DB41_T 2125-2021公路钢管螺旋桩设计施工技术规范.pdf

ICS 93.080 CCS P 66 41 河南省地方标准 DB41/T 21252021 公路钢管螺旋桩设计施工技术规范 2021-04-12 发布 2021-07-12 实施 河南省市场监督管理局 发 布 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 规格和质量要求.2 5 设计.3 6 钢管螺旋桩的施工.8 7 施工质量管理.10 附录 A（资料性）钢管螺旋桩在公路工程中的主要应用范围.12 附录 B（资料性）成桩过程中问题的解决办法.13 附录 C（资料性）常见桩帽形式.14 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由河南省交通运输厅提出并归口。本文件起草单位：河南宛龙高速公路有限公司、河南省交通规划设计研究院股份有限公司、北京建筑大学、北京思创佳德桩工机械制造有限公司。本文件主要起草人：赵志刚、宋国瑞、王笑风、彭丽云、吴萍、杨博、陈波、吴继峰、万晨光、徐有扬、王鑫、胡光胜、李进勇、吴少亮、赵军军、王宏伟、孙小威、江名宝、魏新良、李明、朱同宇、崔长泽、华小宁、罗涛、武安柱、刘新锋、周根峰、刘伟、刘鑫、潘珍亮、朱帅、刘书亮、周卓负、翟晓丹、龚建伟。公路钢管螺旋桩设计施工技术规范 1 范围 本文件规定了钢管螺旋桩的规格和质量要求、设计、钢管螺旋桩的施工和质量管理。本文件适用于公路工程中使用的钢管螺旋桩的设计和施工。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 700 碳素结构钢 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50661 钢结构焊接规范 JGJ 82 钢结构高强度螺栓连接技术规程 JJG 995 静态扭矩测量仪检定规程 JTG 3363 公路桥涵地基与基础设计规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 钢管螺旋桩 螺旋叶片焊接于钢管上，叶片和钢管共同承受荷载的一种基桩。3.2 桩帽 位于钢管螺旋桩顶部，由套筒和顶部钢板组成，下端可连接钢管螺旋桩，上端与施加扭矩的拧桩机械或其它设施相连接的构件。3.3 螺旋叶片 焊接于钢管螺旋桩身，距钢管下端一定距离的螺旋状钢板。3.4 圆柱剪切承载模式 由螺旋叶片间土体与周边土体之间的摩阻力和端部叶片的端承力共同承载的一种模式。3.5 叶片式承载模式 由钢管螺旋桩各个叶片提供的端承力共同承载的一种模式。3.6 倒圆台承载模式 在桩基上拔过程中，由滑裂体内桩身重量、土体重量以及桩土界面间摩阻力之和共同承载的一种模式。4 规格和质量要求 一般规定 4.1 钢管螺旋桩适用范围见附录A。尺寸规格 4.2 4.2.1 单叶片钢管螺旋桩结构示意图和尺寸规格如图 1 所示。单位为毫米 PD PT L T Ah P HD SP 60324 59 20003000 1020 254984 102152 2451 5163 标引序号说明：PD 钢管直径，单位为毫米（mm）；PT 钢管壁厚，单位为毫米（mm）；L 桩长，单位为毫米（mm）；T 螺旋叶片厚度，单位为毫米（mm）；Ah 螺旋叶片投影直径，单位为毫米（mm）；P 螺旋叶片高度，单位为毫米（mm）；HD 孔径，单位为毫米（mm）；Sp 孔距，单位为毫米（mm）。图1 单叶片钢管螺旋桩结构示意图 4.2.2 多叶片钢管螺旋桩结构示意图和尺寸规格如图 2 所示。单位为毫米 PD PT L T Ah P HD SP Hs 60324 59 20004000 1025 254984 102152 2451 5163 7622133 标引序号说明：Hs 钢管螺旋桩叶片间距，单位为毫米（mm）。图2 多叶片钢管螺旋桩结构示意图 质量要求 4.3 4.3.1 钢管螺旋桩钢材应使用 Q345B 及以上高强度钢，质量应符合 GB/T 700 的相关规定、钢板应具备检验报告、材质单和证书。4.3.2 钢管、钢管和叶片、钢管和桩帽间的焊接均应满足 GB 50661 中的相关规定。4.3.3 钢管长度允许偏差-0.5%0.7%；叶片厚度允许偏差0.4 mm；钢管壁厚的允许偏差0.4 mm；管端 100 mm 长度范围内，钢管外径允许偏差为标准外径的0.5%；钢管弯曲度不得超过管长的 0.2%。4.3.4 螺旋叶片内外径公差2 mm，螺旋公差3 mm；螺旋面上的每一条半径线均应垂直于螺旋钢管的中轴线，螺旋张角误差不超过 3。5 设计 一般规定 5.1 5.1.1 钢管螺旋桩的设计流程图如图 3 所示，按照 JTG 3363 的要求执行。确定桩身长度桩型参数确定单桩极限承载力计算确定桩数桩身强度、单桩承载力验算估算安装扭矩安全性评估、安装扭矩评估、打桩设备评估 图3 设计流程图 5.1.2 根据现场承载力试验与理论公式综合确定桩基承载力。5.1.3 垂直施作的钢管螺旋桩安全系数不小于 2.0，倾斜施作钢管螺旋桩安全系数不小于 1.5。5.1.4 根据施加桩顶的荷载和钢管螺旋桩的极限承载力并结合现场设备、土质条件综合确定单、多叶片的选择。抗压极限承载力计算 5.2 5.2.1 圆柱剪切承载模式 当Hs/D3时，采用图4所示的圆柱剪切承载模式。标引序号说明：F 外荷载，单位为千牛（kN）；Hs 钢管螺旋桩叶片间距，单位为毫米（mm）D 螺旋叶片直径，单位为毫米（mm）；Ah 螺旋叶片投影直径，单位为毫米（mm）；At 钢管螺旋桩投影面积，单位为平方毫米（mm2）。图4 圆柱剪切承载模式 抗压极限承载力按照式（1）计算。=+(（）+)ulthelixbearingshafthtuccDeffuQQQQggg=AACNgDggLgPHgC.(1)式中：Qult 钢管螺旋桩抗压极限承载力，单位为千牛（kN）；Qhelix 叶片间土体的极限承载力，单位为千牛（kN）；Qbearing单螺旋叶片极限承载力，单位为千牛（kN）；Qshaft 桩侧摩阻力，单位为千牛（kN）；Ah 螺旋叶片投影直径，单位为毫米（mm）；At 钢管螺旋桩投影面积，单位为平方毫米（mm2）；Cu 土体固结不排水抗剪强度，单位为千帕（kPa）；Nc 承载能力因子；D 螺旋叶片直径，单位为毫米（mm）；Lc 顶部到底部螺旋之间的距离，单位为毫米（mm）；PD 钢管直径，单位为毫米（mm）；Heff 桩有效长度（等于上螺旋埋置深度H减去螺旋直径D），单位为毫米（mm）；桩土间摩擦因子。5.2.2 叶片式承载模式 当Hs/D3时，采用图5所示叶片式承载模式。标引序号说明：叶片与水平面夹角，单位为度（）。图5 叶片式承载模式 抗压极限承载力按照式（2）和式（3）计算。bearingshalfthuDeffu=+=+ccQmQQmA C NP HC.(2)式中：Qc 桩基抗压荷载，单位为千牛（kN）；m 螺旋叶片数量，单位为个；Qbearing单螺旋叶片极限承载力，单位为千牛（kN）；Qshaft 桩侧摩阻力，单位为千牛（kN）；Ah 螺旋叶片投影直径，单位为毫米（mm）；Cu 土体固结不排水抗剪强度，单位为千帕（kPa）；Nc 承载能力因子；PD 钢管直径，单位为毫米（mm）；Heff 桩有效长度（等于上螺旋埋置深度H减去螺旋直径D），单位为毫米（mm）；桩土间摩擦因子。g cosh=AD.(3)式中：Ah螺旋叶片投影直径，单位为毫米（mm）；D 螺旋叶片直径，单位为毫米（mm）；叶片与水平面夹角，单位为度（）。Nc和分别按表1和表2取值。表1 Nc取值 叶片直径（m）0.5 0.51 0.56 0.61 0.76 0.91 0.97 1.0 Nc 9.0 8.33 7.67 7.33 7.0 6.67 6.33 6.0 表2 取值 接触面材料 粘土 亚粘土 粉质亚粘土 中密砂 密实砂 摩擦系数 0.282 0.299 0.492 0.365 0.494 抗拔极限承载力计算 5.3 5.3.1 倒圆台承载模式 倒圆台承载模式如图6所示，抗拔极限承载力计算时均可适用。标引序号说明：Q 桩体所受拉力，单位为千牛（kN）；H 最上部叶片的深度，单位为毫米（mm）；Hs 钢管螺旋桩叶片间距，单位为毫米（mm）倒圆台承载面与叶片边缘深度方面的夹角；f1 桩土界面摩阻力，单位为千牛（kN）；叶片与水平面夹角，单位为度（）；Z 埋深，单位为米（m）；Ah 螺旋叶片投影直径，单位为毫米（mm）。图6 倒圆台承载模式 抗拔极限承载力按照式（4）和式（5）计算。1nuiiiVfWjQ.(4)式中：Qu 桩基抗拔荷载，单位为千牛（kN）；Vi 倒圆台内第i层地基的土体积，单位为立方米（m3）；i 第i层地基土的天然重度，单位为千牛每立方米（kN/m3）；fj 每层叶片承担的荷载，与土质有关，单位为千牛（kN）；W 桩的重量，单位为千牛（kN）。222iihhii=+2tan-tan4()ZVAA ZZ.(5)式中：Vi 倒圆台内第i层地基的土体积，单位为立方米（m3）；Zi 第i层土的厚度，单位为米（m）；Ah 螺旋叶片投影直径，单位为毫米（mm）；倒圆台承载面与叶片边缘深度方面的夹角，一般小于土体的内摩擦角，且小于45度。5.3.2 叶片式承载模式 当Z/Ah6 时，采用图 7 所示叶片式承载模式。图7 叶片式承载模式 抗拔极限力承载力按照式（6）计算。mu1jj=3=+QWff.(6)式中：Qu桩基抗拔荷载，单位为千牛（kN）；W 桩的重量，单位为千牛（kN）；f1桩土界面摩阻力，单位为千牛（kN）；fj每层叶片承担的荷载，与土质有关，单位为千牛（kN）。当地基土为黏土时，fj按式（7）计算。jc2u=4fDNC.(7)式中：fj每层叶片承担的荷载，与土质有关，单位为千牛（kN）；Nc承载能力因子，取值为69；D 螺旋叶片直径，单位为毫米（mm）；Cu土体固结不排水抗剪强度，单位为千帕（kPa）。当地基土为砂土时，fj按式（8）计算。sjqu2i4=D HfN.(8)式中：fj 每层叶片承担的荷载，与土质有关，单位为千牛（kN）；Nqu承载力计算系数，取值20100，对密实砂土取大值，对松散的砂土取小值；D 螺旋叶片直径，单位为毫米（mm）；Hs 钢管螺旋桩叶片间距，单位为毫米（mm）；i 第i层地基土的天然重度，单位为千牛每立方米（kN/m3）。5.3.3 圆柱剪切承载模式 当Z/Ah6时，采用图8所示圆柱剪切模式。图8 圆柱剪切承载模式 单桩抗拔承载力按照式（9）和式（10）计算。12=+uQWff.(9)式中：Qu桩基抗拔荷载，单位为千牛（kN）；W 桩的重量，单位为千牛（kN）；f1桩土界面摩阻力，单位为千牛（kN）；f2叶片间圆柱土体的侧摩阻力，单位为千牛（kN）。2=-1uD mfHC.(10)式中：f2叶片间圆柱土体的侧摩阻力，单位为千牛（kN）；D 螺旋叶片直径，单位为毫米（mm）；m 螺旋叶片数量，单位为个；H 最上部叶片的深度，单位为毫米（mm）；Cu土体固结不排水抗剪强度，单位为千帕（kPa）。6 钢管螺旋桩的施工 堆放、运输和起吊 6.1 6.1.1 钢管螺旋桩进场后，按规格、品种、牌号分类堆放，并做好防水、防潮、防污染处理。6.1.2 运输时应防止叶片磕碰。6.1.3 起吊前，平稳安放拧桩机，依据测量放线桩位拧桩；起吊中，应保持桩身、桩帽、动力头的中心线重合。成桩 6.2 6.2.1 施工工序 测量放样确定拧桩顺序桩机就位吊桩喂桩倾斜度校正液压旋进接桩停止旋进成桩机械移位切割桩身、桩身钻螺栓孔安装桩帽。6.2.2 桩位测量放样 6.2.2.1 测量控制点应设置在施工震动影响范围以外，控制点数量应不少于两个。6.2.2.2 划分区域，确定各区域定位点，逐排逐列确定桩位。6.2.2.3 应及时检查现场轴线、水准控制点、桩位布点。6.2.2.4 桩位误差控制标准应符合表 3 规定。表3 成桩控制误差 项目 水平方向/mm 垂直方向/mm 误差标准 75 20 6.2.3 成桩机械 6.2.3.1 宜采用长螺旋步履式或带液压支腿的履带式成桩机械。6.2.3.2 成桩机械应有足够的功率、强度、刚度和稳定性，并能同时提供挤压力和扭矩。6.2.3.3 成桩机械最小安装扭矩按照式（11）和式（12）计算。ulttortQTK=.(11)式中：Ttor平均扭矩，单位为千牛米(kNm)；Qult钢管螺旋桩抗压极限承载力，单位为千牛（kN）；Kt 经验系数。2=teffKd.(12)式中：deff桩身有效直径，单位为毫米（mm）。6.2.3.4 成桩机械最大安装扭矩由钢管螺旋桩桩身结构强度确定。6.2.3.5 扭矩测量装置校准按照 JJG 995 的要求执行。6.2.4 成桩顺序 6.2.4.1 对成桩机械回转半径范围内的桩，应一次流水完成。6.2.4.2 成桩采用先中后边、先长后短、先大后小的顺序。6.2.5 桩的旋进 6.2.5.1 成桩旋进时，应确保每旋转一圈，钢管螺旋桩进尺与螺旋间距一致。6.2.5.2 旋进过程中遇障碍物或意外情况应及时停钻，采取反转方法处理，不应强行旋进或提拉。6.2.5.3 旋进过程中及时检查、记录桩基旋进深度和安装扭矩。6.2.5.4 成桩过程中出现异常情况时的解决方法见附录 B。6.2.6 桩身的连接 6.2.6.1 采用螺栓连接，螺栓连接质量要求按照 JGJ 82 的要求执行。螺栓紧固应牢固、可靠，外露丝扣不应少于 2 扣。6.2.6.2 采用现场焊接，焊缝质量等级应符合表 4 要求，其他要求按照 GB 50661 的规定执行。桩身连接部位的焊缝等级不低于三级，桩身和螺旋叶片部位的焊缝等级不低于二级。表4 焊缝等级质量要求 焊缝质量等级检测项目 二级 三级 焊满 0.2+0.02 t 且1 mm，每 100 长度焊缝内未焊满累积长度25 mm 0.2+0.04 t 且2 mm，每 100 长度焊缝内未焊满累积长度25 mm 根部收缩 0.2+0.02 t且1 mm，长度不限 0.2+0.04 t且2 mm，长度不限 咬边 0.05 t且0.5 mm，连续长度100 mm，且焊缝两侧咬边总长10%焊缝全长 0.1 t且l mm，长度不限 裂纹 不允许 允许存在长度 5 mm 的弧坑裂纹 电弧擦伤 不允许 允许存在个别电弧擦伤电弧擦伤 接头不良 缺口深度0.05 t 且0.5 mm；每 1000 mm长度焊缝内长度不得超过 1 处 缺口深度0.1 t且1 mm每100 mm长度焊缝内不得超过1处 表面气孔 不允许 每500 mm长度焊缝内允许存在直径0.4 t且3 mm的气孔两个；孔距应大于6倍孔径 表面夹渣 不允许 深0.2 t 长0.5 t 6.2.7 桩帽的安装 6.2.7.1 成桩后，切割多余桩身，切割面应平整。6.2.7.2 桩帽套筒内径应略大于钢管螺旋桩外径，桩帽与钢管螺旋桩采用螺栓连接；6.2.7.3 桩帽顶部为多孔平板或多孔 U 型钢板，与上部结构的连接形式见附录 C。7 施工质量管理 施工前检查 7.1 7.1.1 施工前应进行钢管螺旋桩静载试验。正式打桩前，宜先试打 2 根3 根；大面积密集施工时，宜通过试桩确定打桩顺序。7.1.2 抽检桩身钢管材质、长度、桩径、壁厚、钢管顺直度、螺旋叶片倾角、焊接质量等。7.1.3 钢管螺旋桩应进行防腐处理。施工中质量管理 7.2 7.2.1 成桩机械就位前应再次复核桩位。7.2.2 成桩过程中遇强降雨应停止成桩，并静置 3 天至 7 天，待场地土层恢复后方可继续。7.2.3 成桩过程中应做好施工记录，包括施工日期、桩位编号、布桩图、成桩扭矩、桩长等。7.2.4 钢管螺旋桩高出地面 60 cm80 cm 时停止打桩，进行接桩。检查验收 7.3 7.3.1 施工完成后对成桩质量进行检查，应符合表 5 要求。表5 钢管螺旋桩成桩质量验收标准 序号 检查项目 单位 允许偏差 检查方法 1 钢管螺旋桩外径或断面尺寸 桩端 mm(5/1000)D 钢尺测量 2 桩身 mm(1/100)D 3 长度 mm(-5/10007/1000)L 表 5 钢管螺旋桩成桩质量验收标准（续）序号 检查项目 单位 允许偏差 检查方法 4 端部平整度 mm 2 水平尺测量 5 端部平面与桩中心线的倾斜值%2 6 桩顶标高 mm 50 水准仪 7 倾斜度%（1/100）L 成桩切割前用靠尺测量 7.3.2 桩位允许偏差应符合表 6 要求。表6 桩位允许偏差 序号 检查项目 允许偏差/mm 检查方法 1 设有基础梁的桩 垂直基础梁的中心线 100+0.01H 经纬仪或钢尺测量 2 沿基础梁的中心线 150+0.01H 3 桩数为1根3根桩基中的桩 100 4 桩数为4根16根桩基中的桩 1/2桩径或边长 5 大于16根桩基中的桩 边缘桩 1/3桩径或边长 6 中间桩 1/2 桩径或边长 成桩保护 7.4 7.4.1 安装完成后应进行测量复核、桩坑回填和现场清理。7.4.2 成桩后应静置 3 天至 7 天，如有必要应对桩进行预压。7.4.3 成桩后应保持施工场地干燥。7.4.4 降雨后宜静置 3 天至 7 天，待地面干燥后进行下一工序。施工安全与环境保护 7.5 7.5.1 施工过程中应对风险源进行辨识并制定控制措施。7.5.2 施工过程中应做好环境保护。附录A （资料性）钢管螺旋桩在公路工程中的主要应用范围 A.1 钢管螺旋桩在公路工程中的主要应用范围如下：a)公路深挖路堑边坡加固、挡土墙，尤其是膨胀土、湿陷性黄土地区；b)各类公路桥梁建设所需的临时性施工栈桥；c)各类公路中小型桥梁的地基；d)公路各类桥涵、涵洞地基；e)公路波纹管桥涵地基；f)公路服务区内房屋、加油站、收费站、信号牌、广告牌地基；g)公路特殊路段地基处理；h)公路隔音墙地基；i)公路沥青拌和站、沙石料拌合站各类罐体、设备地基；j)公路信号牌、标志标牌、路灯杆地基。A.2 不适用于岩石、漂石、有腐蚀性地下水的地区等会对桩体造成损坏的情形。附录B （资料性）成桩过程中问题的解决办法 B.1 钻桩达到设计安装扭矩，但未达到设计深度时，按照以下方法解决：a)反转将钢管螺旋桩旋出约 1 m 后重新安装，复杂地质条件下可多次重复进行；b)更换桩身强度更高、叶片直径更小或叶片数量更少的钢管螺旋桩；c)拆除已打入钢管螺旋桩，在同一孔位预钻一个小直径导向孔，重新安装钢管螺旋桩；d)拆除已打入钢管螺旋桩，将其重新定位安装到距原有桩位两侧的一小段距离范围内；e)若相邻两根钢管螺旋桩都出现钻桩达到设计安装扭矩，但未达到设计深度时，应按 GB 50021中的相关规定进行详探或补勘，重新选择持力层或标高。B.2 钻桩达到设计深度，但未达到设计安装扭矩时，按照以下方法解决：a)达到最大深度前，使用附加延伸部分，加长钢管螺旋桩或加大叶片埋深；b)使用带有螺旋叶片的延长部分，增加扭矩和承载力；c)拆除已打入钢管螺旋桩，更换叶片数量更多、直径更大的新桩；d)保留已打入钢管螺旋桩，并在工程师指定位置增加打设钢管螺旋桩；e)若相邻的两根钢管螺旋桩都出现钻桩达到设计深度，但未达到设计安装扭矩时，应进行地质补勘，重新选择持力层或标高；f)使用不同的桩或螺旋配置，移动桩或进行螺旋叶片修改，应经过设计人员和甲方审查、验收后进行。B.3 桩位发生偏差时，按照以下方法解决：a)施工过程中要随时复测、及时调整将桩位误差控制在允许误差范围内；b)对桩位偏差小于 20 mm 的钢管螺旋桩，成桩结束前，用 5 m 钢卷尺校核，调整位置，使偏差满足要求后继续钻进成桩；c)采用上述方法后偏差仍较大的，应更换桩位。附录C （资料性）常见桩帽形式 C.1 平板多孔桩帽 桩帽和上部结构、桩帽和钢管螺旋桩采用螺栓连接，上部结构多为钢结构、桁架结构或预制构件，平板多孔桩帽示意图如图B.1所示。图C.1 平板多孔桩帽侧视图 C.2 带孔 U 型板桩帽 桩帽上预留钢板和上部结构连接，桩帽和钢管螺旋桩采用螺栓连接，上部结构多为现浇构件，带孔U型板桩帽示意图如图B.2所示。a）主视图 b）等距视图 c）侧视图 图C.2 带孔 U 型板桩帽示意图