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【摘要】钢管桩承载能力、抗弯能力及捶击、穿透性能均较强大，远高于混凝土管桩，比较适合于自然条件较恶劣如波浪较大海域的现浇箱梁及开敞式码头工程。钢管桩目前大多采用1%号低碳钢,材料的抗压、抗拉、抗剪强度很高,加工成钢管后抗弯能力很强,在持力层好的地质情况下选用,可以大大地发挥其受力特性,提高单桩承载力,减少布桩数量。本文结合青岛海湾大桥三合同海上临时钢管桩施工的实践，对海上临时钢管桩承载力计算及整套施工工艺做简要的论述。
【关键词】海上；临时钢管桩；承载力计算；施工工艺
中图分类号：U215文献标识码： A
1、工程概况
青岛海湾大桥第三合同段工程范围包括主线桥范围K14+030～K16+010，长度为1980m，墩号范围96～129号墩，共计10联。匝道桥范围：A匝道AK0+149.85～AK0+949.85，长度为800m，共计4联；B匝道BK0+000～BK1+531.9，长度为1531.9m，共计9联；C匝道CK0+149.9～CK1+780.857，长度为1630.957m，共计11联；D匝道DK0+390.5～DK1+075.5，长度为685m，共计4联。红岛连接线K0+000～K1+310，长度为1310m，其中起点设平交口与泉大公路连接，桥梁范围K0+160～K1+310，共计5联。被交公路改建600米。标段内除主体工程为桥梁工程外，红岛连接线收费站及被交道路改建为道路工程，路基填方约为12879立方，路基挖方约为29298立方，临时钢便桥4.5km。
青岛海湾大桥第三合同段施工自2007年4月到2011年6月累计计划投入钢管桩约6000余根（管径主要包括Φ813mm、Φ720 mm、Φ630 mm、Φ529 mm等几种形式）。
2、海上临时钢管桩承载力计算
对于开口桩，其承载机理和承载力随有关因素的变化远比闭口桩复杂。这是由于桩沉入过程，桩端土一部分进入管内形成“土塞”或“土芯”，一部分将被挤向桩周。进入管内的土芯在沉桩过程中受到内壁摩阻力作用将产生一定压缩，因此土芯的高度及其闭塞效果与土性、管径、壁厚、桩入土深度及进入硬持力层的深度等诸多因素有关。而桩端土的闭塞程度又直接影响端阻发挥与破坏性状及桩的承载力，称此为“闭塞效应”。
开口桩的竖向承载力实际上由以下三部分组成：桩外侧摩阻力Qsu、管内摩阻力Qisu和环底端阻力Qtpu。管内土芯侧阻力的发挥性状不同于管外侧阻力，后者随桩顶受荷、沉降出现自上而下发挥，前者则只有当荷载传递到桩端并产生桩端沉降才开始由下而上逐渐发挥。由于荷载较小时管内土塞连同桩管同步下沉，只有当土塞底部受到足够大的反力，土塞才产生相对于管壁的向上位移而时侧阻力逐渐发挥出来。经不同桩径，不同土层地基，不同的入土深度的试验表明，土芯闭塞效应随桩端进入持力层的深度、桩端构造而显著变化。
开口钢管桩承载力的计算可分为两大类，第一类是分别计算管内土塞侧阻力、管外侧阻力、环底端阻力，三者之和为单桩承载力；第二类是分别计算管外侧阻力和端阻力，计算侧阻力时考虑挤土效应，计算端阻力时考虑桩端的闭塞效应。
第一类计算方法的难点是钢管桩管内土塞侧阻力计算，因为土塞侧阻的性状受多因素制约而变化。迄今管内土塞侧阻的计算尚未形成切实可行的计算方法，一般使用第二类计算方法。
第二类计算方法是以理论分析与经验为基础建立起来的，开口钢管桩单桩极限承载力计算公式为：
式中：——桩周第i层土的极限侧阻力和极限端阻；
——桩周第i层土的厚度；
——桩端投影面积；
——侧阻挤土效应系数，主要随桩径的增大而减小，按下表取值；
——端阻闭塞效应系数，随桩端进入持力层深度增大而增大，按下式确定：
开口钢管桩侧阻挤土效应系数
D（mm） <600 700 800 900 1000
1.00 0.93 0.87 0.82 0.77
3、海上临时钢管桩施工工艺
海上施工临时钢管桩是为海上现浇连续箱梁施工而设计的支架结构，其功能是用于完成箱梁施工，同时为箱梁施工提供工作平台，其操作要点是承载力确定、钢管桩准确定位、钢管桩打入深度符合要求。
海上工程临时钢管桩施工工艺：钢管桩承载力确定→钢管桩加工→钢管桩定位→钢管桩打设→支架上部结构安装→箱梁施工→钢管桩拔除。具体工艺如下：
3.1、钢管桩承载力确定
根据箱梁结构自重、模板、贝雷梁、型钢梁重量、钢管桩自重、施工临时荷载、安全系数等情况计算钢管桩所需提供的之返利，结合钢管桩所处地层的相关参数计算钢管桩打入深度，确保钢管桩具备足够的承载力。
3.2、钢管桩加工
钢管桩采用螺旋焊管，由专业厂家加工，加工节段长度为11m～18m，管径根据设计进行确定。加工完毕的钢管桩直接用汽车运至工地，根据现场施工进度组织分批运送至现场。钢管桩运输过程堆放按沉桩顺序可采用多层叠放，各层垫木位于同一垂直面上，船上管桩的叠放层数不宜超过二层，以保证行船安全。钢管桩起吊、运输和堆存过程中须避免因碰撞等原因而造成管身变形的损伤。注意在钢管桩沉放前再次检查管节焊缝。
3.3、钢管桩定位
沉放前先计算出每条钢管桩的坐标，在钢栈桥上针对各墩分别布置一条基线，基线上的每一个观测点用全站仪精确测量其坐标位置，并用水准仪测出其高程；然后计算出每个墩中每一根桩上观测点的坐标及交会角，并汇总成表供观测沉桩使用。沉放时有施工便桥可借助的部位在正面设置一台全站仪观测定位，侧面设置二台经纬仪校核；海中开阔地带采用GPS进行精確放样。
3.4、钢管桩打设
钢管桩沉放使用DZ90型振动锤，可以满足本工程的要求，起吊设备采用50t履带吊上船进行施工。先期依靠钢管桩重力插入覆盖层中，待桩身有一定稳定性后，再利用履带吊起吊振动锤夹住钢管桩，开动振动沉锤振动下沉钢管桩到位。钢管桩的结长可以考虑焊接法兰盘利用螺栓进行连接，也可考虑直接进行焊接。钢管桩逐排沉放，一排桩沉放完成后再移船至另一侧。
钢管桩沉放应注意：振动锤重心和桩中心轴应尽量保持在同一直线上；每一根钢管桩的下沉应连续，不可中途停顿过久，以免土的摩阻力恢复，继续下沉困难；沉放过程加强观测，钢管桩偏位不得大于10cm，垂直度不得大于1%。
3.5、支架上部结构安装
钢管桩施打完毕后，对桩顶标高进行精确放样，用［20a焊接钢管桩纵、横向联系，以防水流冲击倾斜，保证支架的抗扭能力。然后安放砂筒、横梁及纵向贝雷梁，并进行可靠连接，至此完成支架上部结构安装。
3.6、箱梁施工
钢管桩支架搭设完毕后，按照先底模后侧模的顺序进行模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑养护、预应力施工等常规工序进行施工。
3.7、钢管桩拔除
箱梁施工完毕后，拆除支架上部结构，进行钢管桩拔除。钢管桩拔除时根据箱梁下净空限制，利用浮箱加工一浮吊，在浮吊前端配置车载吊机进行钢管桩拔除。钢管桩拔除时首先利用车载吊机吊挂振动锤将钢管桩周围土层震动液化，然后利用浮吊进行静力拔管，根据桥下净空，分段割除，循环操作直至彻底拔出钢管桩。钢管桩拔除施工时要综合考虑海上风浪及潮汐的影响，充分利用潮汐的高差及海水的浮力，减少钢管桩的切割次数，降低钢管桩的不必要损耗。
青岛海湾大桥三合同造价5.95亿元，各类临时钢管桩累计计划投入约6000余根，通过详细计算、精确定位、合理布设、结构优化，充分发挥了钢管桩的性能，减少投入约15%，即900余根钢管桩（18000m），节约成本1000余万元。
4、结束语
我国当前在建和要建的跨海桥梁越来越多，跨海桥梁基础设计和施工研究还很不成熟，对跨海桥梁施工临时钢管桩基础承载特性的研究及整套施工工艺的制定将有助于避免施工临时钢管桩设计存在的工程隐患或经济浪费，优化设计。
［参考文献］
［1］公路桥涵施工技术规范 JTG/T F50－20011
［2］《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007
［3］《钢管桩的设计与施工》.地震出版社，俞振全编著
【关键词】海上；临时钢管桩；承载力计算；施工工艺
中图分类号：U215文献标识码： A
1、工程概况
青岛海湾大桥第三合同段工程范围包括主线桥范围K14+030～K16+010，长度为1980m，墩号范围96～129号墩，共计10联。匝道桥范围：A匝道AK0+149.85～AK0+949.85，长度为800m，共计4联；B匝道BK0+000～BK1+531.9，长度为1531.9m，共计9联；C匝道CK0+149.9～CK1+780.857，长度为1630.957m，共计11联；D匝道DK0+390.5～DK1+075.5，长度为685m，共计4联。红岛连接线K0+000～K1+310，长度为1310m，其中起点设平交口与泉大公路连接，桥梁范围K0+160～K1+310，共计5联。被交公路改建600米。标段内除主体工程为桥梁工程外，红岛连接线收费站及被交道路改建为道路工程，路基填方约为12879立方，路基挖方约为29298立方，临时钢便桥4.5km。
青岛海湾大桥第三合同段施工自2007年4月到2011年6月累计计划投入钢管桩约6000余根（管径主要包括Φ813mm、Φ720 mm、Φ630 mm、Φ529 mm等几种形式）。
2、海上临时钢管桩承载力计算
对于开口桩，其承载机理和承载力随有关因素的变化远比闭口桩复杂。这是由于桩沉入过程，桩端土一部分进入管内形成“土塞”或“土芯”，一部分将被挤向桩周。进入管内的土芯在沉桩过程中受到内壁摩阻力作用将产生一定压缩，因此土芯的高度及其闭塞效果与土性、管径、壁厚、桩入土深度及进入硬持力层的深度等诸多因素有关。而桩端土的闭塞程度又直接影响端阻发挥与破坏性状及桩的承载力，称此为“闭塞效应”。
开口桩的竖向承载力实际上由以下三部分组成：桩外侧摩阻力Qsu、管内摩阻力Qisu和环底端阻力Qtpu。管内土芯侧阻力的发挥性状不同于管外侧阻力，后者随桩顶受荷、沉降出现自上而下发挥，前者则只有当荷载传递到桩端并产生桩端沉降才开始由下而上逐渐发挥。由于荷载较小时管内土塞连同桩管同步下沉，只有当土塞底部受到足够大的反力，土塞才产生相对于管壁的向上位移而时侧阻力逐渐发挥出来。经不同桩径，不同土层地基，不同的入土深度的试验表明，土芯闭塞效应随桩端进入持力层的深度、桩端构造而显著变化。
开口钢管桩承载力的计算可分为两大类，第一类是分别计算管内土塞侧阻力、管外侧阻力、环底端阻力，三者之和为单桩承载力；第二类是分别计算管外侧阻力和端阻力，计算侧阻力时考虑挤土效应，计算端阻力时考虑桩端的闭塞效应。
第一类计算方法的难点是钢管桩管内土塞侧阻力计算，因为土塞侧阻的性状受多因素制约而变化。迄今管内土塞侧阻的计算尚未形成切实可行的计算方法，一般使用第二类计算方法。
第二类计算方法是以理论分析与经验为基础建立起来的，开口钢管桩单桩极限承载力计算公式为：
式中：——桩周第i层土的极限侧阻力和极限端阻；
——桩周第i层土的厚度；
——桩端投影面积；
——侧阻挤土效应系数，主要随桩径的增大而减小，按下表取值；
——端阻闭塞效应系数，随桩端进入持力层深度增大而增大，按下式确定：
开口钢管桩侧阻挤土效应系数
D（mm） <600 700 800 900 1000
1.00 0.93 0.87 0.82 0.77
3、海上临时钢管桩施工工艺
海上施工临时钢管桩是为海上现浇连续箱梁施工而设计的支架结构，其功能是用于完成箱梁施工，同时为箱梁施工提供工作平台，其操作要点是承载力确定、钢管桩准确定位、钢管桩打入深度符合要求。
海上工程临时钢管桩施工工艺：钢管桩承载力确定→钢管桩加工→钢管桩定位→钢管桩打设→支架上部结构安装→箱梁施工→钢管桩拔除。具体工艺如下：
3.1、钢管桩承载力确定
根据箱梁结构自重、模板、贝雷梁、型钢梁重量、钢管桩自重、施工临时荷载、安全系数等情况计算钢管桩所需提供的之返利，结合钢管桩所处地层的相关参数计算钢管桩打入深度，确保钢管桩具备足够的承载力。
3.2、钢管桩加工
钢管桩采用螺旋焊管，由专业厂家加工，加工节段长度为11m～18m，管径根据设计进行确定。加工完毕的钢管桩直接用汽车运至工地，根据现场施工进度组织分批运送至现场。钢管桩运输过程堆放按沉桩顺序可采用多层叠放，各层垫木位于同一垂直面上，船上管桩的叠放层数不宜超过二层，以保证行船安全。钢管桩起吊、运输和堆存过程中须避免因碰撞等原因而造成管身变形的损伤。注意在钢管桩沉放前再次检查管节焊缝。
3.3、钢管桩定位
沉放前先计算出每条钢管桩的坐标，在钢栈桥上针对各墩分别布置一条基线，基线上的每一个观测点用全站仪精确测量其坐标位置，并用水准仪测出其高程；然后计算出每个墩中每一根桩上观测点的坐标及交会角，并汇总成表供观测沉桩使用。沉放时有施工便桥可借助的部位在正面设置一台全站仪观测定位，侧面设置二台经纬仪校核；海中开阔地带采用GPS进行精確放样。
3.4、钢管桩打设
钢管桩沉放使用DZ90型振动锤，可以满足本工程的要求，起吊设备采用50t履带吊上船进行施工。先期依靠钢管桩重力插入覆盖层中，待桩身有一定稳定性后，再利用履带吊起吊振动锤夹住钢管桩，开动振动沉锤振动下沉钢管桩到位。钢管桩的结长可以考虑焊接法兰盘利用螺栓进行连接，也可考虑直接进行焊接。钢管桩逐排沉放，一排桩沉放完成后再移船至另一侧。
钢管桩沉放应注意：振动锤重心和桩中心轴应尽量保持在同一直线上；每一根钢管桩的下沉应连续，不可中途停顿过久，以免土的摩阻力恢复，继续下沉困难；沉放过程加强观测，钢管桩偏位不得大于10cm，垂直度不得大于1%。
3.5、支架上部结构安装
钢管桩施打完毕后，对桩顶标高进行精确放样，用［20a焊接钢管桩纵、横向联系，以防水流冲击倾斜，保证支架的抗扭能力。然后安放砂筒、横梁及纵向贝雷梁，并进行可靠连接，至此完成支架上部结构安装。
3.6、箱梁施工
钢管桩支架搭设完毕后，按照先底模后侧模的顺序进行模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑养护、预应力施工等常规工序进行施工。
3.7、钢管桩拔除
箱梁施工完毕后，拆除支架上部结构，进行钢管桩拔除。钢管桩拔除时根据箱梁下净空限制，利用浮箱加工一浮吊，在浮吊前端配置车载吊机进行钢管桩拔除。钢管桩拔除时首先利用车载吊机吊挂振动锤将钢管桩周围土层震动液化，然后利用浮吊进行静力拔管，根据桥下净空，分段割除，循环操作直至彻底拔出钢管桩。钢管桩拔除施工时要综合考虑海上风浪及潮汐的影响，充分利用潮汐的高差及海水的浮力，减少钢管桩的切割次数，降低钢管桩的不必要损耗。
青岛海湾大桥三合同造价5.95亿元，各类临时钢管桩累计计划投入约6000余根，通过详细计算、精确定位、合理布设、结构优化，充分发挥了钢管桩的性能，减少投入约15%，即900余根钢管桩（18000m），节约成本1000余万元。
4、结束语
我国当前在建和要建的跨海桥梁越来越多，跨海桥梁基础设计和施工研究还很不成熟，对跨海桥梁施工临时钢管桩基础承载特性的研究及整套施工工艺的制定将有助于避免施工临时钢管桩设计存在的工程隐患或经济浪费，优化设计。
［参考文献］
［1］公路桥涵施工技术规范 JTG/T F50－20011
［2］《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007
［3］《钢管桩的设计与施工》.地震出版社，俞振全编著