钢管桩理论重量表
牛市价差-史记高祖本纪
2023年2月21日发(作者：粉碎机锤片)水中浅薄覆盖层斜坡上钢管桩打设方法
探讨
摘要：在覆盖层薄且钢管桩桩位于斜坡上时，钢管桩打设难度极大且打设
后的稳定性难以保证。本文以南湾湖风景区AK3+131桥钢便桥钢管桩打设为例，
提出一种可解决水中浅薄覆盖层斜坡上钢管桩打设问题的施工方法，并从理论和
实施上予以验证。这对加快钢便桥搭设进度、提高钢便桥搭设期及使用期的安全
性、降低搭设成本有重要意义，可为类似工程提供参考。
关键词：浅薄覆盖层；斜坡；钢管桩打设
1.引言
钢便桥即装配式建筑贝类桥，因其具有结构简单、运输方便、架设快捷、载
重量大、互换性好、适应性强的特点，广泛应用于交通工程、市政工程建设中，
是我国应用最为广泛的组装式承重构件。尤其是在上水桥梁施工时，常采用钢便
桥作为施工便道和打桩平台。钢便桥的下部支撑结构为钢管桩，钢管桩稳定性是
保证钢便桥整体稳定性的关键。工程上钢便桥常用的钢管桩采用无缝钢板卷制，
刚度大，竖向支撑能力强，但对于较硬岩石地基，则无法打入，钢管桩的入土深
度和抗倾覆能力不能满足使用要求。本文中所述浅薄覆盖层是指岩石层以上的、
钢管桩可打入的土层厚度薄，此种情况下钢管桩入土深度不足以支撑其稳定性和
承载力要求。本文针对此种情况采用了钢管桩内钻孔、插钢棒、浇筑混凝土的方
法增加了钢管桩的抗倾覆能力。
2.工程简介
本文的研究对象南湾湖风景区生态水运码头项目AK3+131桥钢便桥。钢便桥
主干道净宽6m，总长162m，桥跨按1×（4×12m+1×6m）+1×（5×12m）+1×
（4×12m）布置，共3联14跨，钢便桥桥面标高+108.1m（比现状水位+103m高
5.1m，高于设计高水位4.6m）。钢便桥基础采用Φ630mm（δ8）钢管桩，毎墩
由四根钢管桩组成，桩间距纵桥向为3m，横桥向为4.5m，墩中心纵向间距9m。
每墩每2根桩设2道平联、2道剪刀撑，两桩之间的支撑形成“X”字形布置，每
墩4根桩连接成马凳结构。
图一钢便桥总平面布置图
根据设计资料，栈桥施工区岩土层分布情况由上至下为：①粉质粘土（青灰
色，可塑，干强度中等，韧性一般，切面稍光泽，夹少许碎石。层厚0-1.5米）、
②全风化片岩（黄褐色，原岩结构基本破坏，岩芯呈柱状，手掰易散呈砂砾状，
遇水易软化。层厚2.50-14.70米）、
图二钢便桥纵断面图
3.施工工艺简介
打设钢管桩前，由专业潜水员对钢管桩桩位处进行整平处理。插打钢管桩采
用“钓鱼法”施工，用70T履带吊车配合DZ90型振桩锤施打钢管桩。测量人员
复测钢管桩偏位、倾斜度、顶标高，符合要求后，立即焊接平联、剪刀撑。根据
每根桩实际桩长，焊接水下剪刀撑及平联（桩长10m以上）。平联完成后，用轻
型钻机对四根钢管桩进行冲孔（孔径8cm），冲孔结束后沿着轻型钻机的套管下
放直径为7cm的钢棒，随后浇筑水下混凝土。待水下混凝土强度达到设计强度50%
后，在钢管桩内灌入中粗砂至钢管桩顶面以下25cm。
4.理论计算
4.1承受荷载
因单排（2根）钢管桩整体稳定性不能满足要求，故单墩采用4根钢管桩互
相连接形成整体。按照控制工况：70t履带吊（自重60t+吊重15t=75t）和8方
混凝土罐车（自重13.1t，+满载28.8t=41.9t）由上至下进行受力计算，单根钢
管桩承受竖向荷载为229.98KN。钢管桩承受的水平荷载主要为风荷载，按8级风
计算，最大风压240N/m2。
4.2钢管桩受力验算
4.2.1强度验算
单根钢管支墩Φ630mm×8mm，其承受的允许压力
[N]=πDδ[σ]=3.14×0.63×0.008×215000=3402.50kN>R=229.98kN
故钢管桩强度满足要求。
4.2.2压杆稳定性验算
钢管的回转半径i=(I/A)0.5=(D2+d2)0.5/4=0.22m
式中：D—钢管外径
d—钢管内径
长细比λ=μL/i=1.0×7.768/0.22=35.31。
式中：u—杆件长度系数,取u=1.0
L—杆件几何长度，取由于在钢管桩底向上10米处设置平联，平联间用剪刀
撑连接，故取L=7.768m
钢管桩属于压弯构件，需要计算其在弯矩作用平面内的整体稳定性，根据
《钢结构设计标准》（GB50017-2017），其稳定性可按下式计算：
式中：N—构件轴心压力设计值（N），为229980N；
N’
EX
—参数，按N’
EX
=π2EA/(1.1λ2
x
)计算，结果为1471028418mm；
A—钢管桩毛截面积，A=π*D*δ=15825.6mm2；
φ
x
—轴心受压构件稳定系数，根据长细比和钢材屈服强
度，查附录D，取0.949；
M
x
—所计算构件段范围内最大弯矩设计值（N·mm），对于钢管桩主要为风荷
载产生弯矩，按8级风计算，最大风压240N/m2，风荷载产生的最大弯矩为
19047000N·mm；
W
1x
—在弯矩作用平面内对受压最大纤维的毛截面模量（mm3），按照圆环计算
W=π（D4-d4）/(32D)=2400393mm3；
β
max
—等效弯矩系数，钢管桩无端弯矩但有横向荷载，取1.0；
根据上述计算公式：
229980/(0.949×3.14×630×8)+1×19047000/(35.31×2400393×(1-
0.8×229980/1471028418))=15.54MPa
故整体稳定性均满足要求。
4.2.3钢管桩入土深度计算
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019），按式6.3.5：
Ra=1/2（uΣɑ
i
L
i
q
ik
+ɑ
r
λ
p
A
p
q
rk
）计算：
式中：[R
a
]—单桩轴向受压承载力容许值（KN）；
u—桩身周长（m）；
n—土的层数，n=1；
L
i
—承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m）；
q
ik
—与L
i
对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa）；
q
rk
—桩端处土的承载力标准值（kPa）；
A
p
—桩端截面积（m2）；
ɑ
i
、ɑ
r
—分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数；根
据桩径和土质ɑ
i
=ɑ
r
=0.7；
λ
p
—桩端土塞效应系数。根据桩径，取1.0；
基础采用Φ630x8mm螺旋焊管，理论重量为124.3kg/m，根据I40a工字钢纵
梁承载力验算中得钢管桩最大荷载P=229.98KN。
桩基周长u=π×0.63=1.98m。
桩基冲刷线以下为粉质黏土，厚度约0-1.5m，根据本工程地勘报告，摩阻力
标准值q
ik
取50kPa。桩端土为全风化片岩，q
rk
取280kPa。
不计桩尖承载力，则有桩基需入土深度：
L=（229.98×2-0.7×1×0.0158×280）/（1.98×0.7×50）=6.63m，大于
灌注桩处覆盖层厚度（0-1.5m），故需进行特殊处理。
钢管桩支撑在全风化片岩上，采用气动潜孔锤在钢管桩内钻孔4m，将直径
7cm，长6米的钢棒插入孔中（即上侧外漏2米，入岩4米），钢管内浇筑4米
厚混凝土，将钢棒、钢管桩和基岩固结。
加固后计算可得L=1.04m，因钢棒入岩4米，故可以满足要求。
4.2.4钢管桩抗倾覆验算
根据钢管桩整体稳定性验算结果，Mx=19047000N·mm，W1x=2399176mm3。
σmax=Mx/W1x=19047000/2399176=7.94MPa
N（竖向轴力）=σmax×A=7.94×3.14×630×8=125.7KN（对钢管桩的竖向
拉力）
钢管桩内钢棒上侧外漏2米，入岩4米，直径7cm，则钢棒的容许拉力为：
N=3.14×0.07×0.07/4×140MPa=538.5KN>125.7KN，故钢棒抗拔力满足要求，钢
管桩抗倾覆能力满足要求。
4.3贝雷架挑臂计算
图三贝雷架悬挑模型
贝雷架结构特性：六排单层贝雷梁EI=3156246.72KN·m2，截面抵抗弯矩
W=21471.2cm3
最大容许弯矩[M]=4492.8KN·m，最大容许剪力[T]=1397.8KN。
考虑安全储备系数1.2、荷载冲击系数1.15，集中荷载：
P=30×1.15×1.2=41.4KN
贝雷梁自重：q=2.7/3×6=5.4KN/m
（1）最大弯矩产生在端部：
Mmax=PL+qL2/2=41.4×10.5+5.4×10.5/2=732.375KN·m＜[M]=4492.8KN·m
贝雷梁弯矩满足要求。
1.
最大剪力产生在固定端：
Tmax=P+qL=41.4+5.4×10.5=98.1KN＜[T]=1397.8KN
贝雷梁剪力满足要求。
（3）跨中挠度：
f=PL3/(3EI)+3qL4/(24EI)=41.4×10.53×1000/(3×3156246.72)
+3×5.4×10.54×1000/(24×3156246.72)=7.66mm＜L/500=21mm
（4）销子采用30crmnti，插销用弹簧钢制造，容许剪应力：
[τ]=208MPa
τ=Tmax/A=98.1×103/(12×2375.83×10-6)=3.44MPa＜[τ]=208MPa
故潜孔钻机在贝雷架上进行钻作业是安全的。
4.4汽车吊吊装能力
根据上述验算，25t汽车吊在已搭设钢便桥上作业是安全的。25t汽车吊
13.5m臂杆，在工作半径为11m时，吊装重量可达5t，可以满足本文所提及的汽
车吊应完成的全部吊装作业要求。
1.
施工方法及主要注意点
5.1水下整平
斜坡上因水流冲刷原因，无覆盖层。如果桩位处不进行处理，直接在斜坡上
打设钢管桩，则打设过程中钢管桩将向坡底移动，造成定位不准；且极易造成钢
管桩下口上卷。故打设钢管桩前，采用交通船、履带吊吊放10cm×10cm×1cm钢
板，确定拟打设钢管桩桩位。安排2名潜水员，配备专用水下挖掘设备，在桩位
中心周围，人工平整出一块1m×1m的平面。对于多年水下浸泡的全风化岩层，
潜水员人工整平具有可操作性，且形成的水下边坡稳定性较好。
5.2钢管桩打设
水下平整完成后，须将贝雷架架设至拟打设板凳桩的最前沿一排桩桩位前方
（即贝雷架悬挑一跨的距离），以保证导向支架可顺利安装固定。贝雷架悬挑时，
应在悬挑部分贝雷架与已架设贝雷架接头处安装2道增强杆件；在上弦杆接头处，
采用紧固构件加固贝雷架之间的连接。随后采用交通船、水砣测量整平后的桩位
处高程，根据桩位处平面高程、贝雷架顶高程计算钢管桩长度，在岸上准确切割
或加长钢管桩，防止钢管桩过短导致钢管桩打设时钢管桩顶部位于导向架下方、
导向架失去稳定钢管的作用，保证钢管桩打设后顶面高程与贝雷架高程相同（或
低于贝雷架顶高程10cm左右）。准备工作完成后，采用履带吊停放在已施工完
成的栈桥桥面，先吊装悬臂导向支架，将悬臂导向支架通过贝雷架固定在拟打设
钢管桩桩位处，导向支架必须与贝雷架连接牢固，且其竖向高度应与贝雷架等高，
以防止钢管桩在打设钢棒前位移或倾倒。利用悬臂导向支架精确打入栈桥基础钢
管桩，测量人员复测桩位与桩的垂直度满足要求后，开动振桩锤振动，在振动过
程中持续检测桩位与桩的垂直度，发现偏差及时纠正。因地质原因钢管桩打设入
土10cm左右时，即开始产生“跳桩”现象，此时钢管桩已无法继续打设，如继
续打设将出现“卷口”。钢管桩打设完成后，复查、固定导向支架，由导向支架
对已打设的钢管桩进行平面内的临时固定。
采用同样的方法打设本墩其余钢管桩。
5.3钢管桩内钻孔、安装钢棒、浇筑水下混凝土
钢管桩打设完成后，立即采用汽车吊将3m×2m钢板（钢板预留直径0.8m的
孔，以便于后期钢管桩内钻孔）安装在连接导向支架的贝雷架上，用U型螺栓将
钢板与贝雷架连接牢固。随后采用汽车吊将重3t的轻型潜孔钻机、简易泥浆池
吊至已安装好的钢板上，定位完成后，安装直径9cm套管，随后进行钢管桩内钻
孔。钻孔直径为10cm，孔深为4m。钻孔完成后，沿着打入的9cm套管，采用汽
车吊将长6m、直径7cm的钢棒沿着套管下放至孔底，随后吊起套管，并将轻型潜
孔钻机吊至下一根桩的桩顶处。在四根桩桩内钻孔、钢板安装全部完成后，在钢
管桩顶（即贝雷架顶面）安装料斗、导管，采用汽车吊、汽车拖泵配合分别进行
本墩四根钢管桩水下C30混凝土浇筑，将钢棒、钢管桩固结成整体。一般情况下，
6小时即可完成一个墩四根钢管桩的钻孔、钢棒安装及水下混凝土浇筑。待混凝
土强度达到设计强度的50%时，即可采用汽车吊配合料斗进行钢管桩内灌砂处理。
最后进行平联及剪刀撑施工、拆除本墩四个导向支架，将钢管桩截桩至设计高程，
开展钢便桥上部结构施工。
图四钢管桩内钻孔示意
5.5施工注意要点
1.
水下整平质量影响钢管桩的垂直度和钢管桩内浇筑水下混凝土的质量，水下
整平时的定位务必准确，平整效果必须良好。每墩四根钢管桩桩位整平时，应先
整平低处的钢管桩桩位，后整平高处的钢管桩桩位，以防止高处的碎石散落至低
处。同时钢管桩桩位处应全部为水下开挖形成的平台，以保证地基承载力满足要
求。
2.
钢管桩打设时，桩底直接接触全风化岩层，当出现“跳桩”时，务必停止打
设；如果钢管桩出现倾斜，对导向支架挤压严重，则必须将钢管桩吊起，割除桩
底“卷口”部分，重新打设钢管桩。
3.
每墩四根钢管桩因位于斜坡上，钢管桩桩底高程均不相同，故每根钢管桩长
度均需进行准确计算。每墩钢管桩打设时，应按钢管桩桩底高程“先低后高”。
4.
每根钢管桩的导向支架应在四根板凳桩内混凝土浇筑完成、平联剪刀撑焊接
完成形成板凳桩后方可拆除。
5.
施工时，应保证钢管桩中心位于单组贝雷架中心。
6.
因水位上涨或其他原因导致钢管桩水下部分长度达到10m时，需焊接水下剪
刀撑和平联。
1.
结语
钢便桥在水上桥梁架设中使用广泛，钢便桥的架设离不开钢管桩打设。在水
中浅薄覆盖层上打设钢管桩长期以来是影响水上钢便桥搭设进度、质量和安全的
主要因素，也是困扰工程技术管理人员的重要问题。本文给出的详细解决方案从
理论计算上完全可行，经过实际施工和钢便桥使用验证具有安全可靠、进度可控
的优点，可以为此类工程建设提供借鉴，并起到抛砖引玉的作用。
参考文献
[1]《钢结构设计标准》（GB50017-2017）
[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019）
[3]《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）