码头打入桩沉桩施工中欧规范比较*

娄学谦，桑登峰，兰金平，胡兴昊，陈明杰，王 幸

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

欧洲岩土工程设计规范Eurocode 7是欧洲标准化委员会(CEN)发布的建筑和土木工程设计10套统一欧洲规范之一，包括基本规定(EN 1997-1)[1]、工程勘查和测试(EN 1997-2)[2]。除此之外，CEN还发布了13个岩土工程执行标准，其中一些在EN 1997-1中被提及，打入桩施工主要参考欧标挤土桩执行规范EN 12699[3]。

已有学者对中欧规范在码头桩基设计方面开展了比较研究[4-5]，但关于中欧规范在码头打入桩沉桩施工方面的比较尚未见报道。了解中国《码头结构施工规范》[6]与欧洲规范在打入桩沉桩施工中的差异，是跨国项目打入桩施工的关键，开展相关比较，以供参考。

1 桩的分类

按成桩的方法和工艺，可将桩分为打入桩、压入桩、植入桩和就地灌注桩，按成桩方法对土层的影响一般可分为挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩3类[7]。《码头结构施工规范》将桩分为打入桩、灌注桩、嵌岩桩。EN 12699规范中包括预制、现浇或这些方法的组合施工的挤土桩，沉桩方法有锤击、振动、压入、螺旋或上述几种方法的组合。中国规范所述的打入桩，与欧洲规范中的采用冲击法或振动法施工的预制挤土桩对应。

2 沉桩施工

2.1 施工方案

《码头结构施工规范》对打入桩施工前应提交的资料提及不多，国内施工前提交的施工方案更多依据监理通知或者合同规定。

欧洲规范EN 1997-1在第7.9(1)中以强制条文规定施工方案是桩施工的基础，并明确方案宜包含的信息。EN 12699 4.1对打入桩施工前应提供的必要信息进一步细化。EN 12699 8.1.3规定，施工前应提交包含打桩设备、沉桩方法、沉桩顺序的实施计划，并获得批准。经批准后，较多施工参数可以偏离规范要求，如EN 12699 4.2.4规定，标准许可范围内的额外或偏离要求，应在开工前商定，并对质量控制体系进行适当修改，如变更几何偏差允许值、桩端的特殊锚固、桩侧或桩端注浆、桩靴、辅助打桩设备、减摩涂料等。

2.2 打桩设备选择

《码头结构施工规范》4.3.11规定，锤型的选择应根据地质、桩型、桩身结构强度、桩的承载力、环保要求和锤的性能，并结合施工经验、试沉桩情况确定。缺乏经验时，可用相关软件分析桩的可打性或参照附录H选用。中国规范还有较多量化要求，如第4.3.12规定，施打斜桩时，替打出龙口的长度不宜超过其本身长度的12；4.3.13规定，采用纸垫时厚度宜为100～120 mm。

EN 12699多为原则性规定，如8.5.1规定，打桩设备应符合EN 16228。再如8.5.2就冲击锤、8.5.3就振动锤、8.5.6就辅助设备(如送桩器)都做了原则性的规定，而未提供定量指标。8.5.3.4特别指出，可以结合采用振动打桩和锤击打桩，振动锤通常用于初沉桩，冲击锤用于将桩打入所需的阻力或深度。EN 12699一般将打桩分析软件的应用归于设计考虑，有利于降低施工单位的风险，如7.6.1.2规定，存在桩身过应力风险时，宜提前进行波动方程分析，这时宜进行打桩过程中桩身应力测量，以验证预测的正确性。

2.3 接桩

《码头结构施工规范》4.3.24～4.3.25对现场接桩有较详细的规定；欧标EN 12699仅对钢管桩的现场接长给出原则要求，对预制混凝土桩接长未规定。

2.4 施工期强度验算

《码头结构施工规范》4.1.3规定，施工期基桩的强度应按短暂状况进行复核验算。其中，4.1.3.1～4.1.3.3分别规定了应验算的工况、应考虑的作用、嵌岩桩在嵌岩结构形成前应采取必要的稳桩措施和验算。4.1.6规定，预制混凝土桩沉桩前桩身混凝土强度应达到设计强度，采用自然养护的，桩的龄期不得少于28 d；当采取早强措施时，经论证自然养护龄期可适当减少。

作为桩基施工规范，EN 12699并未提供施工期强度验算等内容，仅在由设计考虑的事项中规定了打桩时沿桩身任何一点的应力控制要求。关于桩的强度验算，欧标一般由设计考虑。

2.5 打桩辅助措施

《码头结构施工规范》4.3.35.3规定：穿透抛石层厚度较大时，宜采用施工平台和冲击成孔，穿透抛石层后再沉桩。4.3.36规定，砂土地基锤击沉桩困难时，可采用水冲锤击沉桩。水冲沉桩应优先采用内冲内排法，采用内冲外排法时应经论证。并规定了水冲沉桩应满足的一般要求和冲水压力等具体指标。

EN 12699规定的辅助成桩措施范围更广，但无定量规定。如8.10.1—8.10.2规定，可使用的辅助成桩措施有：水冲、预打、预钻孔、预爆破、凿边、取芯、桩尖扩大、桩端注浆等，并不得损害已打桩的性能、周边土体的稳定性及相邻结构的稳定性。

2.6 试沉桩

《码头结构施工规范》第4.3.6条规定，无工程试桩资料时，宜进行试沉桩，确定合理的沉桩参数。第4.3.7，试沉桩宜选择在有代表性的区域进行，检验设计深度内桩的穿透能力、进入持力层的深度和最后贯入度、沉桩设备性能、桩身结构强度等。试沉桩不宜少于2根，且附近应有钻孔资料。

EN 12699对试打桩的规定是由设计所考虑的内容，如7.1.4规定，如果在可打性能方面没有类似的经验，则宜在主要工作开始前在选定的地点进行一次或多次试沉桩。波动方程分析或类似方法可用于辅助确定合适的打桩程序、打桩设备和打桩应力。7.1.5规定，在研究可打桩时，应考虑设计或规范中有关辅助打桩技术的要求。

2.7 沉桩控制标准

关于锤击沉桩控制标准，《码头结构施工规范》4.3.47规定，锤击沉桩控制标准应根据地质情况、设计承载力、锤型、桩型和桩长确定，并应符合表1所示的规定。

表1 中国规范关于冲击沉桩停锤控制标准的规定

EN 12699只规定了沉桩标准的原则性要求，总体与中国规范具有一致性，不同之处在于：1)考虑了桩的安装程序(如振动锤安装、振动锤与冲击锤结合安装等)，没有局限于锤击沉桩控制标准。2)对沉桩标准的原则性要求列入由设计所考虑的范畴(见第7.6.1.1)。3)一般以承载力控制，若初打承载力不满足要求则可采用复打承载力控制；第8.6.1.3进一步规定，如果在复打时没有达到打桩标准，则应重新评估桩的承载力(依据EN 1997-1进行)，没有类似表1的额外规定。

由于中国规范对沉桩控制标准规定置于施工规范中，设计方经常未能深入理解表1的意图，甚至出现只规定停锤贯入度值而不考虑锤型、跳高的情况，欧标体系下的桩基施工进度和质量尤为不利。

2.8 施工监测与记录

《码头结构施工规范》4.3.7～4.3.9对沉桩记录做了要求，考虑土层和施工状况，更为具体和方便操作，但其重记录不重监控。相比之下，欧标EN 12699除在第10节指出记录的一些基本原则外，还在9.2对打桩监测做了要求，更加突出打桩监测，而不仅是记录本身。建议《码头结构施工规范》后续修订时突出打桩监控的重要性，将记录表格的格式、记录频率等统一归为对施工方案的原则要求内。

表2 中欧规范关于施工监测与记录的规定

3 施工质量标准与检测

3.1 允许偏差

《码头结构施工规范》与EN 12699对打入桩施工偏差的检查项目基本一致，不同之处在于《码头结构施工规范》区分陆上、内河和有掩护海域、无掩护河口和海域等。EN 12699 8.2.3规定，除规定的偏差外，其他要求或允许的偏差，应在开工前商定。主要指标允许值如表3所示。

表3 打入桩施工允许偏差

3.2 试验检测

《码头结构施工规范》和EN 12699均仅对试验检测做原则性规定，欧标的规定相对完善，建议今后《码头结构施工规范》修订时可适当扩充本部分内容。具体检测的实施，中国规范体系下须参考并符合《水运工程地基基础试验检测技术规程》，欧标体系下若无相应的检测规范，就可以参考相应的国家标准。

表4 桩的检测原则和方法比较

4 工程应用案例

4.1 工程与地质概况

尼日利亚某栈桥工程，基础为直径1.0 m的钢管桩，设计桩端高程为-32～-30 m，桩长40.0～42.0 m。工程所在地主要岩土层分布及物理力学性质指标如表5所示。

表5 岩土层物理力学性质指标

4.2 停锤标准制定

依据EN 12699第8.5.3.4的规定，计划采用振动锤和冲击锤相结合的方法沉桩。先采用ICE-44B振动锤将桩打入一定深度，再换用CG240液压锤将桩打至停锤控制标准。冲击锤的参数如表6所示。

表6 CG240液压冲击锤性能参数

振动锤沉桩和冲击锤沉桩，对砂土的扰动有较大差别。对振动锤和冲击锤相结合的沉桩方法下的沉桩控制标准，《码头结构施工规范》中无明确的指导条文可参考。EN 12699对沉桩控制标准的规定，没有限定桩的安装程序，且只规定了沉桩标准的原则性要求。因此，通过GRLWEAP承载力分析、高应变动测、静载试验相结合的方法确定停锤标准。

根据表5所示的土层参数，采用GRLWEAP承载力分析功能对BSP CG240冲击锤在锤芯下落高度为0.8 m和1.5 m时桩的极限承载力与终锤贯入度之间的对应关系进行分析，结果如表7所示。

表7 不同下落高度时极限承载力与终锤贯入度对应关系

从可靠度角度，选取ZK06孔位处的结果，作为初设沉桩停锤控制标准，如表8所示。

表8 初设停锤贯入度控制标准

结合前期设计技术规格书对停锤标准的要求，在打桩施工前初步提出停锤控制方法的建议如下：

1)沉桩至接近桩端设计高程后，根据基桩承载力设计值，依次调整锤芯下落高度至1.5 m和0.8 m，当最后3阵的平均贯入度满足表8中任一锤芯下落高度所对应的贯入度要求时则可停锤。否则，应通知咨询工程师确定。

2)桩端未达到设计高程，按上述方法判断，满足要求时仍可以停锤，但应通知咨询工程师，并通过高应变法测试桩的承载力。

3)在按以上标准控制的同时，尽量满足桩端设计高程要求。

4.3 试验验证

在打桩施工前期开展了5根试打桩试验，并进行部分初打或复打高应变动测，以验证该停锤标准的可靠性。各试打桩结果如表9所示。

表9 试打桩资料及动测结果

由表9可以看出，按初设终锤控制标准施工，桩的初打或复打承载力可满足设计要求。为进一步验证桩的承载力，决定对距钻孔ZK06约2 m的SZ01桩进行竖向抗压静载试验。试验过程按照ICE标准[8]执行，采用慢速维持荷载法，加载分为2个循环，最大试验荷载为5 820 kN。试验第1循环的最大沉降和卸荷后的残余沉降分别为3.81、-0.03 mm，第2循环的最大沉降和卸荷后的残余沉降分别为10.02、0.79 mm，荷载-位移(Q-s)曲线较为平缓(图1)，桩的承载力不低于设计要求值。

图1 SZ01桩各加载循环下的Q-s曲线

该案例分析表明：如果采用的沉桩程序超出现有规范规定的范畴，采用GRLWEAP的承载力分析功能得出一定锤参数下的终锤标准，并通过试打桩高应变法和静载法验证桩的承载力，校核并修正初定的终锤标准，可对施工起到积极的作用。

5 结语

1)中国规范对桩按沉桩工艺分类，而欧洲规范是按桩的挤土作用分类并规定了沉桩方法，使用时须加以注意。

2)中欧规范涵盖内容各有侧重点和优缺点，欧洲规范原则性条文更多，中国规范则有比较细致的定量指标。

3)欧洲规范有较多方面允许事先商定，某些指标可以偏离规范，一般按咨询方审核的施工方案施工即可。

4)中国规范中的很多内容在欧洲规范中属于应由设计方该考虑的内容，如桩的运输、吊装、打桩等阶段桩身强度验算，以及选锤、试沉桩等，在国际项目开展过程中须加以注意。

5)合理采用欧洲规范对打桩监控、停锤标准、桩身检测等相关规定对施工是有利的。