水下挤密砂桩设计与施工规程JTS+157-2019.docx

中华人民共和国行业标准水下挤密砂桩设计与施工规程JTS1572019主编单位：中交第三航务工程局有限公司中交第四航务工程勘察设计院有限公司批准部门：中华人民共和国交通运输部施行日期：2019年8月15日人趁传根公司交通运输部关于发布水下挤密砂桩设计与施工规程的公告2019年第46号水下挤密砂桩设计与籁工规程为水运工程强制性行业标准，标准代码为Jis1572019.现予发布，自201/8月15日起施行，由交通运输部水运局负责管理特此颂.2019年6月24日1总贝!I1.0.1为统一水下挤密砂桩设计与施工的技术要求，做到安全可靠、经济合理、技术先进，制定本规程。1. 0.2本规程适用于水运工程水下挤密砂桩的设计与施工。1.0.3水下挤密砂桩的设计与施工，除应符合本规程的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。沉S:位血E3SXE3-S5E2-S3E1.>5K1S3一祝降折It法一黛合1法一应力修正法*一实需推算itst降B4.2BAttXSE1.-SA-M-S?段利财5计*结果与实际越票对比圈一沉降折K法霞合模量法应力修正法一一实推算弊沉降R4.3东岛过波段E9S4-E0SJ段衰层沉降计*飨果与实际整果对比因水陶值(可IM点B4.4西人工岛敕援码头沉箱况K计年绐果与实际姑果对比BB港珠澳大桥岛隧工程东人工岛救援码头表层沉降计算结果与实际监测结果对比见一一沉降折求法一一复合横鱼亶力修正法一米一实,推算华沉降B45东人工岛教援码头丽时算结果与实际结果对比图上海洋山深水港区三期工程工作船码头表层沉降计算结果与实际监测结果对比见图4.6沉降折Wt法一一复合模公法一一应力修正法一一实,推算最终沉降me洋山Ift工侑解帙税m计算结果与实际结果对比国从图4.2、图4.6可以发现，港珠澳大桥岛隧工程史合模豉法的沉降计算值与实测沉降值更为接近，沉降折减法和应力修正法的沉降计算值大部分情况下要比实测沉降值偏大：洋山工作船码头的沉降折减法沉降计算值与实测沉降值较为接近.将上述国内案例与日本陆上施工、海上施工案例进行汇总，可得到挤密砂桩沉降折减比B与置换率m的关系图（图，1.7）«图4.7可以发现，按沉降折减法进行沉降计算时有必要再引入一个沉降经验系数B0,进行沉降修正。专题研究表明，如果弓I入沉降经验系数6“，可以与实测沉降结果吻合较好。该系数与砂料颗粒组成、施工质量以及置换率有关。4.2.6 挤密砂桩施工过程对土体产生较大扰动，实测的固结时间大于BUgn公式理论计算固结时间。日本实测挤密砂桩的固结速率延迟效应见图4.8,图中绘出了以固结系数为主要参数的固结速率的延迟，其中C是从实测的时间-沉降关系反算的固结系数，孰7II1.1、2、IIII.O、«、A、1.O、?J一一O、7<i020.3040306椒娓Ko海血图1.8挤密砂桩加1d地基的囿结延迟而C、9是从试验室得到的固结系数，可以看出固细桐的延迟除置换率的增大而变大.在海上工程中，Ji1.换率不小于30»时，CvCvo=050.1.002OA0.60.8I三*>>挤密砂桩反红扩径成桩使桩间土强度降低，当抛石堤等构筑物快速加载过程中须考虑桩间土尤其是加固区以外土体强度的降低防止熨合地基发生圆弧滑动破坏。由于挤密砂桩加快排水固结作用桩间土强度恢复时间较快，般需要I个月3个月恢复时间，加固区以外土体强度恢史时间较长.4.2.7 工程经验表明，挤密砂桩施工振动对土体扰动会产牛.土体强度降低，施工顺序合理与否会劝稔定性产生影响，挤密砂桩施工一般采用间隔跳打方式。4.3粉土和砂土地基4.3.1 木条的规定与建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)中沉管砂石桩桩间距确定方法一致。对加固粉土及砂土地基的挤密砂桩，日本挤密砂桩设计与施工手册(打戾1.施工工上石廿卜及工法施工胃二二了儿)中采用以下方法确定置换率及桩的布置形式：(D当没有经有数据时利用式(4.5)式(4.7)计算挤密砂桩置换率,利用式(4.8)和式(4.9)计算桩间距。(4.5)(4.6)(4.7)(CfVaq)7：m=7.1.-F1(C).RNozaCM)X-1-iV0(4C-y69+(r；x=Tfi-正方形布置桩间距正三角形布置桩间距S=居(4.8)(4.9)式中N1一挤密砂桩复合地基计律标贯击数;CM相关系数，C11H1).16)2;K相关系数，k=5×1.()()-()IF:相关系数，c0.02F.+0.4=0.02£+20；F,细粒含量；N0原状上标贯击数：。一标准货入点的有效应力;s桩间距：<1桩径：m第合地基置换率。(2)式(4.5)式(4.17)的计算尚未考虑挤密砂桩引起的水平侧向压力，当置换率大于20时挤密砂桩加固效果被低估，故挤密砂桩置换率m220%时可采用式(4.10)和式(4.1D进行计算.(4.10)(4.11)其他参数同(c÷%,)(AuCm)-V：m=-1.-F1(11Cw)69(1+m),2而式中a置换率增加引起的水平侧向压力增加率，一般d=4.0,式(4.5)。当计算得到的置换率成0.2时，置换率应取Q2。当工程场地具彳i挤密砂桩设计及施工验且具备原状地基标贯击数N、挤空砂桩加固后地基标贯击数N、细粒含量F、置换率m等数据时，式(4.5)和式(4.10)中k值应根据上述实测数据计算得到。("K)-"<=："二：,：一(4.(4)除以上方法外，也采用标贯击数与孔隙比关系的确定方法，共有4种。其中考虑了原状二例粒含量由娜较T的用去如下：从现场勘察确定原始地基的N值(N0),根据上部结构的条件或抗震液化要求确定设计加固后的N值(NI);用下列方程由细颗粒含量F来估算e(粉土或砂土的最大孔隙比),emin(粉土或砂土的最小孔隙比)；em=0.02F+1.0(4.13)Cim=O.008F0+0.6(4.14)式中E一粒径小于75Um的细颗粒含量。在以下公式中代入原始地基的N值(N0)及竖向应力。,(kPa)来计算相对密实度D和e。：D1=21/100-f1.-(4.15),v+70e=em-D2(em-eni)(4.16)计算由细颗粒含量F.引发N位增量:的折减系数R:=1.0-0.51.ogF(Fo>0.01)(4.17)根据不含细颗粒含量(F。=0)的计算N值(N1)1考虑折减系数B后，获得修正N值(N1):,N1-N0M=No+-4(4.18)P将代入第步中的公式计算对应于M的e1tfi:和edt公式m=争划算得到置换率n：1.÷eft根据置换率In确定挤密砂桩间距。5.1 一般规定5.1.1 软土地基加固区域的原泥面高程测量目的是为避免水下挤密砂桩施工过程中时原泥面的破坏，并与高置换率水下挤密砂桩施工后泥面隆起情况进行比对。过程中一般采用重锤测限水深等方式测量:泥面高程并记录，校核施工前泥面测破高程。5.1.4 水下挤密砂桩施工需要确保砂桩桩底高程的准确性，采用卫星定位系统提供高程数据，以实时修正水面面程变化引起的桩套管高程的变动。5.1.5 根据工程经验，水下挤密砂桩在黏性土地基加固中加固置换率大于50%时,桩间土被大直径砂桩挤出，会造成明显的泥面隆起，因此本条规定宜在施工过程中对泥面隆起进行监测，5.1.6 1.7挤密砂桩施工除了满足常规环保要求外，一些特定水域还对施工噪声等环境保护有特殊要求。在港珠澳大桥工程建设所在水域存在白海豚自然保护区，对水下噪声要求较高。经测试，在水下挤密砂桩施工半径22Om处白海豚可以感知打桩噪声，但不会被噪声伤害，因此对施工区域白海豚保护的主要方法为噪声驱赶法。考虑到附近过往船只会增加噪声，因此将安全的驱赶半径增大为400%施工前，利用专用船舶采用不规则变速绕施工水域100m范围内行驶，发出不规则噪声，促使中华白海豚逃离至砂桩施工水域40Om外。砂桩船施工时先开动船粕上产生噪声较小的设备，产生对白海豚示警的噪声，之后正常施工。5.2 工艺试验5. 2.1通过工艺试验确认成桩可行性，主要验证设备性能是否与加固区域的地质情况相适应，尤其是加固范围内存在硬土夹层、砂层或碎石垫层时，比较重要的愚响因素是振动锤性能。在施工中采用与地质情况相适应的振动锤能够保证水下挤密砂桩的施工质量及效率。5.3 施工装冬5.3.2挤密砂桩船设备布国如图5,1所示，其配置的测量定位系统一般由卫星接收机、打桩定位软件、移船绞车、锚及锚缆等构成：成桩系统一般由锤绞车、振动锤、进料斗、桩套管、端部等构成：供砂系统般由储料仓、输砂皮带、计贸料斗、提升斗等构成；供气系统一般由空压机、储气减、供气管路及相关阀组组成；监控系统一般由桩套管底高程监测系统、管内砂面顶高程监测系统、各相关传感器及监控软件等组成。Ra1水下丽曲设Mg成及布置示意用HOb2-enrmM,H»M,1.5<EJUU½ttjKtt6-*tMfcHm4,aHI送和距9-Wt*41.10445.4 施工与监控5.4.2 在被套管进入泥面前进行管内排水的目的是防止投入的砂料在振动状态下发生液化.5.4.3 桩套管内泥柱如果过长会导致需要更长时间进行排泥操作，从而影响施工质肽与效率，因此本条规定要控制桩套管内泥柱长度。5.4.4 桩套管内排泥所需的空气压力与桩套管底部的水土压力方关，当入土较浅时，容易因水上压力较小而导致管内砂料大量涌出和浅层上扰动。根据洋山深水港、港珠澳大桥岛隧工程经验，当排泥位置在入土深度大于Wm时，可以得到较好的控制。5.4.5 当遇硬土层时桩套管的沉管速率与振动锤能量有关。洋山深水港工程采用20OkW振动锤，沉管速率的控制标准为持续IOS内册入速率不大于0.38nVmin;港珠澳大桥岛隧工程采用500kW振动锤，沉管速率的控制标准为持续IOs内贯入速率不大于InVmin,且桩套管底高程与设计桩底高程差值不大于3m。5.4.6 4.6在成桩过程中控制桩套管上拔速率的目的是使桩套管内砂料均匀排出，防止桩套管内砂料全部或大量排出。根据洋山深水港、港珠澳大桥岛隧工程的施工经验，确定桩套管上拔速度控制在1.mmin2mmin之间，不大于3nVmin.5.4.8 在硬上层中自目扩径会造成设备受损。港珠澳大桥岛隧工程经试验确定采用持续Imin内回打扩径的桩套管的下沉速率不大于02mnin作为回打扩径终止依据，满足了工程的需要。5.4.9 个成桩循环包括个拉拔和个回打过程，工程经验表明，成桩质成与成桩循环的高度和侧向土压力密切相关，当每个成桩循环的高度不大丁Im时，可较好地控制成桩质量；当接近泥面时，由于桩套管周边土体侧压力降低和被套管拉拔高度的限制，需要适当降低每循环的高度，达到降瞬套管