钢管桩承载力验算(建筑类别)
钢管桩承载力理论计算与现场试验结果分析
钢管桩承载力理论计算与现场试验结果分析陈建涛;李俊【摘要】As the pile foundation of the temporary structure of bridge construction, the actual bearing capacity of steel pipe pile is the important mechanical index of the temporary structure stability. In the design and calculation, the complex and relatively inaccurate soil mechanics parameters are often deviation with actual situation, so as the sedimentation of the steel pipe pile has deviation with the design. Through the field test of steel pipe pile, the strained condition of steel pipe pile in the actual rock and soil layer is determined, the rationality of the construction design parameters and feasibility of the construction technology are verified.%钢管桩作为桥梁施工临时结构的桩基础时,其实际的承载力是临时结构的稳定性的重要力学指标,而在设计计算时涉及到复杂而相对不准确的土力学参数,往往与实际情况有所偏差,导致钢管桩沉降与设计有所偏差,通过钢管桩现场试验的方法确定钢管桩在实际岩土层中的受力状态,验证施工设计参数的合理性和施工工艺的可行性.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】2页(P142-143)【关键词】钢管桩;承载力;理论计算【作者】陈建涛;李俊【作者单位】中铁一局勘察设计分公司,西安710054;国网宁夏电力公司中卫供电公司,中卫755000【正文语种】中文【中图分类】TU473.1+1钢管桩具有承载力高、打拔方便、施工灵活、施工效率高、可回收等特点，被广泛应用与施工栈桥、水上平台、临时墩等结构（如图1所示）。
钢管桩承载力计算
549.52+263.18+459+112.09+33.95+599.42
=10851.52KN
∵ P＜F
∴ 钢管桩达到承载力要求
3、稳定性检算
钢管截面积 A=18526mm2
惯性矩
I=806753140mm4
i=（I/A）1/2=208.7mm λ=kl/i= 0.7×10×103/208.7=33.5 查表得ф=0.943 σ= P/Aф=10851.52/（34×18526×0.943）
由公式 QUK=QSK+QPK=λSUΣqsikIi+λqpkAp （当 hb/ds＜5 时，λp=0.16 hb/dsλS; 当 hb/ds≥5 时，λp=0.8λS＝
式中：qsik、qpk——桩的极限侧阻力和桩端极限阻力标准值（参照《工程地 质勘察报告》）
U——桩身周长
Ii——土分层深度 Ap——桩端面积 λp——桩端闭口效应系数，对闭口桩λp＝1，对敞口桩取上述计算 值 hb——桩端进入持力层厚度 ds——钢管桩外径 λS——侧阻挤土系数，闭口桩取λs＝1，敞口桩 ds＜600mm 的情况 下，取λs＝1.0 因 此 ， 由 上 述 计 算 公 式 得 出 F=(4.2×30+3.8×60) ×3.14×0.6+1000×3.14×0.32=666.93KN+282.6 KN=949.53KN 考虑摩擦桩的安全系数 K=2 及钢管桩的安全系数 K’=0.7，则单桩极限承 载力为：
由于贝雷架作用点于钢管桩相重合，即工字钢无剪力、弯距和挠度存在，即 工字钢满足要求。 四、钢管桩检算：
根据设计院提供的左幅 3#墩、4#墩、右幅 2#墩、3#墩的地质详钻图，并经 过地质岩层比较，将地质最不利的左幅 4#墩位置作为检算依据。确定打入钢管 桩的长度。
钢管桩承载力验算
北延桥钢管桩验算验算部位：选取全桥最不利荷载处-中支点墩柱一侧5m范围进行验算。
5m范围内钢管桩数量：顺桥向，按施工单位提供的钢管桩顺桥向支点位置5m，跨中位置6.5m间距可知，此段5m 范围内共计考虑顺桥向1排钢管桩。
横桥向，按施工单位提供图示，横桥向6根钢管桩，入土20m。
按上所述，顺桥向5m、横桥向18m桥宽范围内（桥梁面积90m2），共计6根钢管桩，桩入土20m。
一、施工单位提供的各项荷载值如下：恒载：1、底模、侧模采用竹胶板覆膜竹胶板自重：0.34kn/m22、顺桥向木枋（5×10）间距30cm自重：0.10kn/m23、横桥向木枋（12×12）间距60cm自重：0.30kn/m24、支架体系（碗扣式）自重：1.74kn/m2（腹板处）自重：1.06kn/m2（底板、翼缘板处）5、平台满铺木枋（15×15）自重：1.20kn/m26、纵联I36C工字钢（间距1.0m）自重：0.712kn/m27、横梁I36C工字钢（双拼）43m宽平台每排钢管桩受横联工字钢自重61.23kn活载：1、施工机具及人员荷载：2.5kn/m22、倾倒混凝土产生的荷载（泵送）：4.0kn/m23、混凝土振捣产生的荷载：2.0kn/m2二、钢管桩受载计算施工荷载吨/m2 桥梁面积(m2)荷载(吨)恒载 底模、侧模 0.034 90 3 顺桥向木枋 0.010 90 1 横桥向木枋 0.030 90 3 碗扣支架 0.117 90 10 平台满铺木枋 0.120 90 11 纵向工字钢 0.071 90 6 横向工字钢 0.068 90 6 活载 施工机具人员 0.250 90 23 倾倒混凝土 0.400 90 36振捣混凝土 0.200 90 18 梁体荷载 荷载(吨) 梁体荷载221 恒载合计 261 活载合计77考虑荷载分项系数 恒载 1.0 活载1.0组合后荷载值F 总=1.0*261+1.0*77=338吨 此处为纵向1排，横向6列，故 单根钢管桩荷载值F=338/6=57吨 三、单根钢管桩抗力本次计算按试桩后对桩侧修正摩阻系数考虑 选取整个钢管桩范围内最不利钻孔ZK6计算，按桩入土20m ，顶标高0.808m ，底标高-19.192m 。
施工临时钢管桩承载力及钢管桩(柱)长度计算20200430002
施工临时钢管桩承载力及钢管桩（柱）长度计算本文档主要计算桥梁工程临时钢管立柱（桩）的承载力和入土深度，根据支座反力求出钢管桩受力后计算稳定承载力和局部稳定性，根据相关规范要求、荷载以及地质参数计算钢管柱（桩）抗力并以表格形式计算土深度。
计算思路清晰，表格简便实用。
一、钢管立柱选择钢管柱采用直径609mm、壁厚16mm的轧制无缝钢管，截面特性如下：钢管立柱根据所承受荷载、外露长度、入土深度以及钢材材质等因素计算确定长度。
二、钢管立柱承受荷载根据钢管桩钢横梁上传来荷载得到钢管立柱荷载表：1轴和6轴传来支座反力2轴和5轴传来支座反力3轴和4轴支座反力因前述简化荷载，故每个轴取最大支座反力确定荷载钢管立柱荷载表（KN）三、钢管立柱整体稳定承载计算1、长细比验算钢管考虑到计算长度：钢管钢管立柱最大外露长度为 2.4m，按照二端铰接确定计算长=L=2.4m。
度L回转半径：ix=20.973cm查《钢结构设计规范》，轴心受压构件允许长细比[λ]=150，/ ix=100/20.973=11.45＜[150]，满足要求。
钢管立柱长细比：λx= L2、稳定承载力计算查《钢结构设计规范》a类截面轴心受压构件稳定系数ψ=0.993稳定承载力N=ψ*f*A=0.993*205*1000*298.074/10000=6067KN钢管立柱最大竖向压力N=3735KN ＜稳定承载力5873KN ，稳定承载力满足要求。
四、钢管柱局部稳定性验算钢管桩外径与壁厚比Dg/t=60.9/1.6=38.1＜允许值100*235/f yg =100*235/205=114.6，局部稳定性满足要求。
五、钢管柱入土深度计算1、钢管桩单桩竖向承载力（1）根据《建筑桩基技术规范》：钢管桩单桩竖向承载力Q uk =Q sk +Q p k=u∑q sik *L i +λp q pk *A p 本工程为开口桩径，且h b /d≥5，因此λp 取0.8（2）单桩竖向承载力特征值R a =Q uk /K ，根据规范安全系数取K 取2，因此Q uk =2R a（3）在轴心竖向力作用下N k ≤R a ，设计时取N k =R a ，因此Q uk =2R a =2N k ，设计时候按照《钢管立柱荷载表》荷载乘以2确定钢管桩单桩竖向承载力，并据此确定入土深度。
钢管桩标准节设计承载力计算
钢管桩标准节设计承载力计算一、φ630钢管桩钢管桩直径630mm，壁厚8mm。
考虑锈蚀情况，壁厚按照6mm进行计算。
其截面特性为：回转半径ix=22.062cm考虑钢管桩横联间距为10米，即钢管桩的自由长度按10m计算，钢管桩一端固定，一端自由，自由长度系数为2.0，则计算长度为2*10=20m。
钢管桩的长细比：λ=L/ix=20/0.22=90.7查《钢结构设计规范》表C--2得：φ=0.616考虑钢材的容许应力为［σ］=180MPa1.1 最大轴向力计算[]620.2192.5180100.6160.01180.364*10t N N a N N N A W σσφ-⋅⨯=+=+===⨯⋅⨯求得：935.1N KN = 1.2 横联计算根据以上计算结果，按照900KN 轴向力，180KN.m 弯矩来设计横联。
横联竖向间距为10米。
1.2.1 2［28a 横联采用2［28a 作为横联，按照最大长细比［λ］=100来控制。
[]=100=1001002 2.33466 4.66yy Li L i cm λ==⨯⨯==米强度复核：按照桩顶承受18KN 的水平力计算，由λ=100查《钢结构设计规范》表C--2得：φ=0.555[]2218000==4.05215/0.55524010N MPa f N mm A ϕ≤=⨯⨯⨯则采用2［28a 作为横联的时候，最大间距取4.6米。
1.2.2 φ42.6钢管横联采用φ42.6钢管横联（考虑锈蚀，壁厚为4mm ）作为横联，按照最大长细比［λ］=100来控制。
[]=100=10010014.92149214.92yy Li L i cm mλ==⨯==强度复核：按照桩顶承受18KN 的水平力计算，由λ=100查《钢结构设计规范》表C--2得：φ=0.555[]2218000==6.11215/0.55553.0310N MPa f N mm A ϕ≤=⨯⨯则采用φ42.6作为横联的时候，最大间距取12米。
桩基础承载力验算的主要内容
桩基础承载力验算的主要内容桩基础承载力验算，哎呀，听起来是不是挺高大上的？但其实这事儿并没有想象中那么复杂，说白了，就是我们要看看这些桩子能不能承受得了上面那一大堆建筑物的重量。
你要知道，建筑物如果没有坚实的基础，随便一震就能垮掉，咱们的房子也就成了豆腐渣。
桩基础就像是这些房子的“脚”，没有“脚”怎么能站得稳呢？所以承载力验算，就是为了确保这些“脚”稳得住，咱们的建筑物才能不容易翻船。
说到桩基础承载力验算，首先要看的是桩的类型和施工质量。
桩有好多种，像是预制桩、灌注桩、钢管桩，形态各异，性能也不尽相同。
所以啊，验算之前，得搞清楚桩是啥类型，怎么做出来的。
你想啊，像预制桩这种，生产过程中就定型了，质量差不多。
而灌注桩呢，则是现场浇筑的，能根据情况调整，不过施工时的质量控制就显得尤为重要。
一般来说，质量越高，验算就越容易。
接着呢，得看桩的承载力计算公式。
哎，别被这些公式吓到，实质上就是用一些简单的数学公式去计算桩子在不同情况下能承受的最大负荷。
通过这些公式，你能算出桩的极限承载力，也就是它能承载的最大重量。
公式不难，关键是得知道怎么算，明白了就能对症下药。
桩基础验算离不开土壤的条件。
你要知道，土壤可不是一成不变的，软的、硬的，松的、密的，性质差别大得很。
而桩子到底能承受多重负荷，得看土壤给不给力。
如果土壤很软，桩子可能就承载不了太多的重量；如果土壤很硬，桩子的承载力就会比较大。
这个得通过土壤的承载力指标来做判断，土壤测试是这项验算的关键步骤，不得马虎。
然后，还有一个比较重要的就是桩身的强度问题。
说白了，就是桩的材料能不能承受得住上面的压力。
就拿混凝土桩来说，混凝土的强度越高，桩的承载力也就越大。
这可不是单单看桩的外观就能判断出来的，得通过试验来验证。
尤其是那些设计有特殊要求的工程，比如高层建筑或者是特殊用途的建筑，桩的强度要求就特别严格，不容忽视。
哦对了，还得考虑桩的长短。
长的桩和短的桩能承受的荷载当然不一样。
钢管桩设计与验算
钢管桩设计与验算 Prepared on 22 November 2020钢管桩设计与验算钢管桩选用Ф800，δ=10mm 的钢管，材质为A 3，E=×108Kpa,I=64π(80.04－78.04)=×10-3M 4。
依据386#或389#墩身高度和周边地形，钢管桩最大桩长按30m 考虑。
1、桩的稳定性验算 桩的失稳临界力Pcr 计算 Pcr=22lEIπ=32823010936.1101.2-⨯⨯⨯⨯π=4458kN ＞R= 2、桩的强度计算 桩身面积A=4π（D 2－a 2） =4π（802－782）=钢桩自身重量 P ×30×102× =5844kg=桩身荷载p=+=б=p ／A=×102／=／cm 2=3、桩的入土深度设计通过上述计算可知，每根钢管桩的支承力近，按规范取用安全系数k=，设计钢管桩入土深度，则每根钢管桩的承载力为×2=，管桩周长U=πD=×=。
依地质勘察报告，河床自上而下各层土的桩侧极限摩擦力标准值为：第一层粉质黏土厚度为3m ，τ=120Kpa 第二层淤泥粉质黏土厚度为4m ，τ=60Kpa 第三层粉砂厚度为，τ=90Kpa N=∑τi uh iN=120××3+60××4+90××h 3= =++=解得h 3=证明钢管桩不需要进入第三层土，即满足设计承载力。
钢管桩实际入土深度：∑h=3+4=7m 4、打桩机选型拟选用DZ90，查表得知激振动570kN ，空载振幅≮，桩锤全高，电机功率90kw 。
5、振动沉桩承载力计算根据所耗机械能量计算桩的容许承载力[]P =m1{()[]va A f m x 1223111βμα+-+Q}m —安全系数，临时结构取m 1—振动体系的质量m 1=Q/g=57000/981= Q 1—振动体系重力N g —重力加速度=981cm/s 2 A X —振动沉桩机空转时振幅A X = M —振动沉桩机偏心锤的静力矩μ—振动沉桩机振幅增大系数μ=A n /A xA n －振动体系开始下沉时振幅取f —振动频率转/Sa —振动沉桩机最后一击的实际振幅取 ν—沉桩最后速度取5cm/m in α1—土性质系数，查表得α1=20 β1—影响桩入土速度系数，查表得β1=[p]=5.11{517.0110.10.12.15.171.58202231⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯+9×104}=5.11{85.1107401.26⨯+9×104}=5.11×*610 =1047438N=1047KN ＞N= 通过上述计算及所选各项参数说明：1）DZ90型振动打桩机，是完全能够满足本设计单桩承载力的。
钢管桩承载力计算公式
钢管桩承载力计算公式1. 钢管桩承载力的计算原理钢管桩的承载力可以通过静力计算或动力计算来确定。
静力计算是指根据桩的几何形状和材料特性，利用经验公式或计算公式计算桩的承载力。
而动力计算则是指通过进行钻孔动力试验或动力触探试验，利用桩的动力响应曲线来计算桩的承载力。
在静力计算中，通常采用了双曲线法（Davisson法）和极限承载力法（P-Y法）等方法来计算钢管桩的承载力。
2. 双曲线法双曲线法是一种常用的静力计算方法，它是根据桩侧摩阻力的特性曲线来计算桩的承载力。
该方法假设桩的侧摩阻力与桩位移之间的关系可以用双曲线来表示，通过确定双曲线曲线参数，即可计算出桩的承载力。
双曲线法的计算步骤如下：（1）确定桩的几何参数，包括桩的直径、墙厚等；（2）根据不同的土层性质和桩的深度，确定桩侧摩阻力的双曲线参数；（3）根据双曲线参数和桩的几何参数，计算桩的承载力。
3. 极限承载力法（P-Y法）极限承载力法是一种基于土-结构相互作用的计算方法，它将桩的承载力看作是土-结构界面的相互作用结果。
该方法假设土体的应力-应变关系可以用P-Y曲线来表示，通过确定P-Y曲线参数，即可计算出桩的承载力。
P-Y法的计算步骤如下：（1）确定桩的几何参数，包括桩的直径、墙厚等；（2）根据不同的土层性质和桩的深度，确定P-Y曲线参数；（3）根据P-Y曲线参数和桩的几何参数，计算桩的承载力。
4. 钢管桩承载力计算公式钢管桩的承载力计算公式是基于以上静力计算方法的结果，通常是由工程实践中总结出的经验公式或基于理论分析得到的计算公式。
根据桩的类型和计算方法的不同，有多种不同形式的计算公式。
下面以双曲线法和P-Y法为基础，给出一些典型的钢管桩承载力计算公式：（1）双曲线法计算公式：在使用双曲线法计算桩的承载力时，可以使用以下公式：Nc = c1*As*σ + c2*As*σ^2其中，Nc为桩基础所承受的轴向力；c1、c2为双曲线法参数；As为桩的截面面积；σ为桩的侧面土压力。
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北延桥钢管桩验算
验算部位：
选取全桥最不利荷载处-中支点墩柱一侧5m范围进行验算。
5m范围内钢管桩数量：
顺桥向，按施工单位提供的钢管桩顺桥向支点位置5m，跨中位置6.5m间距可知，此段5m 范围内共计考虑顺桥向1排钢管桩。
横桥向，按施工单位提供图示，横桥向6根钢管桩，入土20m。
按上所述，顺桥向5m、横桥向18m桥宽范围内（桥梁面积90m2），共计6根钢管桩，桩入土20m。
一、施工单位提供的各项荷载值如下：
恒载：
1、底模、侧模采用竹胶板
覆膜竹胶板自重：0.34kn/m2
2、顺桥向木枋（5×10）间距30cm
自重：0.10kn/m2
3、横桥向木枋（12×12）间距60cm
自重：0.30kn/m2
4、支架体系（碗扣式）
自重：1.74kn/m2（腹板处）
自重：1.06kn/m2（底板、翼缘板处）
5、平台满铺木枋（15×15）
自重：1.20kn/m2
6、纵联I36C工字钢（间距1.0m）
自重：0.712kn/m2
7、横梁I36C工字钢（双拼）
43m宽平台每排钢管桩受横联工字钢自重61.23kn
活载：
1、施工机具及人员荷载：2.5kn/m2
2、倾倒混凝土产生的荷载（泵送）：4.0kn/m2
3、混凝土振捣产生的荷载：2.0kn/m2
施工荷载
吨/m2 桥梁面积(m2)
荷载(吨)
恒载 底模、侧模 0.034 90 3 顺桥向木枋 0.010 90 1 横桥向木枋 0.030 90 3 碗扣支架 0.117 90 10 平台满铺木枋 0.120 90 11 纵向工字钢 0.071 90 6 横向工字钢 0.068 90 6 活载 施工机具人员 0.250 90 23 倾倒混凝土 0.400 90 36
振捣混凝土 0.200 90 18 梁体荷载 荷载(吨) 梁体荷载
221 恒载合计 261 活载合计
77
恒载 1.0 活载1.0
组合后荷载值F 总=1.0*261+1.0*77=338吨 此处为纵向1排，横向6列，故 单根钢管桩荷载值F=338/6=57吨 三、单根钢管桩抗力
本次计算按试桩后对桩侧修正摩阻系数考虑 选取整个钢管桩范围内最不利钻孔ZK6计算，按桩入土20m ，顶标高0.808m ，底标高-19.192m 。
按《公路桥涵地基与基础设计规范》5.3.3第2条沉桩的承载力计算公式计算桩侧
桩周u=PI()*0.6=1.88m
ai 为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力的影响系数，按规范取值0.7
各桩侧
l q
sik
∑计算如下表（各项qsik 均为考虑试桩后的修正值）
：
)(2/1][p pk r i sik i a A q a l q ua R +=∑
计算得到桩侧[Ra]=0.5*（1.88*0.7*952.55）=627kN
按规范5.3.7条规定：施工阶段单桩轴向受压承载力容许值应乘以1.25的抗力系数。
计算得到不考虑桩端时单桩抗力为1.25[Ra]=784 kN
不考虑桩端时单桩承载力/单桩荷载值=78.4吨/57吨=1.37
四、对桩端承载力的计算
由于《公路桥涵地基与基础设计规范》没有对于钢管桩桩端的计算，
故考虑按《建筑桩基技术规范》5.3.7条计算钢管桩桩端承载力
桩端承载力计算如下：
qpk按规范列表取值1900kPa，
则桩端Qpk=0.8*1900*PI()*(0.6/2)^2=430kN
取2倍安全系数后桩端0.5Qpk=215 kN
由于桩端承载力值有较大的不确定性，计算考虑将这部分抗力作为安全储备。
五、计算结论
按中支点纵向5m间距，一幅桥横向6根钢管桩（管径600mm，入土20m），
单桩承载力/单桩荷载值=1.37。
即钢管桩具有1.37的安全系数。