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524009)

歐洲巖土工程設(shè)計規(guī)范Eurocode 7是歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)發(fā)布的建筑和土木工程設(shè)計10套統(tǒng)一歐洲規(guī)范之一，包括基本規(guī)定(EN 1997-1)[1]、工程勘查和測試(EN 1997-2)[2]。除此之外，CEN還發(fā)布了13個巖土工程執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，其中一些在EN 1997-1中被提及，打入樁施工主要參考歐標(biāo)擠土樁執(zhí)行規(guī)范EN 12699[3]。

已有學(xué)者對中歐規(guī)范在碼頭樁基設(shè)計方面開展了比較研究[4-5]，但關(guān)于中歐規(guī)范在碼頭打入樁沉樁施工方面的比較尚未見報道。了解中國《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》[6]與歐洲規(guī)范在打入樁沉樁施工中的差異，是跨國項目打入樁施工的關(guān)鍵，開展相關(guān)比較，以供參考。

1 樁的分類

按成樁的方法和工藝，可將樁分為打入樁、壓入樁、植入樁和就地灌注樁，按成樁方法對土層的影響一般可分為擠土樁、部分擠土樁、非擠土樁3類[7]。《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》將樁分為打入樁、灌注樁、嵌巖樁。EN 12699規(guī)范中包括預(yù)制、現(xiàn)澆或這些方法的組合施工的擠土樁，沉樁方法有錘擊、振動、壓入、螺旋或上述幾種方法的組合。中國規(guī)范所述的打入樁，與歐洲規(guī)范中的采用沖擊法或振動法施工的預(yù)制擠土樁對應(yīng)。

2 沉樁施工

2.1 施工方案

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》對打入樁施工前應(yīng)提交的資料提及不多，國內(nèi)施工前提交的施工方案更多依據(jù)監(jiān)理通知或者合同規(guī)定。

歐洲規(guī)范EN 1997-1在第7.9(1)中以強制條文規(guī)定施工方案是樁施工的基礎(chǔ)，并明確方案宜包含的信息。EN 12699 4.1對打入樁施工前應(yīng)提供的必要信息進一步細化。EN 12699 8.1.3規(guī)定，施工前應(yīng)提交包含打樁設(shè)備、沉樁方法、沉樁順序的實施計劃，并獲得批準(zhǔn)。經(jīng)批準(zhǔn)后，較多施工參數(shù)可以偏離規(guī)范要求，如EN 12699 4.2.4規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)許可范圍內(nèi)的額外或偏離要求，應(yīng)在開工前商定，并對質(zhì)量控制體系進行適當(dāng)修改，如變更幾何偏差允許值、樁端的特殊錨固、樁側(cè)或樁端注漿、樁靴、輔助打樁設(shè)備、減摩涂料等。

2.2 打樁設(shè)備選擇

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》4.3.11規(guī)定，錘型的選擇應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、樁型、樁身結(jié)構(gòu)強度、樁的承載力、環(huán)保要求和錘的性能，并結(jié)合施工經(jīng)驗、試沉樁情況確定。缺乏經(jīng)驗時，可用相關(guān)軟件分析樁的可打性或參照附錄H選用。中國規(guī)范還有較多量化要求，如第4.3.12規(guī)定，施打斜樁時，替打出龍口的長度不宜超過其本身長度的12；4.3.13規(guī)定，采用紙墊時厚度宜為100～120 mm。

EN 12699多為原則性規(guī)定，如8.5.1規(guī)定，打樁設(shè)備應(yīng)符合EN 16228。再如8.5.2就沖擊錘、8.5.3就振動錘、8.5.6就輔助設(shè)備(如送樁器)都做了原則性的規(guī)定，而未提供定量指標(biāo)。8.5.3.4特別指出，可以結(jié)合采用振動打樁和錘擊打樁，振動錘通常用于初沉樁，沖擊錘用于將樁打入所需的阻力或深度。EN 12699一般將打樁分析軟件的應(yīng)用歸于設(shè)計考慮，有利于降低施工單位的風(fēng)險，如7.6.1.2規(guī)定，存在樁身過應(yīng)力風(fēng)險時，宜提前進行波動方程分析，這時宜進行打樁過程中樁身應(yīng)力測量，以驗證預(yù)測的正確性。

2.3 接樁

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》4.3.24～4.3.25對現(xiàn)場接樁有較詳細的規(guī)定；歐標(biāo)EN 12699僅對鋼管樁的現(xiàn)場接長給出原則要求，對預(yù)制混凝土樁接長未規(guī)定。

2.4 施工期強度驗算

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》4.1.3規(guī)定，施工期基樁的強度應(yīng)按短暫狀況進行復(fù)核驗算。其中，4.1.3.1～4.1.3.3分別規(guī)定了應(yīng)驗算的工況、應(yīng)考慮的作用、嵌巖樁在嵌巖結(jié)構(gòu)形成前應(yīng)采取必要的穩(wěn)樁措施和驗算。4.1.6規(guī)定，預(yù)制混凝土樁沉樁前樁身混凝土強度應(yīng)達到設(shè)計強度，采用自然養(yǎng)護的，樁的齡期不得少于28 d；當(dāng)采取早強措施時，經(jīng)論證自然養(yǎng)護齡期可適當(dāng)減少。

作為樁基施工規(guī)范，EN 12699并未提供施工期強度驗算等內(nèi)容，僅在由設(shè)計考慮的事項中規(guī)定了打樁時沿樁身任何一點的應(yīng)力控制要求。關(guān)于樁的強度驗算，歐標(biāo)一般由設(shè)計考慮。

2.5 打樁輔助措施

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》4.3.35.3規(guī)定：穿透拋石層厚度較大時，宜采用施工平臺和沖擊成孔，穿透拋石層后再沉樁。4.3.36規(guī)定，砂土地基錘擊沉樁困難時，可采用水沖錘擊沉樁。水沖沉樁應(yīng)優(yōu)先采用內(nèi)沖內(nèi)排法，采用內(nèi)沖外排法時應(yīng)經(jīng)論證。并規(guī)定了水沖沉樁應(yīng)滿足的一般要求和沖水壓力等具體指標(biāo)。

EN 12699規(guī)定的輔助成樁措施范圍更廣，但無定量規(guī)定。如8.10.1—8.10.2規(guī)定，可使用的輔助成樁措施有：水沖、預(yù)打、預(yù)鉆孔、預(yù)爆破、鑿邊、取芯、樁尖擴大、樁端注漿等，并不得損害已打樁的性能、周邊土體的穩(wěn)定性及相鄰結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.6 試沉樁

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》第4.3.6條規(guī)定，無工程試樁資料時，宜進行試沉樁，確定合理的沉樁參數(shù)。第4.3.7，試沉樁宜選擇在有代表性的區(qū)域進行，檢驗設(shè)計深度內(nèi)樁的穿透能力、進入持力層的深度和最后貫入度、沉樁設(shè)備性能、樁身結(jié)構(gòu)強度等。試沉樁不宜少于2根，且附近應(yīng)有鉆孔資料。

EN 12699對試打樁的規(guī)定是由設(shè)計所考慮的內(nèi)容，如7.1.4規(guī)定，如果在可打性能方面沒有類似的經(jīng)驗，則宜在主要工作開始前在選定的地點進行一次或多次試沉樁。波動方程分析或類似方法可用于輔助確定合適的打樁程序、打樁設(shè)備和打樁應(yīng)力。7.1.5規(guī)定，在研究可打樁時，應(yīng)考慮設(shè)計或規(guī)范中有關(guān)輔助打樁技術(shù)的要求。

2.7 沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于錘擊沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)，《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》4.3.47規(guī)定，錘擊沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、設(shè)計承載力、錘型、樁型和樁長確定，并應(yīng)符合表1所示的規(guī)定。

表1 中國規(guī)范關(guān)于沖擊沉樁停錘控制標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

EN 12699只規(guī)定了沉樁標(biāo)準(zhǔn)的原則性要求，總體與中國規(guī)范具有一致性，不同之處在于：1)考慮了樁的安裝程序(如振動錘安裝、振動錘與沖擊錘結(jié)合安裝等)，沒有局限于錘擊沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)。2)對沉樁標(biāo)準(zhǔn)的原則性要求列入由設(shè)計所考慮的范疇(見第7.6.1.1)。3)一般以承載力控制，若初打承載力不滿足要求則可采用復(fù)打承載力控制；第8.6.1.3進一步規(guī)定，如果在復(fù)打時沒有達到打樁標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)重新評估樁的承載力(依據(jù)EN 1997-1進行)，沒有類似表1的額外規(guī)定。

由于中國規(guī)范對沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定置于施工規(guī)范中，設(shè)計方經(jīng)常未能深入理解表1的意圖，甚至出現(xiàn)只規(guī)定停錘貫入度值而不考慮錘型、跳高的情況，歐標(biāo)體系下的樁基施工進度和質(zhì)量尤為不利。

2.8 施工監(jiān)測與記錄

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》4.3.7～4.3.9對沉樁記錄做了要求，考慮土層和施工狀況，更為具體和方便操作，但其重記錄不重監(jiān)控。相比之下，歐標(biāo)EN 12699除在第10節(jié)指出記錄的一些基本原則外，還在9.2對打樁監(jiān)測做了要求，更加突出打樁監(jiān)測，而不僅是記錄本身。建議《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》后續(xù)修訂時突出打樁監(jiān)控的重要性，將記錄表格的格式、記錄頻率等統(tǒng)一歸為對施工方案的原則要求內(nèi)。

表2 中歐規(guī)范關(guān)于施工監(jiān)測與記錄的規(guī)定

3 施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測

3.1 允許偏差

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》與EN 12699對打入樁施工偏差的檢查項目基本一致，不同之處在于《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》區(qū)分陸上、內(nèi)河和有掩護海域、無掩護河口和海域等。EN 12699 8.2.3規(guī)定，除規(guī)定的偏差外，其他要求或允許的偏差，應(yīng)在開工前商定。主要指標(biāo)允許值如表3所示。

表3 打入樁施工允許偏差

3.2 試驗檢測

《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》和EN 12699均僅對試驗檢測做原則性規(guī)定，歐標(biāo)的規(guī)定相對完善，建議今后《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》修訂時可適當(dāng)擴充本部分內(nèi)容。具體檢測的實施，中國規(guī)范體系下須參考并符合《水運工程地基基礎(chǔ)試驗檢測技術(shù)規(guī)程》，歐標(biāo)體系下若無相應(yīng)的檢測規(guī)范，就可以參考相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

表4 樁的檢測原則和方法比較

4 工程應(yīng)用案例

4.1 工程與地質(zhì)概況

尼日利亞某棧橋工程，基礎(chǔ)為直徑1.0 m的鋼管樁，設(shè)計樁端高程為-32～-30 m，樁長40.0～42.0 m。工程所在地主要巖土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表5所示。

表5 巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

4.2 停錘標(biāo)準(zhǔn)制定

依據(jù)EN 12699第8.5.3.4的規(guī)定，計劃采用振動錘和沖擊錘相結(jié)合的方法沉樁。先采用ICE-44B振動錘將樁打入一定深度，再換用CG240液壓錘將樁打至停錘控制標(biāo)準(zhǔn)。沖擊錘的參數(shù)如表6所示。

表6 CG240液壓沖擊錘性能參數(shù)

振動錘沉樁和沖擊錘沉樁，對砂土的擾動有較大差別。對振動錘和沖擊錘相結(jié)合的沉樁方法下的沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)，《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》中無明確的指導(dǎo)條文可參考。EN 12699對沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，沒有限定樁的安裝程序，且只規(guī)定了沉樁標(biāo)準(zhǔn)的原則性要求。因此，通過GRLWEAP承載力分析、高應(yīng)變動測、靜載試驗相結(jié)合的方法確定停錘標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)表5所示的土層參數(shù)，采用GRLWEAP承載力分析功能對BSP CG240沖擊錘在錘芯下落高度為0.8 m和1.5 m時樁的極限承載力與終錘貫入度之間的對應(yīng)關(guān)系進行分析，結(jié)果如表7所示。

表7 不同下落高度時極限承載力與終錘貫入度對應(yīng)關(guān)系

從可靠度角度，選取ZK06孔位處的結(jié)果，作為初設(shè)沉樁停錘控制標(biāo)準(zhǔn)，如表8所示。

表8 初設(shè)停錘貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合前期設(shè)計技術(shù)規(guī)格書對停錘標(biāo)準(zhǔn)的要求，在打樁施工前初步提出停錘控制方法的建議如下：

1)沉樁至接近樁端設(shè)計高程后，根據(jù)基樁承載力設(shè)計值，依次調(diào)整錘芯下落高度至1.5 m和0.8 m，當(dāng)最后3陣的平均貫入度滿足表8中任一錘芯下落高度所對應(yīng)的貫入度要求時則可停錘。否則，應(yīng)通知咨詢工程師確定。

2)樁端未達到設(shè)計高程，按上述方法判斷，滿足要求時仍可以停錘，但應(yīng)通知咨詢工程師，并通過高應(yīng)變法測試樁的承載力。

3)在按以上標(biāo)準(zhǔn)控制的同時，盡量滿足樁端設(shè)計高程要求。

4.3 試驗驗證

在打樁施工前期開展了5根試打樁試驗，并進行部分初打或復(fù)打高應(yīng)變動測，以驗證該停錘標(biāo)準(zhǔn)的可靠性。各試打樁結(jié)果如表9所示。

表9 試打樁資料及動測結(jié)果

由表9可以看出，按初設(shè)終錘控制標(biāo)準(zhǔn)施工，樁的初打或復(fù)打承載力可滿足設(shè)計要求。為進一步驗證樁的承載力，決定對距鉆孔ZK06約2 m的SZ01樁進行豎向抗壓靜載試驗。試驗過程按照ICE標(biāo)準(zhǔn)[8]執(zhí)行，采用慢速維持荷載法，加載分為2個循環(huán)，最大試驗荷載為5 820 kN。試驗第1循環(huán)的最大沉降和卸荷后的殘余沉降分別為3.81、-0.03 mm，第2循環(huán)的最大沉降和卸荷后的殘余沉降分別為10.02、0.79 mm，荷載-位移(Q-s)曲線較為平緩(圖1)，樁的承載力不低于設(shè)計要求值。

圖1 SZ01樁各加載循環(huán)下的Q-s曲線

該案例分析表明：如果采用的沉樁程序超出現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定的范疇，采用GRLWEAP的承載力分析功能得出一定錘參數(shù)下的終錘標(biāo)準(zhǔn)，并通過試打樁高應(yīng)變法和靜載法驗證樁的承載力，校核并修正初定的終錘標(biāo)準(zhǔn)，可對施工起到積極的作用。

5 結(jié)語

1)中國規(guī)范對樁按沉樁工藝分類，而歐洲規(guī)范是按樁的擠土作用分類并規(guī)定了沉樁方法，使用時須加以注意。

2)中歐規(guī)范涵蓋內(nèi)容各有側(cè)重點和優(yōu)缺點，歐洲規(guī)范原則性條文更多，中國規(guī)范則有比較細致的定量指標(biāo)。

3)歐洲規(guī)范有較多方面允許事先商定，某些指標(biāo)可以偏離規(guī)范，一般按咨詢方審核的施工方案施工即可。

4)中國規(guī)范中的很多內(nèi)容在歐洲規(guī)范中屬于應(yīng)由設(shè)計方該考慮的內(nèi)容，如樁的運輸、吊裝、打樁等階段樁身強度驗算，以及選錘、試沉樁等，在國際項目開展過程中須加以注意。

5)合理采用歐洲規(guī)范對打樁監(jiān)控、停錘標(biāo)準(zhǔn)、樁身檢測等相關(guān)規(guī)定對施工是有利的。