DBJ_T 13-221-2023 大面积基础刚性桩及桩网路基设计与施工技术标准.docx

目次1 总则 . 12 术语与符号 . 22. 1 术语 . 22. 2 符号 . 43 基本规定 . 64 刚性桩及桩网路基设计 . 84. 1 一般规定 . 84. 2 桩长和桩距设计 . 114. 3 桩截面设计 . 134. 4 桩帽设计 . 164. 5 褥垫层设计 . 194. 6 沉降计算 . 204. 7 桩网路基稳定验算 . 215 刚性桩及桩网路基施工 . 285. 1 一般规定 . 285. 2 灌注桩施工 . 295. 3 预制桩施工 . 315. 4 桩帽施工 . 335. 5 褥垫层施工 . 346 施工监测及工程质量检验与验收 .366. 1 一般规定 . 366. 2 桩基工程施工监测和质量检验与验收 .366. 3 桩帽工程检验与验收 .386. 4 褥垫层工程检验与验收 .395附录 A大面积基础刚性桩计算 . .40附录 B单桩水平抗力计算 . 49附录 C地层设计参数 . 53附录 D 垫层和持力层弹簧系数及单桩水平抗力试验 .55附录 E施工记录和质量验收与监测表 . 61本标准用词说明 .74引用标准名录 .75附：条文说明 .766Contents1 General provisions .12Terms and symbols .22. 1Terms .22. 2 Symbols .43 Basic requirements .64 Design of Rigid piles and pile-net roadbed .84. 1 Gennaral requirements .84. 2 Lenghth and interval of piles .114. 3 Cross-section of pile .134. 4 Design of pile cap .164. 5 Design of bedding cushion .194. 6 Calculation about the subgrade settlement .204. 7 Stabilityanalysis of pile-net roadbed .215 Construction of rigid piles and pile-net roadbed .285. 1 Gennaral requirements .285. 2 Consruction of cast-in-place pile .295. 3 Consruction of precast pile .315. 4 Consruction of pile cap .335. 5 Consruction of bedding cushion.346 Monitor check and acceptance in Construction .366. 1 Gennaral requirements .366. 2 Monitor check Acceptance for pile .366. 3 Check Acceptance for pile cap .386. 4 Check Acceptance for bedding cushion .397Appendix ACalculation of rigid piles on large-area foundation .40Appendix B Calculation about lateral resistance of pile .49Appendix C Design parameters about soil .53Appendix D The experiments for design parameter .55Appendix EThe tables for construction check and Monitor .61Explanation of Wording in This Code .74List of Quoted Standards .75Addition: Explanation of Provisions .7681总则1. 0. 1 为规范大面积基础刚性桩及桩网路基的设计、施工与验收，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，制定本标准。1. 0. 2 本标准适用于福建省大面积基础刚性桩及桩网路基的设计、施工和验收。1. 0. 3 大面积基础刚性桩及桩网路基设计、施工和验收除应符合本标准外，尚应符合国家、行业和福建省现行有关技术标准的规定。12术语与符号2. 1 术 语2. 1. 1 大面积基础刚性桩 the rigid piles on large-area foundation大面积基础刚性桩指大面积基础中的刚性桩，如厂房、仓库、地坪、货场等基础和路基中的刚性桩，因基础面积较大、布桩较多，桩侧摩阻力难以向远处传递扩散。刚性桩指变形模量和强度与土体差异显著的加固柱体，如混凝土桩、钢桩、搅拌桩和旋喷桩。2. 1. 2 桩网路基 pile-net roadbed刚性桩、土体、桩帽（含格构系梁）、加筋褥垫层或梁板结构组成的复合路基，其特点是网格布桩、桩土刚度强度差异显著、加筋褥垫层填料内部存在水平土压力。2. 1. 3 桩帽 pile cap桩顶起传递扩散竖向荷载作用的混凝土结构，格构系梁投影面积可计入桩帽面积，梁板和承台板结构可视为连续桩帽。2. 1. 4 加筋褥垫层 reinforcement cushion填料散粒体、加筋体组成的垫层，起到找平、扩散压力和增加水平抗力作用，加筋体包括土工合成材料、钢筋网片和格构系梁等抗拉加强体。2. 1. 5 挤土桩 the displacement pile在成桩过程中产生挤土效应的桩，分为挤土桩和部分挤土桩。2. 1. 6 侧限变形模量 the deformation module of lateral confinement由地基土平板载荷试验测得土层自由变形模量 E0 按泊松比换算所求得的侧限变形模量 Es。22. 1. 7 桩土相对位移 the relative displacement between pile and soil同一水平面的桩身截面与桩间土布桩多边形形心的位移差；桩顶与同平面褥垫层布桩多边形形心的位移差称为桩顶桩土相对位移；桩端与同平面持力层布桩多边形形心的位移差称为桩端桩土相对位移。2. 1. 8 桩帽垫层弹簧系数 the spring factor of cushion with pile cap桩顶荷载增量与桩顶桩土相对位移增量的比值，单位 kN/m。2. 1. 9 桩端持力层弹簧系数 the spring factor of bearing layer with pile end桩端荷载增量与桩端桩土相对位移增量的比值，单位 kN/m。2. 1. 10 地基系数 the coefficient of subgrade reaction桩顶垫层及桩端持力层的压力增量与桩土相对位移增量的比值，单位 kPa/m。2. 1. 11中性区 neutral zone桩土相对位移等 0 的桩长区间，因侧摩阻为 0 也叫零摩阻区，同时也是桩土竖向等应变区。2. 1. 12 中性面 neutral plane当桩顶和桩端的桩土相对位移较大而桩长较短，中性区将收缩为一个面，即桩土相对位移等零的水平面，为负正摩阻区分界面，习惯上也叫中性点。2. 1. 13 工期沉降 the settlement during construction在填筑路堤和施工路面期间路基所完成的沉降量。2. 1. 14 工后沉降 the settlement after construction路面工程完工之后产生的残余沉降，包括桩土复合层和桩底下卧层工后沉降。桩土复合层工后沉降取最终残余沉降量，桩底下卧层工后沉降取使用年限内残余沉降量。32.2符 号2. 2. 1 面积(m2)A 单桩分摊基础面积；Ap  桩身截面积；As  单桩分摊桩间土面积；Ah  桩帽面积。2. 2. 2 长度(m)b 桩帽宽度或桩帽直径；B 桩间距，如布桩不规则桩间距取 A1/2；D 桩直径；hc  路面结构层厚度，包括水稳层和面层；hs 路堤填土厚度，含垫层，不含路面结构层；Ha  土拱高度；La 土拱跨度；l 桩长；s 路基最终总沉降；sr 路基工后沉降；z1 中性区上边界离桩顶深度；z2 中性区下边界离桩顶深度；zm  中性面深度；zp 滑动面之上桩体水平力作用点离滑面高度；t 桩顶桩土相对位移，桩顶与同平面桩间土布桩多边形型心的沉降差；t  桩顶桩土相对位移允许值；e  桩端桩土相对位移，桩端与同平面桩间土布桩多边形型心的沉降差；e  桩端桩土相对位移允许值。42. 2. 3 力F0  作用点与滑面高度为 0 时单桩水平抗力设计值(kN)；Fp  作用点与滑面高度为 zp 时单桩水平抗力设计值(kN)；M  力矩(kN.m)；Nb  静压桩施工压桩力(kN)；Nmax  桩身最大轴力(kN)；q 基础上覆荷载(kPa)；ql 路面荷载(kPa)；qh 桩帽竖向荷载(kPa)；qs 桩帽间土体竖向荷载(kPa)；sp  桩身竖向附加应力(kPa)；ss 桩间土体竖向附加应力(kPa)。2. 2. 4 力学性质c 土层黏集力(kPa)； 土体内摩擦角(°)；s 土体重度(kN/m3)，地下水位之下使用浮重度；Ep 桩截面弹性模量(kPa)；Es 土层侧限变形模量(kPa)；kt 褥垫层地基系数(kPa/m)；Kh  桩帽褥垫层弹簧系数(kN/m)；Ke 桩端持力层弹簧系数(kN/m)。2. 2. 5 其他kf 路基抗滑安全系数； 桩土变形系数(m-1)；m 中性区单元号； 桩侧土层摩阻力残余值与极限值的比值； 水平抗力群桩效应折减系数。53基本规定3. 0. 1 大面积基础刚性桩设计应以桩端桩土相对位移为控制目标。当持力层为中微风化岩层且缺乏实验数据时，可先计算出基岩面处桩身轴力，然后根据岩层的侧阻和端阻参数设计嵌岩桩段。3. 0. 2 对于刚性桩路基，刚性桩设计还必须满足路基稳定验算要求和路基工后沉降要求。3. 0. 3 当刚性桩路基作为桥涵过渡段，过渡段两端的工后沉降应分别与桥涵基础和普通路基协调。3. 0. 4 在设计饱和软土地区挤土桩时，应提出施打顺序要求和施工过程中工程桩的位移监控要求，同时提出对周边建(构)筑物、地下管线变形的监测要求。3. 0. 5 路基存在软土且有持力层宜采用刚性桩，当持力层埋深大于 25m 或填高大于 10m，路基应与桥梁方案进行经济比较。3. 0. 6 当地层存在欠固结土或可液化土，刚性桩地基应与强夯和振冲挤密等加固方法进行经济比较。3. 0. 7 新旧路基无分离的软土路基拓宽工程宜采用刚性桩，且桩顶宜采用梁板结构。3. 0. 8 当路堤填土高度较小不能满足成拱条件，刚性桩桩顶不宜采用独立桩帽，可采用梁板结构。3. 0. 9 钻探孔持力层揭示厚度应满足桩基设计需要，控制孔还应满足总沉降计算需要。持力层顶面起伏大时，应适当加密钻孔和地层剖面。勘察报告应满足荷载验算和沉降计算的基础设计要求，除了提供常规指标，还应提供各土层侧限变形模量和持力层弹簧系数。3. 0. 10 在岩溶发育区，刚性桩基础应查明溶洞分布和评价地面6塌陷危险性。在水、土强腐蚀性地区，刚性桩应采取耐久性措施。3. 0. 11 在地震设防地区，当刚性桩路基临近有重要建(构)筑物和设施，或不同道路类型和等级的路基设计规范有明确要求，路基稳定验算应计入地震水平加速度惯性力。3. 0. 12 当密实卵石碎石、中微风化基岩等持力层直接上覆软土，且持力层面坡率大于 0.15，桩端必须嵌入持力层。嵌入深度应结合基础类型确定，刚性桩路基桩顶还应采用梁板结构或格构系梁。3. 0. 13 在施打挤土桩过程中，施工单位应考虑挤土效应对毗邻建(构)筑物基础和地下管网的影响，对已施工工程桩的影响，以及对已施工桥涵基础的影响，按设计要求制定施工方案和技术措施。3. 0. 14 面积较大工点宜在施工前进行试桩，根据试桩结果，并结合工程地质条件相似地区试验数据，修正地层参数和优化设计。3. 0. 15 为了收集、补充和修正本标准的地层参数，对于软土深厚、土层和持力层水平均质的典型地层结构路基工点，除常规施工监测内容外，还宜增加桩顶压力、桩顶和桩间土竖向位移监测项目，且监测时间延续至路面完工后 2 年。3. 0. 16 在设计前应踏勘工点现场，了解施工条件和调查周边环境。3. 0. 17 工程桩应进行桩身完整性和承载力检测，检测数量和方法应按现行国家标准复合地基技术规范GB/T 50783 执行。填筑路堤应进行路基监测，监测要求按现行行业标准公路软土地基路堤设计与施工技术细则JTG/T D31-02 执行。3. 0. 18 刚性桩路基工程的地表处理、填土要求、边沟和边坡防护设计施工应按现行行业标准城市道路路基设计规范CJJ194和公路路基设计规范JTGD30 执行。74刚性桩及桩网路基设计4. 1 一般规定4. 1. 1 大面积基础刚性桩设计计算应按下列步骤和要求进行：1 必须考虑大面积基础中刚性桩桩侧摩阻无法向远处传递扩散问题，利用对称面原理把基础分割为独立的桩土复合棱柱体，空间问题简化为桩土棱柱体问题；2 建立桩帽与垫层、桩端与持力层的弹性约束关系，按结构力学方法联立求解桩土棱柱体。桩顶为梁板结构，持力层为中微风化基岩，可视为刚性约束并简化计算；3 应根据桩土相对位移确定桩侧摩阻力及侧摩阻分区，从而计算桩身轴力分布和桩身最大轴力；4 通过迭代计算使桩端桩土相对位移逼近允许值，优化桩长和桩距，并确定合理的桩径和桩帽尺寸。4. 1. 2 建筑基础荷载应按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007 确定。路基荷载 q 包括路堤填料重量、路面结构层重量和路面活载，路基荷载设计值应按下式确定：q = g s hs + g c hc +q l(4.1.2)式中：s填料重度，无试验数据时，填土可取 18kN/m3，填石可取 20kN/m3；hs填料高度；c路面结构层重度，无试验数据时可取 22kN/m3；hc路面结构层厚度；8ql路面荷载，按照现行道路设计标准确定，高速公路和城市快速路为 26kPa。在路基稳定验算时，路基荷载应按现行行业标准公路路基设计规范JTG D30 规定考虑地震水平加速度惯性力。4. 1. 3 桩顶桩土相对位移（桩顶有梁板结构时等 0）和桩端桩土相对位移应不超过下式规定的允许值：d t  = 0.02bd   e  = íì(0.02  0.05)D (密实砂土和碎块状强风化取小)îd max 3(中微风化基岩)(4.1.3)式中：t  桩顶桩土相对位移允许值；e  桩端桩土相对位移允许值；b  桩帽宽度或直径；D  桩身直径或宽度；max  临界位移，由原位等截面载板或单桩静载试验确定，试验桩须无质量缺陷，桩顶位移须扣减桩身压缩量。4. 1. 4 把桩长、单桩分摊面积以及桩径和桩帽尺寸代入附录 A，计算桩端桩土相对位移，逐步优化调整桩长及分摊面积。桩端桩土相对位移不得超过允许值e，宜控制在(0.951)e之间。4. 1. 5 当桩顶为梁板结构，可把上部桩段视为中性区，附录 A只需要求解桩长下部的正摩阻区。当持力层为中微风化基岩且缺乏实验数据，可把基岩面上部分桩段视为中性区，附录 A 只需要求解桩长上部的负摩阻区。岩面处桩身轴力可按桩土刚度比进行计算，并以基岩面处桩身轴力为荷载，根据岩层的侧阻和端阻设计嵌岩深度，设计应符合现行行业标准建筑桩基技术规范JGJ94 规定。根据地层是否有欠固结土(可液化土和湿陷性土相同)，基岩9ìE p ApE s As + E p ApN p (lb ) = íï( Aq + F)E p Ap(欠固结土 )E s As + E p Ap面处桩身轴力应按下式计算：ï Aq(正常固结土 )ïïswî(4.1.5)Fsw = min(p  Då hsi f si , As å hsigsi）式中： lb持力层岩面深度；A单桩分摊面积；q基础分布荷载；Ap桩体截面积；As单桩分摊桩间土面积；Ep桩截面弹性模量；Es基岩面上土层侧限变形模量(应变 2时)；Fsw欠固结引起的附加荷载(侧摩阻与土柱重量的小值)：mmi=1i=1(取两者小值)i土层编号；m欠固结土层编号；hsi土层厚度；fsi土层侧摩阻；si土层重度，地下水位以下取浮重度。4. 1. 6 当地层有欠固结土、可液化土或湿陷性土时，桩端桩土相对位移和桩身最大轴力计算应考虑附加荷载。4. 1. 7 大面积基础刚性桩应进行桩身承载力验算，建筑基础还应进行基础沉降验算，刚性桩路基还应进行稳定性验算和工后沉降验算。4. 1. 8 刚性桩建筑基础总沉降应不超过现行国家标准建筑地基10基础设计规范GB 50007 规定的地基变形允许值。刚性桩路基工后沉降应满足行车安全性和舒适性需求，根据道路类型、重要性及等级满足相应的工后沉降要求。高速公路和城市快速路刚性桩路基的工后沉降应不超过如下允许值：一般软土路基：sr=300mm；过渡段路基端：sr300mm 且应满足与普通路基沉降协调；过渡段桥涵端：sr=0.005Lt 且100mm（Lt 搭板长度），sr=30mm（无搭板时）。过渡段路基长度不宜小于 35m。4. 1. 9 刚性桩路基的桩顶应设置桩帽或梁板结构，桩帽尺寸应满足桩顶桩土相对位移允许值要求，满足路堤填土成拱需要，并满足土工合成材料不被拉断和刺破的要求。4. 1. 10 桩帽之上应铺设级配碎石或中粗砂垫层，并铺设不少于一层土工合成材料。在铺设土工合成材料之前，垫层面应先找平。4. 1. 11 桩网路基作为桥涵过渡段时，可采用调整桩长、桩距、桩帽面积或垫层厚度等协调沉降措施。4. 1. 12 对于桩身、桩帽、格构系梁和梁板结构等钢筋混凝土结构，构造与耐久性应符合现行国家标准混凝土结构设计规范GB 50010 和混凝土结构耐久性设计标准GB/T 50476 要求。土工合成材料应满足耐久性要求。4. 2 桩长和桩距设计4. 2. 1 大面积建筑基础的刚性桩宜穿透软弱层。刚性桩路基应验算软弱下卧层的工后沉降，不满足时应穿透软弱下卧层。过渡段路基桥涵端刚性桩，设计桩长应与毗邻构筑物（如桥涵和收费岛）基础进行沉降协调。4. 2. 2 根据持力层类型及埋深，桩长设计初值可按下式确定：11ìlb + 5Dîlbl = í(中微风化基岩层 )(4.2.2)式中： l  桩长；D  桩径；lb  持力层顶面深度。4. 2. 3 单桩分担基础面积的初值可按 4 倍桩径的桩间距确定，也可根据初始桩长和土层侧摩阻由下式计算：A = (Fb + K e d e ) / q(4.2.3)式中：A  单桩分担基础面积；Fb  桩周总侧摩阻力；Ke  桩端持力层弹簧系数；e  桩端桩土相对位移允许值；q  基础荷载。4. 2. 4 当地层有欠固结土(可液化土和湿陷性土相同处理)，因桩顶桩土位移不连续，只能求解正摩阻区。在附录 A 求解正摩阻区时，总荷载应加上欠固结土及以上土层重量。4. 2. 5 在优化设计单桩分担基础面积之后，桩距可按下式计算：ìï   AB = íïî1.07A(正方形布桩）（正三角形布桩）(4.2.5)式中：B  桩间距；A  单桩分担路基面积。4. 2. 6 采用静压施工工艺时，桩长应由施工压桩力控制，压桩力必须考虑持力层全部上覆土层的残余侧摩阻。根据设计桩长和持力层类型，应按下式计算压桩力：12ïìp   Dåzi qsik li + K e d   e ïîp  Dåzi qsik li +l   N p (l) (中微风化岩层 )N b = í(4.2.6)式中：Nb  设计施工压桩力；D  桩径；i  桩侧第 i 层土侧阻力残余值与极限值的比值，砂性土取 0.9，黏性土取 0.8；qsik  桩侧第 i 层土极限侧阻力；li  桩侧第 i 层土层厚度；Ke  桩端持力层弹簧系数，按照附录 B 表 B.3 取值；e  桩端桩土相对位移允许值；Np(lb)  基岩面处桩身轴力，按式(4.1.3)计算；  基岩端阻安全系数，根据岩面深度 lb 取值：=1.8(lb20m),1.7(20m<lb30m),1.6(30m<lb40m),1.5(lb>40m)4. 2. 7 大面积基础刚性桩宜采用长而稀方案，在饱和软土中挤土桩间距不宜小于 5D。刚性桩路基采用独立桩帽结构时，桩间距及桩帽宽度应满足路堤填料的成拱需要。4. 2. 8 为了使刚性桩过渡段路基两端实现工后沉降协调，可采取如下技术措施：1 在满足刚性桩路基稳定验算条件下，调整桩长与桩距，使两端的工后沉降分别与桥涵基础和普通路基协调；2 靠近过渡段的软土路基，进行局部加固，或按台阶形、楔形填轻质填料，以降低其工后沉降；3 当采用静压桩工艺，分别设计过渡段两端的压桩力，在施工时逐排调整压桩力。4. 3 桩截面设计4. 3. 1 大面积基础刚性桩直径（或宽度）的初值可根据设计经验13和工艺限制取值（如 400mm 或 600mm），在优化确定桩长桩距后必须计算桩身最大轴力进行截面承载力验算。4. 3. 2 桩身最大轴力设计值不得超过桩身截面竖向承载力：N max £ y c f c Ap(4.3.2)式中： Ap  桩截面积；fc  混凝土轴心抗压强度设计值；c  成桩工艺系数，应按现行国家标准建筑桩基技术规范JGJ94 规定取值；Nmax  桩身最大轴力设计值。4. 3. 3 桩身最大轴力位于中性面，应根据附录 A 求解的侧摩阻分布和桩顶荷载sp(0)，最大轴力设计值按下式计算：N max = Aps p (0) + pDå hsi f si(4.3.3)式中：Nmax  桩身最大轴力设计值；Ap  桩截面积；sp(0)  桩顶应力；hsi  中性面之上各土层厚度；fsi  中性面之上各土层侧摩阻。当存在中性区应按式(4.3.4)计算，当地层有欠固结土或可液化土应按式(4.3.5)计算。4. 3. 4 当存在中性区，桩身最大轴力位于中性区内最软弱土层处，最大轴力设计值应按下式计算：N max = AqE p ApEs As + E p Ap(4.3.4)式中：Nmax  桩身最大轴力设计值；A  单桩分摊基础面积；14ï( Aq + Fsw )q  基础荷载；Ap  桩截面积；As  单桩分摊桩间土面积；Ep  桩截面弹性模量；Es  中性区内最软弱土层侧限变形模量(应变 2时)。4. 3. 5 当地层存在欠固结土(可液化土和湿陷性土相同处理)，桩身最大轴力设计值 Nmax 应按下式确定：ìE p ApN max = íE p Ap + Es Asîï( Aq + Fsw ) / Ap(中微风化基岩持力层 )Fsw = min(p  Då hsi f si , As å hsigsi）mmi=1i=1(4.3.5)式中：i  土层编号；m  中性面上方(或基岩持力层上欠固结土)土层编号；q  基础荷载；A  单桩分摊基础面积；Ap  桩截面积；As  单桩分摊桩间土面积；Ep  桩截面弹性模量；Es  中性面上或欠固结土层侧限变形模量(应变 2时)；F