钢管混凝土桩技术新进展

标贯值对比(7B焦炉PHC桩钻孔)
试桩钻孔SZ1 补充钻孔B1
4 51
5 3-1 5 3-2 71 72 91
40
80
N63.5
标贯值对比(7A焦炉PHC桩钻孔)
试桩钻孔SZ2 补充钻孔B3
4 51
5 3-1 5 3-2 71 72 91
40
80
N63.5
标贯值对比(焦炉煤塔PHC桩钻孔)
试桩钻孔SZ3 补充钻孔B2
引言
《宝钢三十年》 经济观察报2009年7月6日
1978年2月，百废待兴。中央提出建设“十大钢铁基地”的 宏伟规划，其时宝钢并不在列。
按照传统的眼光，上海没有矿山、煤炭资源，长江口水深 不够，地基软弱，并不具备建造钢铁基地的地理环境。
引言
《宝钢三十年》 经济观察报2009年7月6日
数月之后，风向迅速扭转。使风向发生改变的，是一部电影专题片。
5 不同长度桩基础沉降的比较
区位 最大值 最大值 最小值 最小值 平均值 均方差 样本数 (mm) 位置 (mm) 位置 (mm) (mm)
1区
22.4 1A14
1.5
1B14 12.69 4.20
22
2区
20.7 2A05
5.4
2B06 9.20
3.44
35
3区
23.5 3C09
2.2
3B03 7.35
宝钢工程桩基使用量统计表
一期 工程
二期 工程
三期 工程
十五 规划
十一五规 划
SP桩和 21,352根 20,282根 SCP桩 186,886t 158,479t
27,939根 292根 203,441t 6,012t
14,3710t
混凝土 39,783根 21,177根 56,724根 34,639根 198,900根
pore-pressure(MPa)
2长桩持力层的选择和停锤标准
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 8-Feb
13-Feb
18-Feb time
B1-11m B1-21m B1-31m B1-41m B1-51m B1-61m
23-Feb
28-Feb
2长桩持力层的选择和停锤标准
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 depth(m)
1986 1600 kN 2700 kN 5000 kN 3号钢
1993 1600 kN 2700 kN 5000 kN Q235
2002 1900 kN
SM490
4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移
1980年7月，发生了一件惊动中南海的事件——宝钢工地的地下 钢桩发生位移。
1980年9月，五届全国人大三次会议上，有5个代表团先后4次就新中国成 立以来投资最大的“上海宝钢工程建设问题”提出质询，史称“共和国质询第一 案”。质询共提了60条意见，其中就包括对厂址的选择提出的质疑： “听说目 前选址的地基是软土层，桩基位移，工厂会滑到长江里去，是否确有其事？”
以上3条标准，满足其中一条要求着，即可停打，其他工程将在试打 后另行决定。
3钢管桩(SP桩)静荷载试验和承载力 3.1钢管桩静荷载试验
3钢管桩(SP桩)静荷载试验和承载力
3.2 钢管桩承载力 桩的承载力取决于桩材承载力和地基土承载力两个方面。试验证
明，打入约60m持力层中的钢管桩可获得较大的地基土承载 力，钢管桩的轴向承载力取决于钢管的强度。
y1(x) u0ex (a0 sin x b0 cos x) u0ex ( Asin x B cos x)
4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移
（2）王铁梦方法 王铁梦先生等人利用桩与地基相互作用的弹性地基梁方
程
得出如下y1形(式x)的侧e弯位x (移A桩s初in始变x形的C函c数os x)
Hale Waihona Puke Baidu
利用边界条件得
桩*
191783m3 118,224m3 326,127m3 146,797m3
TSC桩
＞6,000根
1 工程地质特征和长桩应用概况
2长桩持力层的选择和停锤标准
2.1长桩持力层的选择 中日双方于1979年根据宝钢的地质条件和日本类似地质条件的钢
厂建设经验共同确定宝钢一期工程长桩持力层，建议钢管桩 打入到N值为50以上的地层内2~3m。 工程地质勘探可以给出粉细砂层⑨1的顶面等高线图而确定N值 为50以上的地层等高线图却比较困难，因此宝钢1986年后逐 步调整为要求长桩打入到粉细砂层⑨1，这样对于初步设计阶 段估算桩长和确定预算是足够的。对于钢管桩，其桩长在施 工图设计中不能够也不需要准确地确定，而是在施工阶段通 过打桩停锤标准来确定。
引言
1 工程地质特征和长桩应用概况 1.1工程地质特征
1 工程地质特征和长桩应用概况 1.1工程地质特征
南浦大桥 钢管桩Φ900mm，打入砂层，桩长55m，共196根。 杨浦大桥 钢管桩Φ900, mm，打入砂层，桩长55m，共192根，上端27m挖出土芯
并灌入钢筋混凝土。 卢浦大桥 钢管桩Φ900mm 钢管桩, 桩尖标高- 63.10m～ - 67.10m。浦东主墩基础共
计118 根, 浦西主墩基础考虑雪龙港局部加强共计128。 金茂大厦 钢管桩Φ914.4mm，壁厚20mm，桩长83m，共430根。 环球金融中心 钢管桩Φ700 mm，桩长79m，共1177根。
1 工程地质特征和长桩应用概况
1.2宝钢工程长桩应用概况
宝钢的厂房及设备基础对沉降、差异沉降和水平位移都有严格 的控制要求，根据地质条件，宝钢工程采用30m、45m(中长 桩)和约60m(长桩)三种桩基系列。
4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移
4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移
（1）李国豪方法 李国豪先生根据实测钢管桩侧弯位移形状将桩周土的水
平变形假定为的函数形式：
u(x) u0ex (sin x cos x)
其中λ= π/H，且对宝钢长桩取H=30m，利用桩与地基相互作用的 弹性地基梁方程,
可以得出如下形式的侧弯位移桩初始变形的函数
18
6B 139.57 6B20 117.84 6B10 127.70 7.27
18
6C 169.57 6C23 108.07 6C22 131.03 13.78
24
6D 134.51 6D11 102.99 6D04 116.19 7.90
宝钢邀请了一百多位著名专家学者,专题讨论了桩基位移问题。 那 天,会议的气氛显得特别凝重,各位专家学者都作了认真准备,并郑重发言, 最后由宝钢顾问委员会首席顾问、同济大学校长李国豪教授作总结发言 。 他当场在黑板上列出了一道又一道微分方程,通过演 算,说明了桩基位 移原因,还提出了解决难题的方案,并坚定地说:"采取一些措施是可以解决 的，请党中央放心,请全国人民放心。"这场桩基位移风波才暂告一段落 。
4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移
对桩基侧弯位移问题进行调查研究，并发现如下特点： 1）产生桩基侧弯位移的原因之一为后续打桩挤土作用。如宝 山宾馆密集打桩引起部分桩顶部位移达200mm；焦炉区域后 续打桩对已打入桩基位移的影响范围达40m。 2）产生桩基侧弯位移的主要原因为基坑开挖时边坡软弱土层 位移或滑坡所引起。边坡土层推动桩基向基坑方向移动，形 成桩基靠坡底侧紧密接触，靠坡顶侧桩基与地层出现月牙形 裂隙现象。据报告桩基位移量最大是边坡上的桩，且桩顶位 移最大，为基坑深度的1~2%，约10%以内桩的桩顶位移达基 坑深度的3%。边坡坡度越缓，相应边坡和桩基位移越小。
4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移
在初轧铁皮坑开挖边坡上，由于开挖坡度较陡引起失稳并 导致附近钢管桩侧弯，大部分桩的桩顶侧移为100~200mm， 少部分为200~300mm，个别达500mm。
在初轧厂已经开挖的地面标高约为 -8.2m的基坑内取6根 钢管桩采用陀螺测斜仪实测，侧弯钢管桩变形规律属于挠曲 变形，变形零点约在-30~-35m区域。另外在初轧厂未经开挖 的场地，挖除地面1.5m的覆土，取2根钢管桩采用陀螺测斜仪 测量其变形曲线。
根据协商，取钢管桩材料STK41-JIS的长期许用应力[σ]= 1400kg/cm2（约140Mpa），考虑长期腐蚀扣除2mm的厚度。 宝钢工程不同阶段钢管桩承载力取值见表2。
3钢管桩(SP桩)静荷载试验和承载力
年代
Φ406.4×10 Φ609.6×11 Φ914.4×13 钢材型号
mm
mm
mm
1979 1400 kN 2400 kN 4400 kN STK41-JIS
1980年7月，发生了一件惊动中南海的事件——宝钢工地 的地下钢桩发生位移。这把所有人都吓呆了，人们担心辛苦建设 的宝钢会滑到长江里去。一时间，传言四起。
国际土木桥梁宗师李国豪与各路专家以数据图表反复论证， 并当即稳住局势，断言，“只要采取适当措施，位移问题无妨大 局”。随后，宝钢工程技术人员又与宝钢顾问委员会的专家、教 授们一起，共同研究了相关对策，使桩基水平位移得到了有效控 制，确保了工程进度和施工质量。
2长桩持力层的选择和停锤标准
在2002年通过对PHC桩周围和桩尖下土层孔隙水压力消散的现场 测试和理论研究，在工程实践中按照以下原则确定持力层和 确定停锤标准：
(1) 桩尖打入能够迅速完成渗透固结的地层，如砂质粉土⑦1或粉 细砂层⑦2、⑨1等；
(2) 桩尖打入密实性较好的地层如N值大于50或打桩锤击贯入量 小于3mm的地层。
4 51
5 3-1 5 3-2 71 72 91
40
80
N63.5
2长桩持力层的选择和停锤标准
2.2钢管桩的停锤标准 钢管桩的停锤标准主要考虑打入深度和锤击贯入量两个指标进行双 控。在确定停锤标准时既要求打入深度进入持力层3~5倍桩径，还 要求打桩贯入量小于规定的值。
宝钢一期工程1号高炉基础钢管桩停打标准列举如下： 钢管桩打入深度≥60m，贯入度≤4mm； 钢管桩打入深度≥58m，贯入度≤2.5mm； 钢管桩打入深度≥58m，贯入度≤2.6~4mm；打击次数≥3500击。
4.88
15
4区
27.7 4D18
7.5
4D13 13.93 3.42
41
5区
24.4 5B05 5A02 14.8 19.11 3.11
12
5 不同长度桩基础沉降的比较
区位 最大值 最大值 最小值 最小值 平均值 均方差 样本数 (mm) 位置 (mm) 位置 (mm) (mm)
6A 135.67 6A17 104.67 6A25 121.30 7.27
y1 (x)
f 0ex cos x
4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移
(3)新日铁方法
设计方新日铁则直接将侧弯位移桩初始变形假定为零点
在x=l=30~35m深处的三次多项式，即假定侧弯位移桩初始变形
的函数为：
y1 (x)
3
2l
x3 (3l 2
x)
然后利用弹性地基梁方程,求得桩顶荷载P0作用下新的变
1977年10月，日本新日铁公司赠送了一部电影专题片，给中央领导 人以新思维 —— 日本也没有铁矿、煤矿，却在短短15年，钢产量达到中 国的5倍！新日铁公司通过重组，引进美国西欧技术，加以消化提高，成为 世界第一钢王的经历，点亮了中央在上海建设宝钢的决心。
引言
《宝钢三十年》 经济观察报2009年7月6日
钢管混凝土桩技术新进展
宝山钢铁股份有限公司 宝山钢铁股份有限公司 王怀忠
2013年3月
上海软土地区打入长桩实践与探索
0 引言 1 工程地质特征和长桩应用概况 2 长桩持力层的选择和停锤标准 3 钢管桩(SP桩)静荷载试验和承载力 4 基坑开挖引起钢管桩上部侧弯位移 5 不同长度桩基础沉降的比较 6 钢管混凝土桩(SCP 桩) 7 薄壁钢管离心混凝土桩(TSC桩) 8 钢管混凝土桩防腐
两个月后，在与新日铁公 司充分沟通后，国务院研究， 决定仿照日本的模式，在上海 新建钢铁厂，规划规模为600 万吨。之后，在进行多轮厂址 筛选，钢铁基地最终定址在上 海北边的宝山区，命名为宝山 钢铁厂。
1978年12月23日 —— 十 一届三中全会闭幕的第二天， 宝钢工程建设打下了第一根桩
引言
《宝钢三十年》 经济观察报2009年7月6日
形
y2 (x) Bex cosx
从而可计算得出的钢管桩承载力与桩顶位移的关系。
5 不同长度桩基础沉降的比较
关于宝钢工程使用钢管桩和选择粉细砂层⑨1附近地层作为桩尖 持力层，曾有过激烈的学术争论。 在很长的阶段内，采用预应力混凝土管桩（PC桩）不能可靠地 打到粉细砂层⑨1附近地层， 只能打到粉质粘土⑤1或⑤3层内， 而这样的结果是沉降和差异沉降偏大，从而对生产运行带来隐患 。 这里以同时布置了钢管桩和混凝土桩的某厂房为例，比较两种桩 基沉降和差异沉降随时间发展的情况。