港口工程灌注桩设计与施工规程

条 文 说 明目 次

5 2

5 3

5 5

5 5

5 6

5 7

5 8

印

印

印

6 1

6 1

1 总则3 基本规定

4 承载力

   4 . 1 一般规定 

   4 . 2 垂直承载力计算

   4 . 3 水平力作用下桩的计算

   4 . 4 桩身承载力计算和最大裂缝宽度验算

5 结构设计

5. 2

桩的构造

桩与上部结构的连接

‘ 灌注桩施工一6 1

6 2

6 3

6.1

6. 2

6. 3

6_ 5

施工准备 · 一

钻孔成孔 ， ， ， ， ，

挖孔成孔 ， ， ， ·

混凝土浇筑 二

7 施工检测及质1 9控制1 总 则

1 . 0 . 1 本规程是在总结我国近 3 0 年来港口工程灌注桩设计与施

工经验的基础上， 参考国内外同类标准和规范， 并结合灌注桩发展

的新技术、 新工艺和新设备编制的。本规程突出了港口工程灌注

桩受水平力较大和多数在水域施工的特点， 旨在推进灌注桩在港

口工程中的应用。为统一港 口工程灌注桩设计与施工的技术要

求， 达到技术先进、 经济合理、 安全适用和有效控制质量， 是本规程

的编制目的。

1 . 0 . 2 本规程适用于港 口工程非嵌岩灌注桩的设计、 施工、 检测

和质量控制， 它与《 港 口工程桩基规范》 ( J T J 2 5 4 ) 和《 港口工程嵌岩

桩设计与施工规程》 ( J T J 2 8 5 ) 等是紧密相关的， 应用时应掌握它们

之间的相同和差异， 正确理解有关条文。修造船工程的船坞、 滑

道、 船台和腼装码头; 通航工程的船闸、 导墙和系靠码头等水工建

筑物的灌注桩与港口工程灌注桩类似， 故可参照执行。3 基 本 规 定

3 . 0 . 1 灌注桩因具有适合各种复杂地质条件、 无躁声、 无振动、 无

吊桩内力和打桩应力问题， 因而可根据受力要求选择大直径以获

得较大承载力等优点， 已被广泛应用于国内外各类桩基工程 中。

我国港口工程从2 0 世纪6 0年代中期已开始使用灌注桩， 当时主

要用在水陆接合部分打桩难以施工的地方或地质条件适合挖孔的

地方。到8 0年代灌注桩的施工设备和施工技术有了较大的发展

和进步， 施工质量不断提高， 灌注桩在港口工程中的应用范围进一

步扩大， 在厦门市某码头和广东南海市某港已先后建成 3 0 0 ( ) 吨级

的全直桩灌注桩桩基码头， 长江沿岸、 湘江、 大运河和东南沿海及

海岛也相继建成许多灌注桩桩基码头， 投产使用效果良好。本条

列出港口工程适宜采用灌注桩的几种情况， 旨在充分说明灌注桩

的优点， 进一步促进其在港口工程中的应用。

3 . 0 . 2在高桩码头设计中， 由于水位差较大需要设置多层靠、 系

船设施时， 往往在排架的前排桩采用钢管桩， 中间及后排桩采用灌

注桩， 既便于靠、 系船设施的连接， 又可节约工程投资。长江中游

湖南某高桩码头排架即由前二排帕0 p m m钢管桩( 内灌混凝土) 和

后三排 拟O O O m m灌注桩组成， 1 9 9 8 年投产， 使用效果良好。

3 . 0 . 3钻孔灌注桩和挖孔灌注桩在桥梁工程和建筑工程中大多

采用直桩， 在港口工程中也大多采用直桩， 但因码头工程需承受较

大水平力， 采用斜桩受力更加合理， 如果技术水平和设备性能可以

施工斜桩， 应该采用部分斜桩。

3 . 0‘一 3 . 0 . 7 根据现行国家标准《 港口工程结构可靠度设计统

一标准》 ( G B 5 0 1 5 8  ) ， 并结合港口工程灌注桩设计与施工特点， 对灌

注桩的承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态的设

                                                                                 5 3计内容作了规定。第 3 . 0 . 6条第( 1 ) 项所指桩的水平力极限状态

设计是难以计算的， 桩受水平力作用是根据桩自身的工作状态来

确定其承载能力的。

3 . 0， 关于灌注桩桩身混凝土完整性检测的可靠手段， 目前国内

多采用低应变动力检侧法或超声波检测法。低应变动力检测法具

有方便、 快捷和经济适用等优点， 可随时对混凝土质量有疑义的桩

进行检测， 在港口工程中已广泛应用。它的缺点是只能对桩身混

凝土完整性提供定性资料， 不能准确提供缺陷位置和程度等定量

资料。超声波检测法能对桩身不同深度的混凝土进行多个断面的

检测， 可根据桩径大小确定埋管根数， 因而能获得混凝土缺陷的具

体位置和尺度等定量资料。它的缺点是需逐根桩预埋声测管， 成

本较高。

3 . 0 . n 由于钻孔灌注桩在施工过程中采用泥浆护壁及清孔难以

彻底， 使桩侧摩阻力和端阻力不能充分发挥， 造成钻孔灌注桩承载

力偏低现象。国内外的试验研究和工程实践证明， 对钻孔灌注桩

进行后压力灌浆加固， 能有效提高桩的承载力。国外于1 9 6 1 年首

次在委内瑞拉马拉开波湖大桥桩基得到应用; 我国自8 0 年代开始

研究试验并已在某些建筑工程 、 公路和铁路桥梁工程推广应用， 取

得了一定的效益。

     压力灌浆是指钻孔灌注桩成桩后， 在桩身混凝土强度达 5 0 %

一 7 0 %后， 通过预埋在桩底的灌浆盒和预埋在桩身内的注浆管和

溢浆管， 对钻孔灌注桩桩底或桩侧进行压力灌浆的后灌浆工艺， 试

验证明对桩底进行灌浆加固不但可较大提高桩端阻力， 也能提高

桩侧阻力。4 承 载 力

4 . 1 一 般 规 定

4 . 1 . 1垂直承载桩或水平承载桩按单桩设计的临界桩距的规定，

与现行行业标准《 港口工程桩基规范》 ( 了 口 2 5 4 ) 的规定是一致的，

其中水平承载桩在水平力方向的桩与桩的中心距规定为不小于 6

一 8 倍桩径， 因为试验结果和理论分析表明， 土质和桩径对群桩效

应临界桩距的影响较大， 所以对砂土中的桩或直径较大的桩取小

值; 对粘性土中的桩或直径较小的桩取大值 .

4 . 1 . 2 港口工程灌注桩多数要承受水平力作用， 桩的自由长度大

且大多位于水域， 因而相应的承载力要求和稳定性要求以及抗漂

浮物撞击能力都比建筑工程的桩基高， 桩径不宜过小 ， 本条规定钻

孔灌注桩直径不宜小于6 0 0 m m， 是兼顾小型工程的受力条件， 同时

适应大多数成孔设备最小孔径的条件。对于挖孔灌注桩规定直径

不宜小于 l 0 0 0 m m， 是根据挖孔施工所需空间确定的。

4 . 1 . 5 桩端进人持力层的最小深度， 是参考《 建筑桩基技术规范》

( J G J 9 4 -9 4 ) 的有关规定的， 但由于强风化岩层风化程度悬殊较

大， 工程力学性能变化大， 长期稳定性差， 所以具体应用时应根据

岩石风化程度和力学性能判断， 其最小深度取1 . 0 一2 . 0倍设计桩

径。桩端进人中、 微风化岩层深度不宜小于5 0 0 m m ， 是考虑岩石岩

面不均质及局部倾斜确保桩端能全截面进人同一岩层， 进人岩面

的深度应从桩端岩面最低处起算， 此时桩的承载力只计桩侧摩阻

力和桩端阻力， 不计人岩部分的岩石侧阻力。当设计要求桩端进入

岩层深度更大， 且需计人人岩部分的岩石侧阻力时， 则按现行行业

标准《 港口工程嵌岩桩设计与施工规程》 ( J T J 2 8 5 ) 的有关规定执行。

                                                                               55                   4 . 2 垂直承载力计算

4 . 2 . 1根据极限状态设计概念及建( 构) 筑物安全等级要求， 灌注

桩极限承载力设计值应大于或等于桩所承受的荷载乘以结构重要

性系数。

4 . 2 . 2 单桩垂直极限承载力设计值采用经验参数法计算， 因港口

工程灌注桩试桩资料较少， 本规程取用的桩侧极限阻力标准值9 R

及桩端极限阻力标准值， ， ， 是参照《 公路桥涵地基与基础设计规

范》 ( J T J 0 2 4 -8 5  ) 的数据， 但对9 R 计算式中的清孔系数m 。 值作了 修改。

     《 公路桥涵地基与基础设计规范》 ( J T J 0 2 4 -8 5  ) 中的。 。 值是

与沉渣厚度( c ) / 桩直径( d ) 的比值相关的系数, t / d值分 0 . 6-

0 . 3 和0 . 3 - 0 . 1 两档 相应M O 为。 . 2 5 -0 . 7 和0 . 7 -1 . 0 。随着灌

注桩直径的增大以及施工技术的发展， 显然已不容许也不可能让

沉渣厚度按直径的比例存在， 在工程质量控制时， 都是限定沉渣厚

度最大值。本规程在限制沉渣厚度不超过3 0 0 m m的前提下， m 。 二

0 . 6 5 一 0 . 9 , 显然对于小直径的桩( d  <  1 0 0 0 m m ) ， 沉渣厚度应该控

制得更严一些。

单桩垂直承载力分项系数Y R 的取值， 是参考国内外同类规范的

取值标准， 并以港口工程灌注桩若干实例为蓝本， 按《 公路桥涵地

基与基础设计规范) ( J T J 0 2 4 -8 5  ) 的方法计算单桩容许承载力、 按

本规程的方法计算单桩极限承载力设计值， 两者对比， 在安全度基

本一致的条件下确定的。本条规定的Y R值， 因为当无试桩资料

时， 采用经验参数法计算单桩极限承载力设计值， 而各项参数取值

均有一定变化幅度， 从而导致极限承载力设计值也有一定幅度变

化， 为确保安全， 所以应对参数的取值作具体分析。当参数取值较

高时， Y 。 值取大值; 反之， 当参数取值较低时， Y 。 值取小值。

4 . 2 . 3 因考虑到港〔 ! 工程灌注桩的直径越来越大， 相应的极限承

载力也很大， 且多数桩在水域中， 试桩难度大 、 费用高， 因此本条只

要求在工程桩上做验证性试桩。试桩方法除传统的静载荷试验

     56外 还允许采用高应变动力检测法或采用其他新的试桩方法。其

他新的试桩方法系指近年来在国外采用的O s t e r b e r g 试桩法和国内

采用的自平衡试桩法， 两种试桩法的基本原理和方法是一致的。

前者为美国西北大学O s t e r b e r g 教授的研究成果， 后者是我国东南

大学开发的专利。

4 . 2 . 5 本条公式中折减系数: . 与《 港口工程桩基规范) ) ) ( J T J 2 5 4 )

的有关规定一致， 单桩垂直抗拔承载力分项系数Y r s 与单桩垂直

抗压承载力分项系数相同。

4 . 2 . 6 在上层软土可能产生较大压缩的条件下， 负摩擦是工程中

客观存在的事实， 国内外桩基工程因负摩擦力造成的工程事故时

有发生。由于影响负摩擦力的因素甚多， 难以确切地计算， 国内外

学者根据理论研究和现场观测成果， 提出的若干计算方法， 也都是

经验性和近似性的， 一般认为桩侧负摩擦力的大小和桩侧土层的

有效应力有关。本规程只对负摩擦力产生的条件作了原则规定。

《 建筑桩基技术规范》 ( J G J 9 4 - 9 4 ) 提供了具体计算公式和计算参

数， 可供参考。

4 . 3 水平力作用下桩的计算

4 . 3 . 1 当由垂直桩承受水平力时， 应使桩有足够的入土深度， 以

便发挥垂直桩承受水平力的最大抗力。研究结果表明， 桩的人土

深度大于4 T时， 其超过4 T 部分桩长的侧抗力效应甚微。

4 . 3 . 2承受水平力的桩， 桩身内力和变位计算的方法很多， 其中

m法是我国目前常用的方法， P -Y曲线法在缺乏现场试桩资料

时， 使用范围有一定局限性， 鉴于灌注桩水平静载荷试桩难度大、

资料少， P -Y曲线法可操作性更差， 故只有在条件具备时才可采

用 。

   4 . 3 . 2 . 1根据港口工程桩基绝大多数为高桩承台的特点， 本

条将自由长度为L o , 桩顶水平力为H及桩顶弯矩为M的单桩， 按

桩端固定条件分别列出地面处桩的变位Y o 的简化计算公式， 即令

H o  = H , M 。 二 H L o ( 或M 。 二H L 。 一 M) 及Z二 。 的无量纲系数A ， 二

                                                                                 572 . 4 4 1 ,  B ,  =  1 .  6 2 1 求得。有些国外规范及有关专业书籍中都直接

列出Y o 的简化公式， 有利于快捷计算。对于桩身内力主要要求桩

在泥面以下最大弯矩值及最大弯矩所在深度。

4 . 4 桩身承载力计算和最大裂缝宽度验算

4 . 4 . 2 本条是考虑成桩施工方法对桩身强度的影响施工， 工艺系

数是以现行行业标准《 建筑桩基技术规范》 ( J G J 9 4 -9 4 ) 为依据的。

4 . 4 . 3 桩的压屈计算方法取 自( 美国公路桥梁设计规范》 ( 1 9 9 4

年) 第 1 0 章， 其中桩在泥面以下的嵌固深度 t ’ 二1 . 8 T与假想嵌固

点法的 嵌固 深度，=产幼二 1 . 8 一 2 . 2 ) 十 分接近。      根据《 美国公路桥梁设计规范》 ( 1 9 9 4 年) ， 桩的压屈计算， 假

定桩在泥面以下的嵌固深度， 对于粘性土: ' = 1 . 4寻 俪刃 舀 ; 瓦; 对

于砂性土为， ， =  1 . 8 为 ， 该方法取自D a v i s s o n 和R o b i n s o n

( 1 9 6 5 年) 的著作。又据， I ' o m l i n s o n 《 桩与桩的设计》 一书介绍: 对于

很硬的超固结粘土， 假定水平地基系数k为常数时， 桩与土的相

。度 系 数 为 * = 一 E P  I  p 对 干 * 名 ， 二 * ， 结 。 。。。 、 1 4  r i l l 反尔Y { x  A j 五- 丫   k B，    x ' 1 了人步戴止K回m的枯上和l a y 土，

假定水平地基系数随深度线性增加时， 桩与土的相对刚度系数为

T -  5  E P I P / n , , o

     对于港口工程的桩基， 绝大多数地基土都是正常固结的粘土

和砂土， 且假定水平地基系数随深度线性增加， 故可采用 T=

s  E r } r 瓜为桩和土的相对刚度系 数， 其中。 h 为地基系数随深度

增加的系数。实际上， 根据太沙基的研究， 桩侧水平地基系数 C

是随深度Y 成直线增大， 却随受荷宽度b o 的增大而减小， 即C=

(  n h / b o )  y = m y ， 式 中m 二 瓮 或n h 二 ‘ 。 ， 由 此 推 算 T = 梅刃 歹 瓦斌E 刃 蔺 硕， 嵌 固 深度， ， 二 ， 二 1 . 8 T ， 可见 桩的 压 屈

计算和排架分析的假想嵌固点法在泥面以下桩的嵌固点深度是出

自同一原理， 并得出同一数值。

4 _ 4 . 6 对于圆形截面受拉、 受弯和偏心受压构件的裂缝宽度计算

     58目前尚无满意的方法。在调查中我们发现， 大多数灌注桩只进行

强度计算， 其中有些设计人员考虑因缺少裂缝宽度验算而人为地

增加配筋率， 也有少数设计人员采用经验公式( 即本规程附录 B

推荐的计算公式) 进行裂缝宽度验算。从计算结果看， 按裂缝宽度

验算的配筋率远远大于按强度计算的配筋率。为了方便设计人员

计算， 本规程将灌注桩最大裂缝宽度计算公式列人附录B ， 该公式

取自赵国藩等编著的( 钢筋混凝土结构的裂缝控制》 ( 1 9 9 1 年海洋

出版社出版) ， 是一个统计公式。5 结 构 设 计

                     5 . 1桩的构造

5 . 1 . 1桩身截面配筋率一般由水平承载力要求控制， 在考虑到桩

的耐久性、 船舶意外碰撞和施工因素所造成的不利影响等， 并在参

考国外规范的灌注桩最小配筋率的基础上， 本规程给出最小配筋

率为。 . 4 %a

   5 . 1 . 2 . 1端承桩、 抗拔桩和承受负摩擦力的桩， 全桩长的轴向

压力都较大， 所以通长配筋。位于坡地或岸边的桩， 当坡地或岸边

存在软土层时， 往往会产生附加的水平推力， 使桩受到剪切， 所以

宜通长配筋。

   5 . 1 . 2 . 2 桩长较大的端承摩擦桩应根据受力大小沿深度分段

变截面配筋， 可以降低成本。

                 5 . 2 桩与上部结构的连接

5 . 2 . 2 桩与桩帽或承台连接有两种方法， 其一为桩直接伸人桩帽

或承台， 其伸人长度根据受力要求经计算确定; 其二为桩伸人桩帽

5 0  -  1 5 0 m m， 通过桩顶钢筋与桩帽连接， 这两种连接均为固接连

接。根据灌注桩工程实际情况， 绝大多数是采用后者， 即将桩顶嵌

人桩帽1 0 0 m m， 并用桩顶钢筋与桩帽连接。对灌注桩而言， 采用这

种方法是较好的， 它可通过桩帽钢筋混凝土使桩与桩帽很好地连

成整体 。6 灌注桩施工

6 . 1 施 工 准 备

6 . 1 . 1钻孔灌注桩施工平面布置， 是工程项目施工总体平面布

置的一部分， 所以应在工程项目施工组织设计中统一安排， 并进行

施 工设计。

                     6 . 2 钻 孔 成 孔

   6 . 2 . 1 . 1 护筒最小壁厚和端部加强的规定是为了防止护筒埋

置过程中变形和使用的刚度要求。

   6 . 2 . 1 . 2护筒内径一般按下式决定:

                         D - d+L 7+S

式中 D — 护筒内径( 二 ) ;

       d — 设计钻孔直径( m m ) ;

       L — 护筒长度( 二) ;

       J — 护筒下沉允许倾斜度， 可取1 %;

       S — 钻头摆动的富余量， 可取 5 0 m m o

     当计算结果D一d  >  3 0 0 m m时， 取3 0 0 m mo

     对护筒直径不宜大于设计桩径3 0 0 m m的规定， 是为了控制桩

基上部结构的平面尺寸。

   6 . 2 . 5 . 2用海水和淡水拌制泥浆其稳定性相差很多， 所以规定

拌制泥浆宜使用淡水。

6 . 3 挖 孔 成 孔

6 . 3 . 1有害气体是指有毒、 可燃气体或大气中浮尘超过现行国家

                                                                             61标准《 环境空气质量标准》 ( G B 3 0 9 5 -9 6 ) 规定的三级标准浓度限

值 。

6 . 5 混凝土浇筑

6 . 5 . 1 挖孔成孔后， 如果在混凝土浇筑时能维持排干孔底积水，

混凝土浇筑用干法施工， 否则在孔内灌水， 采用导管法施工工艺施

工 。

   6 . 5 . 3 . 2 挖孔灌往桩浇注混凝土时， 一般都具有人工振捣密实

的条件。对于桩径较小且桩长较大的桩， 距桩顶l o m以下部分的

桩身混凝土在人工捣实确有困难时， 主要依靠其自重密实。

6 . 5 . 4根据调查的3 1 程实例， 并参考下列规范的规定， 作出本条

规定。

     ( 1 ) 《 建筑桩基技术规范》 ( J T J 9 4 -9 4  ) 规定水泥用量不小于

3 6 0 k g / m 3 ;

     ( 2 ) 《 公路桥涵施L 技术规范》 ( J T J 0 4 1 -2 0 0 0 ) 规定水泥强度等

级不宜低于4 2 . 5 ， 水泥用量不宜小于3 5 0 k g / m 3 ， 水灰比宜采用。 . 5

-0. 6;

     ( 3 ) 日本《 灌注桩设计施工手册》 推荐水灰比宜为0 . 5一 0 . 6 ,

水泥用量不小于3 7 0 k 酬时。

   6 . 5 . 5 . 2导管的工作压力一般按下式进行计算:

                       P=y , h 。 一Y . h �

式中 p 一 - 导管承受的最大压力( k P a ) ;

       Y l 混凝土拌和物密度( k N / m 3 ) ;

     h , — 导管内混凝土柱最大高度( m ) ;

     Y � — 孔内泥浆密度( k N / m 3 ) ;

     h. — 孔内泥浆深度( m) .7 施工检测及质量控制

   7 . 0 . 1 . 2 常用的测量孔深的方法是用测深锤测量。

   7 . 0 . 1 . 3挖孔成孔一般直接丈量孔径， 可用吊垂球的方法检测

孔的倾斜度。对于钻孔成孔则用长度为 4 一 6 倍设计桩径、 外径等

于设计桩径的笼式检孔器或超声波孔壁检测仪对孔径和孔的倾斜

度进行检测。

   7 . 0 . 1 . 4 沉渣厚度直接影响到灌注桩的质量， 是钻孔成孔后清

孔的主要指标。检测沉渣厚度的方法很多， 一般采用取样盒法 、 测

锤法或数字沉渣测厚仪法。取样盒法是从孔底取出浆样， 经沉淀

测其厚度， 比较直观， 是常用的方法。

   7 . 0 . 3 . 2 随着灌注桩技术的发展， 使用越来越广泛， 灌注桩桩

身混凝土的质量也越来越受到关注， 对灌注桩混凝土的抽检频率

均有适当提高。本条标准是根据多年的工程实践提出的。