浅析港口工程钢管桩与上部结构连接方式

摘要：文章通过研究当前的港口工程施工规范及材料，对当前钢管桩与上部结构的连接方式进行了分析与总结，归纳出了关于受压桩和上部结构连接方式的计算思路及方法，最后总结出了钢管桩与上部结构连接所应达到的标准，希望可以进一步推进我国桩基工程的进步和发展。

关键词：港口工程；钢管桩；上部结构；连接方式；桩基工程

中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0059-02

1 概述

随着各行各业的不断发展，我国水运行业也在飞速进步，对于港口桩基工程的设计手段也在不断进步，其达到的标准也越来越高。对于钢管桩和上部结构的连接方式的具体设计直接关系着桩基工程的达标与否，其关键性不言而喻。因此，如何通过相关标准及规范找到切合实际的计算、设计方法来保证工程的高效安全进行至关重要。

2 相关连接方式介绍

港口工程钢管桩与上部结构的连接方式主要有固定连接方式，在桩顶锚受力繁多并且十分复杂的条件下，可以通过应力叠加的手段来进行计算，这种连接方式虽然通过了一系列的工程验证，但是并没有得到一些权威工程师的认可，其原因主要包括三个方面：首先，该连接方式没有说明和计算，因此难以让人们信服；其次，即使在说明和计算存在并且满足的情况下，固结方式的计算过程没有将桩在受压条件下的情况考虑进去；最后，该连接方式仅仅保证了处于上部结构的混凝土的稳固，却难以确保上部结构以及混凝土与桩共同作用下的稳固，当在外界环境的长期干扰下，仍然可能出现桩芯混凝土脱落的情况。因此，该连接方式还有待进一步的完善和改进。

另外，还有素混凝土以及剪力件两种连接方式，这两种连接方式是美国标准API提出的。其中，前者可以荷载的传递应力为：F=0.184MPa（最大承载力），F=0.138MPa（正常使用时的最大荷载传递应力）；后者通常将剪力件焊于桩的内壁之上，其荷载传递应力的大小可以用公式表示为：F=0.184MPa+0.67fh/s（最大承载力），F=0.138MPa+0.65fh/s（正常使用时的最大荷载传递应力）。API规定，这种剪力件连接方式通常应用于桩所受作用力仅来自于轴向的情况，对于受组合作用的桩与上部结构的连接不能适用。因此，当涉及到受压弯组合作用的桩与上部结构连接的情况时，就需要按下列流程计算：剪力流焊缝剪力件钢筋数量及规格桩芯混凝土规格及长度。

3 关于受压桩和上部结构连接可以采用的计算方法

受压桩和上部结构之间的连接应当确保上部混凝土以及桩的坚固稳定。因此可以通过将桩所承受的作用力转化成有桩的内壁承受的应力流，再进一步将其转化为由总轴承受的应力，这样便实现了钢筋以及混凝同承担总轴向力，剪力件和桩内壁共同承担相关剪力流的方式来解决问题。根据相关经验和力学、钢结构等一系列计算原理，可以总结出如下计算关于受压桩与上部结构连接的方法。

对于剪力流，可以通过材料力学原理来得出：

A=P/C+M/S[S=1.27Z，Z=I/（0.5d）]

式中：A代表剪力流，P和M分别代表在承载力极限条件下桩顶所承受的轴向力和桩顶弯矩，C代表桩内壁的周长，S和Z分别代表装内壁的塑性截面和弹性截面的模量，I代表桩内壁的惯性矩。

对于焊缝的计算方法，由于桩和剪力件之间的焊缝通常是采用平坡角的方式来实现的，所以，焊缝的承载力F=PA，其中P代表焊缝的设计强度。剪力件的承载力的计算公式可以表达为P=T/W，其中T代表额定承载力，W代表分项系数。对于带箍筋与不带箍筋的剪力件所承载的作用力分别可以表达为：p′=2.41bf（kN/mm），p″=2.41bf/1.1（kN/mm）。

4 钢管桩与上部结构连接应达到的标准

对于钢管桩与上部结构连接应当达到的标准主要可以概括为三个方面：

第一，在设计桩梁之间的连接时，应当把在水平荷载上所产生的托力以及弯矩设计成从梁向桩头方向传递的方式。对于无需完全嵌固的情况，应当保证桩头在混凝土梁底的深度不低于75mm，需要固结时，则应当保证桩头在混凝土梁底的深度不低于上部结构的桩径。

第二，当桩与桩内的混凝土通过传递荷载的方式进行工作时，应当保证桩内的混凝土的强度高于C40，其中水泥的浓度不低于400kg/m3，平均每28d立方体所能承受的压强要高于40MPa，其塌落程度则应当控制在75mm的范围之内。

第三，根据相关参考及经验，尽管在计算过程中只应用了一圈剪力件，也应当保证桩芯混凝土的长度大于桩径的长度，对于最末圈的剪力件条件下的钢筋长度应当大于锚固的整体长度，而处于上部结构内部的钢筋深度也应当大于锚固的长度。

5 结语

总而言之，我们在处理钢管桩与上部结构之间的连接时，在满足相关规范、规定的条件下，首先应当选择最切合港口工程实际的连接方式，其次在对连接方式进行设计计算时，应当保证有理有据，合理利用钢筋、剪力件等材料，使得桩和上部结构能够实现稳定牢固的连接，这样才能够提高施工效率，保证施工安全，达到施工标准，打造出过硬的工程。

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作者简介：邵文科（1981-），男，供职于中交一航局第一工程有限公司，研究方向：土木工程；王中立（1982-），男，供职于中交一航局第一工程有限公司。