钢管桩基础结构简要设计原理及应用实例
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1.3m
DK976+186.9 左 (2)5
5.5m
DK976+276.5 右 (2)6
10.5m
(4)2
深度 3.65~3.95 6.65~6.95 9.65~9.95 12.65~12.95 18.15~18.45 25.45~25.75 22.15~22.45 22.90~23.20 24.15~24.45 27.55~27.85
按照《建筑桩基技术规范》其极限侧阻标准值取值为：
载力参数之间的经验关系，砂层密实度采用标贯数据确定。由于没有当地经验
数据，计算结果有一定的误差。
按照勘察报告，DK976+186.9 左 5.5m 钻孔处土工试验数据及标贯数据最接
近施工处钢管桩承载力计算要求，故以此孔处数据为主要计算依据，其它附近
位置钻孔处试验数据仅利用其作为补充参考。
1）(1)3 层（0.96m~-11.75m）为淤泥质粉质粘土层，其液性指数均大于 1，
ϕA
如果构件端部或中部产生弯矩的话则需按照压弯构件公式验算。
压弯构件强度验算：σ = N + M x + M y ≤ f
An γ xWnx γ yWny
压弯构件弯矩平面内稳定验算：σ = N +
β mx M x
≤f
ϕx A
γ
xW1x
(1 −
0.8
N
N
' EX
)
压弯构件弯矩平面外稳定验算：σ = N +η βtx M x ≤ f
修正后锤击数 0.93 1.73 4.08 2.32 10.55
备注 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土
粉质粘土
19.6
细砂
15.4
中砂
23.10
中砂
4.9
粉质粘土
9.8
粉质粘土
粉砂岩
3.2.4 地层极限侧阻和端阻标准值确定
地层承载力参数确定依据《建筑桩基技术规范》中有关土的物理指标与承
1）该桥跨越河流，设计为 1-96m 下承式钢管混凝土平行系杆拱桥。
2）上部结构由系梁和系杆拱组成，系梁截面为单箱三室截面，梁宽 17.1m、
梁高 2.5m，梁长 100.05m。底板厚 30cm，顶板厚 30cm，边腹板厚 35cm，中腹
板厚度 30cm。底板在 2.8m 范围内抬 0.5m。吊点处设横梁，横梁厚度为 0.4~0.6m。
∑ Quk = Qsk + Q pk = µ qsik li + λ p q pk Ap
钢管桩敞口、带隔板数量及其闭口等情况对单桩极限承载力的端阻部分影 响较大，使用时可利用其作用进行设计。
2）桩体结构的强度及稳定性计算
2
轴心受压构件强度验算公式：σ = N ≤ f
An
轴心受压构件稳定验算公式：σ = N ≤ f
钢管桩基础结构 简要设计原理及应用实例
设计分公司 李小健 2014 年 4 月
目录
1.钢管桩基础适用范围及特点 ............................................................................. 2 1.1 适用范围................................................................................................... 2 1.2 应用特点................................................................................................... 2
3）梁两端底板上设进人孔，每个箱室均设检查孔。拱脚顺桥方向 8.0m 范
围设成实体段。
4）拱脚混凝土分两次现浇，在现浇第一次混凝土前，将拱肋钢管、加劲
钢材等安放到位，二期恒载施工完成后浇筑第二次混凝土。
3.1.2 桥梁总体施工方案
3
系梁采用现浇支架法施工，施工完成后安装拱部结构。支架体系采用钢管、 型钢结构。
6
其极限侧阻标准值取值为：
qs(1)3k = 21.0KPa
2）(1)5 层（-11.75m~-14.90m）为粉质粘土层，其液性指数为 0.13，其 极限侧阻标准值取值为：
qs(1)5k = 91.0 − 0.13 × (91 − 82) / 0.25 = 86.3KPa
3）(2)2 层（-14.90m~-16.00m）为细砂层，按照标贯资料修正后锤击数为 19.6，按照《岩土工程勘察规范》确定其密实程度为中密状态。
DK976+186.9
(1)3
12.15~12.45
左 5.5m
DK976+186.9
(1)5
17.65~17.95
左 5.5m
DK976+281 右
(2)2
26.00~26.50
1.3m
(2)5
DK976+182 右 24.40~24.60
5
液性指数 0.98 1.24 1.13 1.29 0.13
3.应用实例（某跨河系杆拱桥梁施工支撑体系设计方案）............................... 3 3.1 项目简要情况 ........................................................................................... 3 3.1.1 桥梁结构设计有关数据.................................................................. 3 3.1.2 桥梁总体施工方案.......................................................................... 3 3.2 钢管桩基础结构设计及验算 .................................................................... 4 3.2.1 设计计算依据 ................................................................................. 4 3.2.2 基础结构设计情况说明.................................................................. 4 3.2.3 数据收集整理 ................................................................................. 5 3.2.4 地层极限侧阻和端阻标准值确定................................................... 6 3.2.5 钢管桩承载力试算与分析： .......................................................... 7 3.2.6 上部荷载值计算.............................................................................. 8 3.2.7 钢管桩结构设计及验算： .............................................................. 9 3.3 其它措施及要求：.................................................................................. 10
按照《建筑桩基技术规范》其极限侧阻标准值取值为：
qs(2)2k = 42 + (19.6 − 15) × (63 − 42) /(30 − 15) = 48.4KPa
4）(2)4 层（-16.00m~-18.30m）为中砂层，按照标贯资料修正后锤击数为 15.4，按照《岩土工程勘察规范》确定其密实程度为中密状态。
1
1.钢管桩基础适用范围及特点 1.1 适用范围 钢管桩基础在施工技术领域应用广泛，如跨越河流的现浇桥梁施工临时支 撑体系基础，水中施工栈桥基础，大型设备、构筑物的水中操作平台基础；软 基地段桥梁采用桁架支撑体系的基础等。 1.2 应用特点 钢管桩承载力较高、施工工艺简单、施工速度快、材料可多次周转使用， 桩与桩之间连接方式简单，稳定性较好，施工费用低。 2.简要设计原理和计算内容 2.1 简要设计原理 1）钢管桩基础设计的主要内容是单桩承载力计算，地面以上桩体结构的 强度及稳定性计算。 2）单桩承载力计算主要依据设计提供的勘察报告中与施工部位对应的土 层参数，参照《建筑地基基础设计规范》、《建筑桩基技术规范》中有关公式及 表格参数计算桩侧阻及端阻，从而得到单桩承载力极限值。 3）桩体结构的强度及稳定性计算主要依据《钢结构设计规范》中的材料 设计强度及轴心受力构件计算公式、压杆稳定计算公式等原理进行计算，使其 达到规范所要求的标准。 2.2 主要计算内容 1）单桩竖向极限承载力标准值计算
ϕ y A ϕbW1x
稳定计算时注意构件计算长度的准确确定，其直接影响杆件长细比，进而
影响稳定系数的数值；构件计算长度与支撑结构竖杆的间距、水平支撑杆件的
刚度、竖向间距以及刚架有无侧移等情况确定，设计时要综合分析。
3.应用实例（某跨河系杆拱桥梁施工支撑体系设计方案）
3.1 项目简要情况
3.1.1 桥梁结构设计有关数据
3.2 钢管桩基础结构设计及验算 3.2.1 设计计算依据 1）《1-96m 系杆拱桥施工图设计》 2）《桥位处地质勘察报告》 3）《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 4）《建筑荷载设计规范》GB 50009-2012 5）《钢结构设计规范》GB 50017-2003 3.2.2 基础结构设计情况说明 1）以下钢管桩基础结构设计钢管桩承载力根据勘察报告及有关规范采用 近似值计算，钢管桩正式施工前须进行试桩，依据所选用的打桩机械、锤击变 形量确定钢管桩实际入土深度及承载力，数据确认后再对支撑体系的材料类型 及间距等尺寸参数进行优化调整。 2）钢管桩采用Φ600*8mm 钢管，桩横向布置间距 3.6m，纵向布置间距 4.5m。 钢管桩地面以上高度 7.0m，上横梁采用 40#工钢，与钢管桩顶部焊接形成横向 刚架结构；钢管桩顶部纵向贯通设置 25#工钢，两端并与桥台固定，使钢管桩 与纵梁纵向形成无侧移刚架结构。 3）支撑结构横断面见下图示意：
2.简要设计原理和计算内容................................................................................. 2 2.1 简要设计原理 ........................................................................................... 2 2.2 主要计算内容 ........................................................................................... 2
备注 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土
粉质粘土
——
砾砂
0.64
粉质粘土
6.9m
DK976+182 右
(2)5
25.40~25.60
0.87Baidu Nhomakorabea
6.9m
DK976+182 右
(2)5
26.30~26.50
0.78
6.9m
粉质粘土 粉质粘土
2）标贯成果数据：
地层编号
里程
DK976+186.9 左 (1)3
4
3.2.3 数据收集整理
依据勘察报告，桥位处地层有关物理力学指标如下：
1）桥位处地基土物理力学指标：
地层编号
里程
深度
DK976+186.9
(1)3
3.15~3.45
左 5.5m
DK976+186.9
(1)3
6.15~6.45
左 5.5m
DK976+186.9
(1)3
9.15~9.45
左 5.5m
5.5m
DK976+186.9 左 (1)3
5.5m
DK976+186.9 左 (1)3
5.5m
DK976+186.9 左 (1)3
5.5m
DK976+186.9 左 (1)5
5.5m
DK976+281 右 (2)2
1.3m
DK976+186.9 左 (2)4
5.5m
DK976+281 右 (2)4
DK976+186.9 左 (2)5
5.5m
DK976+276.5 右 (2)6
10.5m
(4)2
深度 3.65~3.95 6.65~6.95 9.65~9.95 12.65~12.95 18.15~18.45 25.45~25.75 22.15~22.45 22.90~23.20 24.15~24.45 27.55~27.85
按照《建筑桩基技术规范》其极限侧阻标准值取值为：
载力参数之间的经验关系，砂层密实度采用标贯数据确定。由于没有当地经验
数据，计算结果有一定的误差。
按照勘察报告，DK976+186.9 左 5.5m 钻孔处土工试验数据及标贯数据最接
近施工处钢管桩承载力计算要求，故以此孔处数据为主要计算依据，其它附近
位置钻孔处试验数据仅利用其作为补充参考。
1）(1)3 层（0.96m~-11.75m）为淤泥质粉质粘土层，其液性指数均大于 1，
ϕA
如果构件端部或中部产生弯矩的话则需按照压弯构件公式验算。
压弯构件强度验算：σ = N + M x + M y ≤ f
An γ xWnx γ yWny
压弯构件弯矩平面内稳定验算：σ = N +
β mx M x
≤f
ϕx A
γ
xW1x
(1 −
0.8
N
N
' EX
)
压弯构件弯矩平面外稳定验算：σ = N +η βtx M x ≤ f
修正后锤击数 0.93 1.73 4.08 2.32 10.55
备注 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土
粉质粘土
19.6
细砂
15.4
中砂
23.10
中砂
4.9
粉质粘土
9.8
粉质粘土
粉砂岩
3.2.4 地层极限侧阻和端阻标准值确定
地层承载力参数确定依据《建筑桩基技术规范》中有关土的物理指标与承
1）该桥跨越河流，设计为 1-96m 下承式钢管混凝土平行系杆拱桥。
2）上部结构由系梁和系杆拱组成，系梁截面为单箱三室截面，梁宽 17.1m、
梁高 2.5m，梁长 100.05m。底板厚 30cm，顶板厚 30cm，边腹板厚 35cm，中腹
板厚度 30cm。底板在 2.8m 范围内抬 0.5m。吊点处设横梁，横梁厚度为 0.4~0.6m。
∑ Quk = Qsk + Q pk = µ qsik li + λ p q pk Ap
钢管桩敞口、带隔板数量及其闭口等情况对单桩极限承载力的端阻部分影 响较大，使用时可利用其作用进行设计。
2）桩体结构的强度及稳定性计算
2
轴心受压构件强度验算公式：σ = N ≤ f
An
轴心受压构件稳定验算公式：σ = N ≤ f
钢管桩基础结构 简要设计原理及应用实例
设计分公司 李小健 2014 年 4 月
目录
1.钢管桩基础适用范围及特点 ............................................................................. 2 1.1 适用范围................................................................................................... 2 1.2 应用特点................................................................................................... 2
3）梁两端底板上设进人孔，每个箱室均设检查孔。拱脚顺桥方向 8.0m 范
围设成实体段。
4）拱脚混凝土分两次现浇，在现浇第一次混凝土前，将拱肋钢管、加劲
钢材等安放到位，二期恒载施工完成后浇筑第二次混凝土。
3.1.2 桥梁总体施工方案
3
系梁采用现浇支架法施工，施工完成后安装拱部结构。支架体系采用钢管、 型钢结构。
6
其极限侧阻标准值取值为：
qs(1)3k = 21.0KPa
2）(1)5 层（-11.75m~-14.90m）为粉质粘土层，其液性指数为 0.13，其 极限侧阻标准值取值为：
qs(1)5k = 91.0 − 0.13 × (91 − 82) / 0.25 = 86.3KPa
3）(2)2 层（-14.90m~-16.00m）为细砂层，按照标贯资料修正后锤击数为 19.6，按照《岩土工程勘察规范》确定其密实程度为中密状态。
DK976+186.9
(1)3
12.15~12.45
左 5.5m
DK976+186.9
(1)5
17.65~17.95
左 5.5m
DK976+281 右
(2)2
26.00~26.50
1.3m
(2)5
DK976+182 右 24.40~24.60
5
液性指数 0.98 1.24 1.13 1.29 0.13
3.应用实例（某跨河系杆拱桥梁施工支撑体系设计方案）............................... 3 3.1 项目简要情况 ........................................................................................... 3 3.1.1 桥梁结构设计有关数据.................................................................. 3 3.1.2 桥梁总体施工方案.......................................................................... 3 3.2 钢管桩基础结构设计及验算 .................................................................... 4 3.2.1 设计计算依据 ................................................................................. 4 3.2.2 基础结构设计情况说明.................................................................. 4 3.2.3 数据收集整理 ................................................................................. 5 3.2.4 地层极限侧阻和端阻标准值确定................................................... 6 3.2.5 钢管桩承载力试算与分析： .......................................................... 7 3.2.6 上部荷载值计算.............................................................................. 8 3.2.7 钢管桩结构设计及验算： .............................................................. 9 3.3 其它措施及要求：.................................................................................. 10
按照《建筑桩基技术规范》其极限侧阻标准值取值为：
qs(2)2k = 42 + (19.6 − 15) × (63 − 42) /(30 − 15) = 48.4KPa
4）(2)4 层（-16.00m~-18.30m）为中砂层，按照标贯资料修正后锤击数为 15.4，按照《岩土工程勘察规范》确定其密实程度为中密状态。
1
1.钢管桩基础适用范围及特点 1.1 适用范围 钢管桩基础在施工技术领域应用广泛，如跨越河流的现浇桥梁施工临时支 撑体系基础，水中施工栈桥基础，大型设备、构筑物的水中操作平台基础；软 基地段桥梁采用桁架支撑体系的基础等。 1.2 应用特点 钢管桩承载力较高、施工工艺简单、施工速度快、材料可多次周转使用， 桩与桩之间连接方式简单，稳定性较好，施工费用低。 2.简要设计原理和计算内容 2.1 简要设计原理 1）钢管桩基础设计的主要内容是单桩承载力计算，地面以上桩体结构的 强度及稳定性计算。 2）单桩承载力计算主要依据设计提供的勘察报告中与施工部位对应的土 层参数，参照《建筑地基基础设计规范》、《建筑桩基技术规范》中有关公式及 表格参数计算桩侧阻及端阻，从而得到单桩承载力极限值。 3）桩体结构的强度及稳定性计算主要依据《钢结构设计规范》中的材料 设计强度及轴心受力构件计算公式、压杆稳定计算公式等原理进行计算，使其 达到规范所要求的标准。 2.2 主要计算内容 1）单桩竖向极限承载力标准值计算
ϕ y A ϕbW1x
稳定计算时注意构件计算长度的准确确定，其直接影响杆件长细比，进而
影响稳定系数的数值；构件计算长度与支撑结构竖杆的间距、水平支撑杆件的
刚度、竖向间距以及刚架有无侧移等情况确定，设计时要综合分析。
3.应用实例（某跨河系杆拱桥梁施工支撑体系设计方案）
3.1 项目简要情况
3.1.1 桥梁结构设计有关数据
3.2 钢管桩基础结构设计及验算 3.2.1 设计计算依据 1）《1-96m 系杆拱桥施工图设计》 2）《桥位处地质勘察报告》 3）《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 4）《建筑荷载设计规范》GB 50009-2012 5）《钢结构设计规范》GB 50017-2003 3.2.2 基础结构设计情况说明 1）以下钢管桩基础结构设计钢管桩承载力根据勘察报告及有关规范采用 近似值计算，钢管桩正式施工前须进行试桩，依据所选用的打桩机械、锤击变 形量确定钢管桩实际入土深度及承载力，数据确认后再对支撑体系的材料类型 及间距等尺寸参数进行优化调整。 2）钢管桩采用Φ600*8mm 钢管，桩横向布置间距 3.6m，纵向布置间距 4.5m。 钢管桩地面以上高度 7.0m，上横梁采用 40#工钢，与钢管桩顶部焊接形成横向 刚架结构；钢管桩顶部纵向贯通设置 25#工钢，两端并与桥台固定，使钢管桩 与纵梁纵向形成无侧移刚架结构。 3）支撑结构横断面见下图示意：
2.简要设计原理和计算内容................................................................................. 2 2.1 简要设计原理 ........................................................................................... 2 2.2 主要计算内容 ........................................................................................... 2
备注 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土 淤泥质粉质粘
土
粉质粘土
——
砾砂
0.64
粉质粘土
6.9m
DK976+182 右
(2)5
25.40~25.60
0.87Baidu Nhomakorabea
6.9m
DK976+182 右
(2)5
26.30~26.50
0.78
6.9m
粉质粘土 粉质粘土
2）标贯成果数据：
地层编号
里程
DK976+186.9 左 (1)3
4
3.2.3 数据收集整理
依据勘察报告，桥位处地层有关物理力学指标如下：
1）桥位处地基土物理力学指标：
地层编号
里程
深度
DK976+186.9
(1)3
3.15~3.45
左 5.5m
DK976+186.9
(1)3
6.15~6.45
左 5.5m
DK976+186.9
(1)3
9.15~9.45
左 5.5m
5.5m
DK976+186.9 左 (1)3
5.5m
DK976+186.9 左 (1)3
5.5m
DK976+186.9 左 (1)3
5.5m
DK976+186.9 左 (1)5
5.5m
DK976+281 右 (2)2
1.3m
DK976+186.9 左 (2)4
5.5m
DK976+281 右 (2)4