1、海中鋼管樁豎向承載力性狀淺析李瑩煒山東省路橋集團有限公司 山東省濟南市經三路289號 250021摘要：近年來，海上施工發展較多，東海大橋，杭州灣大橋，青島海灣大橋等眾多海上施工項目的開展，對我國海上施工提供了廣大發展空間，海上鋼管樁基礎是海上作業平臺的形式之一，應用非常廣泛，主要介紹鋼管樁的豎向承載力性狀。關鍵詞：海中 鋼管樁 豎向 承載力 性狀1、工程概況青島海灣大橋二合同段樁基施工采用海上平臺作業，將海上施工變為陸上施工，大大節約了施工費用，減少了海上施工風險，加快了施工速度；鉆孔平臺數量眾多，且海底地質變化較快，鋼管樁豎向承載力計算較復雜。2、鋼管樁的形式2.1鋼管樁的直徑鋼管樁的直徑

2、為529mm，壁厚=8mm和800mm，壁厚=10mm的兩種。2.2鋼管樁的樁底構造形式鋼管樁的樁底構造形式可分為開口和閉口兩種形式（見圖1），其中開口型又分不帶隔板的和帶隔板的兩種。由于開口型擁入土塞高度大，擠土量小，適用于持力層厚、樁距小的情況。閉口型又分平底和錐底兩種，閉口型與混凝土實心樁適應條件相同，適用于無厚持力層的軟土地基。針對我合同段的基礎條件不均勻，地質條件較復雜，鋼管樁數量較多，使用閉口樁處理較復雜，采用上圖的（a）類開口樁，主要針對此類型進行分析。3、鋼管樁承載性狀3.1、承載機理對于開口樁，其承載機理和承載力隨有關因素的變化遠比閉口樁復雜。這是由于樁沉入過程，樁端圖一部分

3、進入管內形成“土塞”或“土芯”，一部分將被擠向樁周。進入管內的土芯在沉樁過程中受到內壁摩阻力作用將產生一定壓縮，因此土芯的高度及其閉塞效果與土性、管徑、壁厚、樁入土深度及進入硬持力層的深度等諸多因素有關。而樁端土的閉塞程度又直接影響端阻發揮與破壞性狀及樁的承載力，稱此為“閉塞效應”。開口樁的豎向承載力實際上由以下三部分組成（見圖2）：樁外側摩阻力qsu、管內摩阻力qisu和環底端阻力qtpu。故其單樁極限承載力為：quqsu+qisu+qtpu或表示為 quqsu+qpu式中 qpuqisu+qtpu 極限端阻力qpu由內側阻力qisu、環底qtpu組成，因此問題的實質是如何確定管內側阻。管內

4、土芯側阻力的發揮性狀不同于關外側阻力，后者隨樁頂受荷、沉降出現自上而下發揮，前者則只有當荷載傳遞到樁端并產生樁端沉降才開始由下而上逐漸發揮。由于荷載較小時管內土塞連同樁管同步下沉，只有當土塞底部受到足夠大的反力，土塞才產生相對于管壁的向上位移而時側阻力逐漸發揮出來。土塞的模量愈低，土塞的高度越大，全部充分發揮土塞側組所需的沉降也越大。一般情況下，要沖分調動土塞全長的側阻力幾乎是不可能的，因其所需沉降過大，比充分發揮端阻力所需沉降更大。3.2、閉塞效應及其對端阻力的影響3.2.1、機理分析為說明閉塞效應隨有關因素的變化及其對承載力的影響，下面介紹山原分析方法（山原浩，1963）。假定土塞不產生固

5、結壓縮。取深度處厚度土塞隔離體的平衡，可得：由上式得： 式中：、深度處的豎向壓力、水平壓力； a、 u 管內截面積、周長； c 土的內聚力或土與管壁的粘著力； 土的內摩擦角或土與管壁的外摩擦角，取其較小者； 土的重度對上式兩邊積分，并設，ds為樁的內徑（m），為水平土壓力豎向土壓力之比，則有所以管內土塞總極限阻力為：又，若設樁端地基極限承載力為，則總極限阻力為從以上公式可以看出，開口樁端阻的破壞可能以下列兩種形式之一出現： 管內土塞沿管壁向上擠出 （） 樁端地基破壞 （）亦即若管內土塞總極限側阻力小于樁端地基總極限阻力，管端就刺入土中，樁端土進入管內；反之，則管土形成閉端，樁端地基破壞。經不同

6、樁徑，不同土層地基，不同的入土深度的試驗表明，土芯閉塞效應隨樁端進入持力層的深度、樁端構造而顯著變化。管內土芯的高度是隨管徑而變化的，表1為不同樁徑開口樁沉入相同的土層中土芯高度與樁入土深度之比（），由此表可見，土芯的高度比隨樁徑增大而提高。表1 土芯高度與樁入土深度之比鋼管樁（平均值）外徑mm壁厚mm土層1土層2土層3土層4土層5406.49.50.50.310.310.670.6609.612.70.770.770.570.690.719.50.590.590.720.75914.412.70.860.820.850.840.863.3、側阻力性狀對于開口樁，其側阻力性狀也受到土芯閉塞效應

7、的影響，樁側阻力隨擠土密度而變化，其擠土密度為由此可見，對于開口鋼管樁，由于擠土密度減小，其側阻力，其側阻力一般低于相同直徑的閉口樁。4、鋼管樁單樁豎向承載力計算開口鋼管樁承載力的計算可分為兩大類，第一類是分別計算管內土塞側阻力、管外側阻力、環底端阻力，三者之和為單樁承載力；第二類是分別計算管外側阻力和端阻力，計算側阻力時考慮擠土效應，計算端阻力時考慮樁端的閉塞效應。第一類計算方法的難點是鋼管樁管內土塞側阻力計算，因為土塞側阻的性狀受多因素制約而變化。迄今管內土塞側阻的計算尚未形成切實可行的計算方法，一般使用第二類計算方法。第二類計算方法是以理論分析與經驗為基礎建立起來的，開口鋼管樁單樁極限承載力計算公式為：式中：樁周第i層土的極限側阻力和極限端阻； 樁周第i層土的厚度； 樁端投影面積； 側阻擠土效應系數，主要隨樁徑的增大而減小，按表2取值； 端阻閉塞效應系數，隨樁端進入持力層深度增大而增大，按下式確定：表2 開口鋼管樁側阻擠土效應系數d（mm）<60070080090010001.000.930.870.820.775、結束語青島海灣大橋第二合同段鉆孔平臺鋼管樁承載力計算采用了此方法計