[科普中国]-钢管椿

概述

钢管椿是在近半个多世纪以来获得发展而成为当今基础工程中的一种主要桩种。早在20世纪30年代欧洲开始大量采用钢桩，桥梁、高层建筑、海港码头均以钢管桩作为基础。随着技术的不断进步，钢管桩在工厂中得以大批量生产，为降低桩的成本创造了条件。由于结构物的重量越来越重，对其沉降的要求更为严格，桩要进入更深的土层，而钢管桩易于贯人、不易被击坏、承载力高的特性，为业界大为青睐，需求数量与日俱增。近20年来，海洋石油的开发，促成了大型石油平台的建造；海上巨型桥梁及深水码头的建设等，均使钢管桩的直径与深度往更大更深的方向发展。目前，欧美及日本的钢管桩长度已达100m以上，直径超过了2500mm。

我国是从20世纪70年代末期才开始大量运用钢管桩的，当时沿海地区特大型钢厂、发电厂房及设备基础、深水码头和高层建筑等均以钢管桩作为基础。虽然成品桩要从国外进口，费用昂贵。但由于其易贯入性、高承载力、施工速度快等优点，仍不失为一种备选的桩种。

有些桥梁（如南浦大桥、杨浦大桥等）、码头及取水构筑物，用一段段卷制管段自行拼接成钢管桩，扩展了钢管桩的应用前景。1

优点钢管桩有下列优点：

（1）能承受较大的锤击力

由于钢材的韧性及强度，比混凝土更能承受桩锤的冲击。上海环球金融大厦及金茂大厦桩尖到达地下80m的砂层，需穿过数十米厚，N=40～50的砂层，施工时使用重达10t的D-100柴油锤及30t的HA一30液压锤。这样大的锤击力对混凝土桩甚至高强度预应力混凝土桩都是不可想象的，这些工程锤击数最多的一根桩达15 000次。

（2）具有较大的垂直承载力

由于钢管桩能进入土质较硬的持力层，且锤击性能好，穿透力强，桩长可选得较长，加之材质好，承载力必然大。

（3）具有较高的水平抗力

钢管桩的截面模量大，对弯矩的抵抗力也大，随着制造业的进步，如果直径加大，管壁增厚，则侧向抗力还可大大增加。对承受横向力较大的桥台、桥墩、码头以及考虑地震作用下的高层建筑，选钢管桩作为基础是有利的。

（4）设计的选择余地较大

由于生产的自动化，变更钢管桩的壁厚及直径轻而易举，设计可根据需要选择合适尺寸的钢管桩。

（5）桩的长度容易调节

出厂之钢管桩虽然是定尺长度，但因钢材易于切割和焊接，对起伏不平的土层，可切割成任意长度，配置不同桩长的钢管桩，以适应不同的要求。

（6）接头牢靠，适应长桩施工

钢管桩的连接，均为电焊，只要熟练操作，质量容易保证。目前已有半自动焊丝焊机，对电焊的质量有了更可靠的手段，施工速度也不慢，电焊后的接头强度，远胜于母材，因而更适应长桩施工。

（7）容易与上部结构结合

由于钢管桩顶部可任意焊接钢筋，与上部混凝土结构连接较容易，可以构成十分牢靠的结构。

（8）沉桩过程中排土量少

钢管桩底部可不封闭。在沉桩过程中。大量土体进入管内，对周围土体的挤压量远小于桩尖封闭的预制桩，且小于开口预应力管桩。1

钢管桩施工工艺（1）沉桩之前应在桩的侧面画上标尺，以便了解沉桩过程中的贯入量、作沉桩记录。

（2）沉桩过程中，用两台经纬仪在互成90°的两个方向对桩的垂直度进行观测，1台水准仪观测桩的贯入量和高程。

（3）吊桩进龙口时，桩尖不得着地，桩顶进入桩帽后，锤缓慢放下，但不得将全部质量压在桩上，只有在桩尖入土位置正确，桩身垂直以后，才能逐渐将锤压到桩顶。

（4）沉桩时应采用桩与锤相适应的桩帽和弹性桩垫，并及时更换因击打而失去弹性或变形的桩垫材料。桩锤、桩帽和桩身应控制在同一轴线上。桩的垂直度应符合标准规定。

（5）开始锤击时能量要小，观察桩的下沉情况，确认贯入度正常后，再将能量提高到正常值。

（6）每一根桩施工作业，应尽可能连续沉桩到设计高程。需要接桩时，下节桩桩尖尽可能停在软土层（制作长度设计时应按此原则考虑），接完桩后将上节桩沉到设计高程。避免在硬土层中停留时间过长而增加桩的摩阻力。

（7）陆上斜桩角度不宜大于12°，沉桩时要根据沉桩机性能合理安排流程，尽量减少变更沉桩机倾斜度和平面扭角的作业次数，避免相互干扰。

（8）当沉桩机在有斜坡的地基上作业时，应沿斜坡方向逐排由上往下打桩，并采取有效的防滑措施。

（9）对敞口钢管桩，当锤击沉桩有困难时，可在管内取土助沉。

（10）锤击H型钢桩时，锤重不宜大于4.5t级（柴油锤），且在锤击过程中桩架前应有横向约束装置。

（11）当持力层较硬时，H型钢桩不宜送桩。

（12）当地表层遇有大块石、混凝土块等回填物时，应在插入H型钢桩前进行触探，并应清除桩位上的障碍物。2