碼頭打入樁沉樁施工中歐規范比較*

婁學謙，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)

歐洲巖土工程設計規范Eurocode 7是歐洲標準化委員會(CEN)發布的建筑和土木工程設計10套統一歐洲規范之一，包括基本規定(EN 1997-1)[1]、工程勘查和測試(EN 1997-2)[2]。除此之外，CEN還發布了13個巖土工程執行標準，其中一些在EN 1997-1中被提及，打入樁施工主要參考歐標擠土樁執行規范EN 12699[3]。

已有學者對中歐規范在碼頭樁基設計方面開展了比較研究[4-5]，但關于中歐規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《碼頭結構施工規范》[6]與歐洲規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鍵，開展相關比較，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]。《碼頭結構施工規范》將樁分為打入樁、灌注樁、嵌巖樁。EN 12699規范中包括預制、現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。中國規范所述的打入樁，與歐洲規范中的采用沖擊法或振動法施工的預制擠土樁對應。

2 沉樁施工

2.1 施工方案

《碼頭結構施工規范》對打入樁施工前應提交的資料提及不多，國內施工前提交的施工方案更多依據監理通知或者合同規定。

歐洲規范EN 1997-1在第7.9(1)中以強制條文規定施工方案是樁施工的基礎，并明確方案宜包含的信息。EN 12699 4.1對打入樁施工前應提供的必要信息進一步細化。EN 12699 8.1.3規定，施工前應提交包含打樁設備、沉樁方法、沉樁順序的實施計劃，并獲得批準。經批準后，較多施工參數可以偏離規范要求，如EN 12699 4.2.4規定，標準許可范圍內的額外或偏離要求，應在開工前商定，并對質量控制體系進行適當修改，如變更幾何偏差允許值、樁端的特殊錨固、樁側或樁端注漿、樁靴、輔助打樁設備、減摩涂料等。

2.2 打樁設備選擇

《碼頭結構施工規范》4.3.11規定，錘型的選擇應根據地質、樁型、樁身結構強度、樁的承載力、環保要求和錘的性能，并結合施工經驗、試沉樁情況確定。缺乏經驗時，可用相關軟件分析樁的可打性或參照附錄H選用。中國規范還有較多量化要求，如第4.3.12規定，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規定，采用紙墊時厚度宜為100～120 mm。

EN 12699多為原則性規定，如8.5.1規定，打樁設備應符合EN 16228。再如8.5.2就沖擊錘、8.5.3就振動錘、8.5.6就輔助設備(如送樁器)都做了原則性的規定，而未提供定量指標。8.5.3.4特別指出，可以結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用歸于設計考慮，有利于降低施工單位的風險，如7.6.1.2規定，存在樁身過應力風險時，宜提前進行波動方程分析，這時宜進行打樁過程中樁身應力測量，以驗證預測的正確性。

2.3 接樁

《碼頭結構施工規范》4.3.24～4.3.25對現場接樁有較詳細的規定；歐標EN 12699僅對鋼管樁的現場接長給出原則要求，對預制混凝土樁接長未規定。

2.4 施工期強度驗算

《碼頭結構施工規范》4.1.3規定，施工期基樁的強度應按短暫狀況進行復核驗算。其中，4.1.3.1～4.1.3.3分別規定了應驗算的工況、應考慮的作用、嵌巖樁在嵌巖結構形成前應采取必要的穩樁措施和驗算。4.1.6規定，預制混凝土樁沉樁前樁身混凝土強度應達到設計強度，采用自然養護的，樁的齡期不得少于28 d；當采取早強措施時，經論證自然養護齡期可適當減少。

作為樁基施工規范，EN 12699并未提供施工期強度驗算等內容，僅在由設計考慮的事項中規定了打樁時沿樁身任何一點的應力控制要求。關于樁的強度驗算，歐標一般由設計考慮。

2.5 打樁輔助措施

《碼頭結構施工規范》4.3.35.3規定：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。水沖沉樁應優先采用內沖內排法，采用內沖外排法時應經論證。并規定了水沖沉樁應滿足的一般要求和沖水壓力等具體指標。

EN 12699規定的輔助成樁措施范圍更廣，但無定量規定。如8.10.1—8.10.2規定，可使用的輔助成樁措施有：水沖、預打、預鉆孔、預爆破、鑿邊、取芯、樁尖擴大、樁端注漿等，并不得損害已打樁的性能、周邊土體的穩定性及相鄰結構的穩定性。

2.6 試沉樁

《碼頭結構施工規范》第4.3.6條規定，無工程試樁資料時，宜進行試沉樁，確定合理的沉樁參數。第4.3.7，試沉樁宜選擇在有代表性的區域進行，檢驗設計深度內樁的穿透能力、進入持力層的深度和最后貫入度、沉樁設備性能、樁身結構強度等。試沉樁不宜少于2根，且附近應有鉆孔資料。

EN 12699對試打樁的規定是由設計所考慮的內容，如7.1.4規定，如果在可打性能方面沒有類似的經驗，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、打樁設備和打樁應力。7.1.5規定，在研究可打樁時，應考慮設計或規范中有關輔助打樁技術的要求。

2.7 沉樁控制標準

關于錘擊沉樁控制標準，《碼頭結構施工規范》4.3.47規定，錘擊沉樁控制標準應根據地質情況、設計承載力、錘型、樁型和樁長確定，并應符合表1所示的規定。

表1 中國規范關于沖擊沉樁停錘控制標準的規定

EN 12699只規定了沉樁標準的原則性要求，總體與中國規范具有一致性，不同之處在于：1)考慮了樁的安裝程序(如振動錘安裝、振動錘與沖擊錘結合安裝等)，沒有局限于錘擊沉樁控制標準。2)對沉樁標準的原則性要求列入由設計所考慮的范疇(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打承載力控制；第8.6.1.3進一步規定，如果在復打時沒有達到打樁標準，則應重新評估樁的承載力(依據EN 1997-1進行)，沒有類似表1的額外規定。

由于中國規范對沉樁控制標準規定置于施工規范中，設計方經常未能深入理解表1的意圖，甚至出現只規定停錘貫入度值而不考慮錘型、跳高的情況，歐標體系下的樁基施工進度和質量尤為不利。

2.8 施工監測與記錄

《碼頭結構施工規范》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，但其重記錄不重監控。相比之下，歐標EN 12699除在第10節指出記錄的一些基本原則外，還在9.2對打樁監測做了要求，更加突出打樁監測，而不僅是記錄本身。建議《碼頭結構施工規范》后續修訂時突出打樁監控的重要性，將記錄表格的格式、記錄頻率等統一歸為對施工方案的原則要求內。

表2 中歐規范關于施工監測與記錄的規定

3 施工質量標準與檢測

3.1 允許偏差

《碼頭結構施工規范》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《碼頭結構施工規范》區分陸上、內河和有掩護海域、無掩護河口和海域等。EN 12699 8.2.3規定，除規定的偏差外，其他要求或允許的偏差，應在開工前商定。主要指標允許值如表3所示。

表3 打入樁施工允許偏差

3.2 試驗檢測

《碼頭結構施工規范》和EN 12699均僅對試驗檢測做原則性規定，歐標的規定相對完善，建議今后《碼頭結構施工規范》修訂時可適當擴充本部分內容。具體檢測的實施，中國規范體系下須參考并符合《水運工程地基基礎試驗檢測技術規程》，歐標體系下若無相應的檢測規范，就可以參考相應的國家標準。

表4 樁的檢測原則和方法比較

4 工程應用案例

4.1 工程與地質概況

尼日利亞某棧橋工程，基礎為直徑1.0 m的鋼管樁，設計樁端高程為-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性質指標如表5所示。

表5 巖土層物理力學性質指標

4.2 停錘標準制定

依據EN 12699第8.5.3.4的規定，計劃采用振動錘和沖擊錘相結合的方法沉樁。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準。沖擊錘的參數如表6所示。

表6 CG240液壓沖擊錘性能參數

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合的沉樁方法下的沉樁控制標準，《碼頭結構施工規范》中無明確的指導條文可參考。EN 12699對沉樁控制標準的規定，沒有限定樁的安裝程序，且只規定了沉樁標準的原則性要求。因此，通過GRLWEAP承載力分析、高應變動測、靜載試驗相結合的方法確定停錘標準。

根據表5所示的土層參數，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關系進行分析，結果如表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關系

從可靠度角度，選取ZK06孔位處的結果，作為初設沉樁停錘控制標準，如表8所示。

表8 初設停錘貫入度控制標準

結合前期設計技術規格書對停錘標準的要求，在打樁施工前初步提出停錘控制方法的建議如下：

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

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

3)在按以上標準控制的同時，盡量滿足樁端設計高程要求。

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打高應變動測，以驗證該停錘標準的可靠性。各試打樁結果如表9所示。

表9 試打樁資料及動測結果

由表9可以看出，按初設終錘控制標準施工，樁的初打或復打承載力可滿足設計要求。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標準[8]執行，采用慢速維持荷載法，加載分為2個循環，最大試驗荷載為5 820 kN。試驗第1循環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計要求值。

圖1 SZ01樁各加載循環下的Q-s曲線

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

5 結語

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

2)中歐規范涵蓋內容各有側重點和優缺點，歐洲規范原則性條文更多，中國規范則有比較細致的定量指標。

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

4)中國規范中的很多內容在歐洲規范中屬于應由設計方該考慮的內容，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)合理采用歐洲規范對打樁監控、停錘標準、樁身檢測等相關規定對施工是有利的。