钢管桩的创新应用

何 隽

（江南大学,江苏 无锡 214122）

钢管桩的创新应用

何 隽

（江南大学,江苏 无锡 214122）

钢管桩因其强度高、加工制作方便、可焊接切割成任意长度、打设方便、可多次周转使用等特点，在基础工程、基坑工程、大型水上（海上）作业平台、支架工程等领域有广泛的应用。在广东肇庆新区，为某斜拉桥施工而修建钢便桥时，创新使用钢管桩，设计钢管桩桥台，实现了钢便桥的快速、绿色、更低造价施工，为类似工程提供参考。

钢管桩；创新；应用

0 引言

钢管桩承载力较高、施工工艺简单、施工速度快、材料可多次周转使用，桩与桩之间连接方式简单，稳定性较好，施工费用低。在施工技术领域应用广泛。

（1）基础工程。宝钢的厂房和设备基础采用钢管桩基础，宝钢一、二、三期工程共使用钢管桩34万t[1]。宝钢指挥部会同宝钢二十冶分指挥部和建筑研究总院共同编制了冶金工业部《钢管桩施工技术规程》（YBJ 233-91）。

（2）基坑工程。钢管桩、锁扣钢管桩、微型钢管桩在基坑支护工程中应用广泛。微型钢管桩基坑支护在场地狭小的条件下施工更有优势。

（3）大型水上（海上）作业平台。杭州湾等跨海大桥专门制定了适用于跨海大桥工程钢管桩加工制作、防护，以及沉桩施工过程，作为对钢管桩制作加工及沉桩施工的基本技术依据和技术要求的施工技术规程。

杭州湾跨海大桥水中区引桥长达18.27 km，采用大直径、超长钢管桩基础。钢管桩桩径采用1.5 m和1.6 m两种规格，桩长71～89 m，最大桩重74 t，总桩数5 474根，总用钢量37万t，其桩长、桩径、桩重、桩数均为国内钢管桩工程之最[2]。

（4）支架工程。在桥梁施工中，钢箱梁等的安装、现浇预应力钢筋混凝土箱梁墩梁式等都普遍使用钢管桩支架。

1 工程背景

肇庆新区位于广东省肇庆市，地处鼎湖区中部，东邻肇庆国家高新区和佛山市三水区，南靠高要市，西倚端州区，北接四会市，是肇庆市各功能区紧密连接的主要纽带，是珠三角联通大西南各省区的重要交通节点，是珠江西岸正在崛起的具有较大开发潜力和支撑引领作用的新兴增长极。2016年起，肇庆新区建设进入快速期，项目不断铺开，参战单位有中国中铁、中国建筑、上海建工、中冶、太平洋建设、中天建设、浙江万里等，国道321（中铁一局，快速化改造）及周边道路将日趋拥堵。

肇庆新区某大桥主桥为（60 m+100 m）密索体系独塔斜拉桥，跨越河道上口宽187.6 m。为了打通河道南北两岸的交通，避开国道321及周边道路对桥梁施工的影响，混凝土车等车辆将直接通过施工便道到桥梁的各个墩台位置，造就一个畅通的施工路径，需修建一座跨河钢便桥。

钢便桥采用上承式结构，长为216 m。钢便桥基本跨为12.0 m，桥面宽为6 m（双车道）。钢便桥下部桥墩结构采用2Φ630×10 mm钢管桩（摩擦桩），钢管桩纵横向平连、剪刀撑采用[20槽钢，钢便桥下部结构横梁采用双拼I40 a工字钢。钢便桥上部结构主桁架采用321型装配式公路桁架，钢便桥纵向设置8道桁架片，桥面系横向分配梁采用I20b型工字钢，间距30 cm布置，其上满铺10 mm厚钢板做桥面板。钢便桥由大桥桥梁工程专业分包方自行设计，总包方、监理方审核批准后实施。

2 桥台结构选择

桥台，位于桥梁两端，支承桥梁上部结构并和路堤相衔接的建筑物。其功能除传递桥梁上部结构的荷载到基础外，还具有抵挡台后的填土压力、稳定桥头路基、使桥头线路和桥上线路能达到可靠而平稳的连接作用。桥台一般是石砌或素混凝土结构，轻型桥台则采用钢筋混凝土结构。桥台一般包括基础、盖梁、背墙、侧墙等。桥台具有多种形式，主要分为重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台、承拉桥台等。

2.1 钢筋混凝土桥台

按常规设计，首先设计出钢筋混凝土桥台，其立面、平面图（其他结构图略）见图1所示。

图1 钢筋混凝土桥台立面、平面图

钢筋混凝土桥台一般分2～3次施工：第一次基础，第二次背墙、侧墙、支承垫石，第三次支座垫石。

钢便桥施工队伍的专业化细分程度比较高，其主要作业为钢管桩打设（吊车配合振动锤）、安装（钢管桩接长、钢构件加工安装），作业工种以安装人员为主，没有土建施工人员即没有桥台施工所需要的钢筋、模板、混凝土等施工人员。钢便桥施工队伍不承担混凝土桥台的施工。

施工前期，往往工程重点放在临时设施上，专业工种人员要在工地具备一定条件后，才陆续进场，否则，就有可能形成钢便桥施工队伍进场后，钢筋混凝土桥台还没施工好的尴尬局面。

该工程钢便桥施工队伍在广州，一天内队伍可以进场施工，在土建施工人员没有进场施工，钢筋混凝土桥台无法施工，为了树形象，尽快使钢便桥施工动起来，只得在桥台结构上想办法。

2.2 钢管桩桥台

钢管柱在桥梁工程施工中有比较广泛的应用。

（1）水上（海上）作业平台。钻孔桩等作业平台、混凝土制备平台等。

（2）墩梁式支架（少支架）。作为钢结构安装支架平台、预应力钢筋混凝土箱梁现浇梁浇筑支架。

无论上平台还是支架钢管桩，主要利用钢管桩的竖向承载力（桩端承载力和桩侧承载力）或竖向承载力远远大于水平向承载力。

桥台不仅要承受竖向力，也要抵挡台后的填土压力（即水平力）。

从码头、桥闸及基坑开挖等工程中，采用的板桩来挡御板桩后的填土得到启发，可以利用钢管挡土桩桥台来抵挡台后的填土压力，即依靠钢管桩自身的刚度和强度抵抗土体水平推力、减小土体及钢管桩自身的水平位移来设计钢管桩桥台。

钢管桩桥台中钢管挡土桩因其挡土高度2.6 m，采用施工简单、完全依靠打入足够深度来保证其稳定性的悬臂式。设计的钢管挡土桩桥台，其立面、平面图见图2所示。

图2 钢管挡土桩桥台立面、平面图

钢管桩、钢板均是钢便桥桥墩、桥面使用的通用材料，无需另外配备。

为加大钢管挡土桩的抗弯刚度，采取对钢管桩内灌砂（水密法）。

3 钢管桩桥台的受力计算

钢管挡土桩桥台的挡土桩与基坑工程悬臂式板桩的受力情形还略有区别：钢管挡土桩桥台的挡土桩是先开挖后打桩再填土受力，基坑工程悬臂式板桩是先打桩后开挖受力。但其受力形式一致。

3.1 荷载

（1）作用在板桩上的土侧压力。与土的内摩擦角φ、粘聚力c和重度γ有关，其值应由工程地质勘察报告提供，如经坑内打桩、降水后，土质有挤密、固结或扰动情况，φ、c、γ值应作调整，应再进行二次勘察测定，如涂层不同时，应分层计算土侧压力，对于不降水的一侧，应分别计算地下水位以下的土和水对板桩的侧压力。

（2）地面荷载包括静载和活载。按实际情况折算成均布荷载计算。

3.2 钢管挡土桩计算

钢管挡土桩的计算可参考悬臂式板桩的计算。其计算简图见图3所示。

图3 钢管挡土桩计算简图

悬臂式板桩的入土深度和最大弯矩的计算，步骤如下[3]：

（1）试算确定埋入深度t1：先假定埋入深度t1，然后将净主动土压力acd和净被动土压力def对e点取力矩，要求由def产生的抵抗力矩大于由acd所产生的倾覆力矩的2倍，即防倾覆的安全系数不小于2。

（2）确定实际所需深度t：将通过试算求得的t1增加15%，以确保板桩的稳定。

（3）求入土深度t2处剪力为零的点g：通过试算求得g点，该点净主动土压力acd应等于净被动土压力def。

（4）计算最大弯矩：此值等于acd和dgh绕g点的力矩之差值。

（5）选择板桩截面：根据求得的最大弯矩和板桩材料的容许应力，即可选择板桩的截面、型号。

4 结语

肇庆新区某大桥工程创新应用了钢管桩，设计了钢管挡土桩桥台，具有以下特点：

（1）钢管桩桥台（单个桥台施工时间1～2 d），克服了圬工桥台圬工需多次施工（至少二次，单个桥台施工时间需10～15 d）、每次施工圬工需养护待强度增长而断时施工；实现了不间断施工，缩短了钢便桥的施工时间（10 d左右）。同时，一支钢便桥施工队伍便可无上下交接界面地完成整个钢便桥的施工。

（2）钢便桥使用结束后，其圬工桥台需拆除，拆除物为不复利用的废弃物，而若采用钢管挡土桩桥台的钢管、钢板可全回收并反复利用。从而最大限度地节约了资源、减少了对环境的影响，实现了绿色施工。

（3）钢管挡土桩桥台纵向长度比圬工桥台短且可以更靠近河（江）侧，减少便桥的长度；另外，钢管挡土桩土方开挖量少，施工简单、操作简便、安全可靠。

该方案降低了便桥工程造价。

[1]张桐庆.宝钢工程钢管桩在地基土中25年的腐蚀术[J].宝钢技术，2004，（5）：1-4.

[2]陈涛.杭州湾跨海大桥钢管桩成套关键技术[J].公路，2010，（5）：57-61.

[3]江正荣等编著.建筑施工简易计算（续编）（第二版）[M].北京:机械工业出版社，2009.

U443.15+9

B

1009-7716（2017）10-0081-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.023

2017-06-15

何隽（1974-），女，河南洛阳人，副教授，从事教学工作，研究方向：桥梁工程。