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JTS157-2019 水下挤密砂桩设计与施工规程及条文说明

附录A施工监控系统界面

附录A施工监控系统界面

A.0.1施工监控系统应具有挤密砂桩参数设置、成桩控制参数设置、

A.0.1施工监控系统应具有挤密砂桩参数设置、成桩控制参数设置、施工过程监 数据报表及查询打印等功能界面

GB 50068-2018 建筑结构可靠性设计统一标准A.0.2挤密砂桩参数设置功能界面反

（1）设置设计水下挤密砂桩的类型，包括桩长、桩径、桩底高程、桩顶高程、设 计用砂量； （2）设置工程区域内的配桩图，配桩图上设置桩的类型； （3）设置水下挤密砂桩施工桩编号

A.0.3成桩控制参数设置功能界面应包含下列内容

（1）设置水下挤密砂桩施工设备参数，包括桩管长度、桩管外径、桩管壁厚、桩 管端部外径、桩管端部壁厚； （2）设置停止贯入和回打扩径的参数； （3）设置桩管内最低砂量高度； （4）设置桩管内最大压力值

A.0.4施工过程监控功能界面应包含下列内容：

（1）水下挤密砂桩设计参数，包括桩长、桩径、桩底高程、桩顶高程、设计用砂 量、拉拨和回打长度； （2）施工过程监测实时数据，包括潮位、桩套管底高程监测系统、管内砂面顶高 程监测系统、拉拔剩余长度、回打剩余长度、实际投人砂量、实际成桩砂量； （3）曲线形式表示，包括桩套管底高程监测系统、管内砂面顶高程监测系统和每 段下砂量，并与以开始打桩为时间起点，建立与成桩时间的对应关系： （4）工作设备状态监控，包括砂料输送系统、压缩空气系统、卷扬系统和振动锤 系统设备状态监控； （5）故障报警信息和操作步骤提示信息。 A.0.5数据报表及查询打印功能界面，可查询水下挤密砂桩施工记录，自动生成报 表并可以打印

《下挤密砂桩设计与施工规程（JTS1572019）

附录 B水下挤密砂桩施工记录表

济密砂桩施工记录表应符合表B.0.1的规

表B.0.1水下挤密砂桩施工记录表

表B.0.1水下挤密砂桩施工记录表

附录C本规程用词说明

附录 C本规程用词说明

为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度的用词说明如下： （1）表示很严格，非这样做不可的，正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”； （2）表示严格，在正常情况下均应这样做的，正面词采用“应”，反面词采用“不 应”或“不得”； （3）表示允许稍有选择，在条件允许时首先这样做的，正面词采用“宜”，反面词 采用“不宜”； （4）表示允许选择，在一定条件下可以这样做的采用“可”

下挤密砂桩设计与施工规程（JTS157一2019）

1.《水运工程地基设计规范》（JTS147） 2.《水运工程抗震设计规范》（JTS146）

本规程主编单位、参编单位、主要起草人 主要审查人、总校人员和管理组人员名单

本规程主编单位、参编单位、主要起草人

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 参编单位：中交上海三航科学研究院有限公司 中交第三航务工程勘察设计院有限公司 中交第一航务工程勘察设计院有限公司 中交第一航务工程局有限公司 主要起草人：尹海卿（中交第三航务工程局有限公司） 时蓓玲（中交第三航务工程局有限公司） 梁桁（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） （以下按姓氏笔画为序） 马振江（中交上海三航科学研究院有限公司） 王征亮（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 卢永昌（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 刘璐（中交第三航务工程局有限公司） 刘进生（中交第一航务工程勘察设计院有限公司） 刘家才（中交第三航务工程勘察设计院有限公司） 李永全（中交第一航务工程局有限公司） 李建宇（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 张曦（中交上海三航科学研究院有限公司） 林佑高（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 胡灵斌（中交第三航务工程局有限公司） 徐明贤（中交第三航务工程局有限公司） 熊文峰（中交第三航务工程局有限公司）

水下挤密砂桩设计与施工规程（JTS157—2019

（以下按姓氏笔画为序） 方爱东、叶国良、吕黄、许廷兴、苏林王、李一勇、沈达怡、 张树仁、程泽坤 总校人员：刘国辉、吴敦龙、董方、李荣庆、檀会春、时蓓玲、林佑高 刘璐、谢锦波、张曦 管理组人员：时蓓玲（中交第三航务工程局有限公司） 覃杰（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 蒋建荣（中交第三航务工程局有限公司） 林佑高（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 刘璐（中交第三航务工程局有限公司）

（以下按姓氏笔画为序） 方爱东、叶国良、吕黄、许廷兴、苏林王、李一勇、沈达怡、 张树仁、程泽坤 总校人员：刘国辉、吴敦龙、董方、李荣庆、檀会春、时蓓玲、林佑高 刘璐、谢锦波、张曦 管理组人员：时蓓玲（中交第三航务工程局有限公司） 覃杰（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 蒋建荣（中交第三航务工程局有限公司） 林佑高（中交第四航务工程勘察设计院有限公司） 刘璐（中交第三航务工程局有限公司）

中华人民共和国行业标准

水下挤密砂桩设计与施工规程

JTS 1572019

JTS 1572019

基本规定 21 设计 (22) 4.1一般规定 (22) 4.2黏性土地基 (23) 4.3粉土和砂土地基 (29) 施工 (31) 5. 1 一般规定 (31) 5. 2 工艺试验 (31) 5.3施工装备 (31) 5. 4 施工与监控 (32)

3.0.1本条所说的黏性土不包括超灵敏土和超软弱土。根据日本资料，水下挤密砂栅 不适用于因扰动引起的强度下降明显的超灵敏土，也不适用于刚刚水力吹填形成的超软 弱土地基（如：含水量超过200%的土体）。 3.0.3国内外已有采用细砂或其他材料的案例，如洋山港码头工程挤密砂桩采用了含 泥量不大于5%的中细砂；日本在砂源匮乏的地区使用过含泥量10%~15%的砂料和矿 渣材料作为挤密砂桩桩体材料。

水下挤密砂桩设计与施工规程（JTS157—2019）

4.1.4水下挤密砂桩的桩长通常根据地基的稳定和变形验算确定，为保证地基稳定， 桩长应达到滑动弧面之下，当软土层厚度不大时，桩长宜超过整个松软土层。标准贯入 试验和静力触探试验结果沿深度的变化特性也是提供确定桩长的重要资料。对可液化的 砂土地基，桩长一般要穿透可液化土层，如果可液化深度过深，可根据现行行业标准 《水运工程抗震设计规范》（JTS146）的有关规定确定桩长。挤密砂桩施工时，桩套管 拔出、砂料贯人地基中后，再将桩套管打入形成大直径砂桩。循环拔、扩径时，一般先 拔出3.0m，再贯人2.0m，因此挤密砂桩的桩长最少为2m~3m。考虑施工的便利性， 本规程最小桩长的规定与《水运工程地基设计规范》（JTS147一2017）中“桩长不宜 小于4m”的要求一致。 4.1.5对于黏性土，水下挤密砂桩直径与桩套管直径之比一般为1.2~2.0，地基土强度 低的取大值，地基土强度高的取小值，桩套管下部直径一般为0.8m~1m，因此挤密砂桩 直径一般为1m~2m；对于砂土、粉土，水下挤密砂桩直径与桩套管直径之比一般为1.2~ 1.6，地基土松散的取大值，地基土较密实的取小值，因此挤密砂桩直径一般为0.8m~1.5m。 本条所指挤密砂桩可采用沿深度方向分段变截面的桩径系指且不限于以下情况：为 满足构筑物承载力及沉降的使用要求，地基上部采用高置换率挤密砂桩以提供足够的承 载能力，下部设置低置换率挤密砂桩减少沉降的发生或加快排水固结的速度；当以整体 急定性为控制条件时，沿滑动带设置大直径挤密砂桩段；当拟加固地基地质条件复杂， 地基下部或中部存在硬黏土层或密实砂层时，为便于桩套管贯入和砂桩扩径，挤密砂耕 在硬黏土层或密实砂层中少扩径基至不扩径，以典型施工确定的贯入速率和扩径速率作 为停止贯人和扩径的标准。 4.1.6表4.1列出了我国部分挤密砂桩船性能指标。为保证施工效率、控制施工成本， 同一工程通常不采用过多不同的桩间距

表4.1挤密砂桩船性能表

4.1.7垫层主要有三个作用：一、排水固结，低置换率挤密砂加固软土时主要起到 加快排水固结的作用，垫层在挤密砂桩施工前铺设，且与桩头相连通；二、协调桩土刚 度，高置换率挤密砂桩复合地基主要作用是协调桩土刚度、使桩土共同受力，高置换率 挤密砂桩清除隆起后再铺设垫层；三、垫层可以增加覆盖层的压力，从而起到防止原地 基的扰动和侧向位移的作用，还可防止施工时的污染。 4.1.8本条根据《水运工程地基设计规范》（JTS147一2017）制定。对黏性土地基， 已有的工程经验表明，当置换率不小于70%时，复合地基的性状类似于均质砂土地基， 因此桩土应力比取1.0。 4.1.10考虑到基础的压力向外扩散，需侧向约束条件，故在基础外缘增加1排~3排 挤密砂桩。处理液化地基时，基础外的加固处理宽度美国取1倍的处理深度，日本取处

挤密砂桩。处理液化地基时，基础外的加固处理宽度美国取1倍的处理深度，日本取处 理深度的2/3，而根据日本挤密砂桩处理的地基经过地震检验的结果，说明需加宽处理 的宽度比处理深度的2/3小，据此规定每边放宽不应小于处理深度的1/2。

4.2.1设计时通常首先根据地基稳定性及承载能力确定挤密砂桩置换率、加固深度以 及加固范围，再以初步确定的加固范围、加固深度及桩的布置形式为条件进行建筑物沉 降验证，如沉降不满足建筑物工后残余沉降的要求，则按沉降标准调整挤密砂桩置换率 及加固深度

及加固深度。 4.2.2挤密砂桩施工过程中软土地基朝侧向、上方移动形成隆起，同时该隆起包括了 桩套管内残留砂的溢出量。一般海上工程挤密砂桩置换率较大，其隆起量可高达数米。 衡量隆起量大小的参数为隆起率μ，定义为隆起量与设计投入的砂量的比值。日本《挤

套管内残留砂的溢出量。一般海上工程挤密砂桩置换率较大，其隆起量可高达数 量隆起量大小的参数为隆起率μ，定义为隆起量与设计投入的砂量的比值。日本《

水下挤密砂桩设计与施工规程（JTS1572019

范》（JTS147一2017）的有关规定，结合挤密砂桩特点，参照日本《挤密砂桩设计与 施手册》（《打房施法設计施 儿》）确定。 4.2.4根据港珠澳大桥岛隧工程挤密砂桩资料数据，采用日本《挤密砂桩设计与施工

4.2.4根据港珠澳大桥岛隧工程挤密砂资料数据，采用日本《挤密砂

册》（《打良施法設計施》 算得到的结果与根据《水运工程地基设计规范》（JTS147一2017）计算得到的结 近。因此推荐采用现行行业标准《水运工程地基设计规范》（JTS147）的计算方法 本《挤密砂桩设计与施工手册》中挤密砂桩复合地基承载力f见式（4.2）~式（4.4）

式中f.一挤密砂桩复合地基承载力特征值（kPa）； f砂土地基承载力特征值（kPa)； f黏土地基承载力特征值（kPa):

fa=mfas fac = 1 ·C·N F. 11 .b..N F 2

图4.1承载力系数与内摩擦角之间的关系

水下挤密砂桩设计与施工规程（JTS157—2019）

西人工岛救援码头沉箱沉降计算结果与实际结果对比

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

沉降折减法—复合模量法—应力修正法—米实测推算最终沉降

图4.5东人工岛救援码头沉箱沉降计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

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

水下挤密砂桩设计与施工规程（JTS157—2019）

而Cvo是从试验室得到的固结系数，可以看出固结时间的延迟随着置换率的增大而变 大。在海上工程中，置换率不小于30%时，C/Cvm=0.5~0.1。

图4.7挤密砂桩沉降折减比β与置换率m的关系图

挤密砂桩反复扩径成桩使桩间土强度降低，当抛右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复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，一般需要1个月~3个月恢复时间， 加固区以外土体强度恢复时间较长

4.2.7工程经验表明，挤密砂桩施工振动对土体扰动会产生土体强度降低，施工顺序 合理与否会对稳定性产生影响，挤密砂桩施工一般采用间隔跳打方式。

4.3.1本条的规定与《建筑地基处理技术规范》（JGJ79一2012）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》（《打房L 施法設計施》中采用以下方法 确定置换率及桩的布置形式： （1）当没有经验数据时利用式（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。

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式（4.5）。 当计算得到的置换率m<0.2时，置换率应取0.2。 （3）当工程场地具有挤密砂桩设计及施工经验且具备原状地基标贯击数N。、挤密 砂桩加固后地基标贯击数N1、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

（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 考虑了原状土细粒含量且应用较广的方法如下： ①从现场勘察确定原始地基的N值（N。），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（N，）； ②用下列方程由细颗粒含量F。来估算emax（粉土或砂土的最大孔隙比），emin（粉 土或砂士的最小孔隙比）：

(4.13) (4. 14)

=0.02F。+1.0 =0.008F。+0.6

式中F。一一粒径小于75μm的细颗粒含量。 ③在以下公式中代入原始地基的N值（N。）及竖向应力α（kPa）来计算相对密 实度D。和eo：

N 100 Ov + 70

铅锌冶炼废渣污染治理工程设计施工总承包实施方案4.15 (4.16)

③将N，代入第③步中的公式计算对应于N，的e,值； 1+eo ③根据置换率m确定挤密砂桩间距

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对 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 采用重锤测量水深等方式测量泥面高程并记录，校核施工前泥面测量高程。 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，以实时修正水面高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。 5.1.7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220m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400m。施工前，利用专用船舶采用不规 则变速绕施工水域400m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400m外。砂桩船施工时先开动船舶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。

5.2.1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，比较重要的影响因素是 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。

5.3.2挤密砂桩船设备布置如图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；供砂系统一般由储料仓、输砂皮带、计量料斗、提升斗等构 成；供气系统一般由空压机、储气罐、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

水下挤密砂桩设计与施工规程（JTS157—2019

图5.1水下挤密砂桩船设备组成及布置示意图

5.4.2在桩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，从而影响施工质量 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有关，当入土较浅时， 容易因水土压力较小而导致管内砂料大量涌出和浅层土扰动。根据洋山深水港、港珠澳 大桥岛隧工程经验，当排泥位置在人土深度大于5m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 200kW振动锤，沉管速率的控制标准为持续10s内贯入速率不大于0.38m/min；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10s内贯入速率不大于 1m/min，且桩套管底高程与设计桩底高程差值不大于3m。 5.4.6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1m/min~2m/min之间，不大于3m/min 5.4.8在硬土层中盲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1min内回打扩径的桩套管的下沉速率不大于0.2m/min作为回打扩径终止依据，满

5.4.9一个成桩循环包括一个拉拨和一个回打过程，工程经验表明，成桩质量与成桩 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于1m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桩套管拉拔高度的限 制，需要适当降低每循环的高度，达到降低桩套管内压力控制难度和排砂控制难度的目 的，避免控制不当造成的桩套管内砂大量排出。 5.4.10通过桩套管底高程监测系统、管内砂面顶高程监测系统可建立桩套管运行参数 与下砂量参数的对应关系，调整桩套管拉拔速度和桩套管内压力，使下砂率符合设计要 求，是保证水下挤密砂桩成桩质量的核心。 5.4.14桩位水平偏差一般通过卫星定位系统逐件检查DB31 757-2020 工业气体空分单位产品能源消耗限额.pdf，桩套管垂直度偏差一般通过吊