程 力 学 双塔双索面钢箱梁斜拉桥)，、江海直达船航道桥（主 超高层建筑、大型深水港口码头和跨海大桥工程等 跨2×258m三塔中央索面钢箱梁斜拉桥)、九洲航道 结构中，但目前国内外对于钢管复合桩复合结构的 桥主跨268m双塔中央索面组合梁斜拉桥)、深水 受力机理、协同工作性能以及设计计算理论还不完 风非通航孔桥(110m钢箱连续梁)及浅水区非通航 善，缺多系统理论研究一。工程上常常只是把钢 孔桥(85m组合连续梁)。按6车道高速公路标准 管作为钻孔桩的临时护壁，设计时未将钢管与核 设，设计行车速度100km/h 混凝士作为复合体加以共同考虑。目前钢管复合桩 1桥梁基础设计方案 计算理论和设计方法的研究大大落后于工程应用。 有鉴于此，港珠澳大桥在制管复合桩设计过程中 为将港珠澳大桥的阻水率控制在10%以内，基 对钢管复合桩的沉降 、承载力计算理论以及桩的 础需埋置在海床以下 由于全线地质条件复杂 理结构形式等方面开展了系统的理论分析和试验 部分区域覆盖层厚，预制沉箱或沉井方案对不同地 研究，在充分了解其承载特性和荷载传递机理的基 质的适应性差，而且下沉较深、规模大、造价高， 础上，获取了大直径钢管复合桩的各项设计参数及 因此桥梁工程基础采用耕基础方案， 计算理论依据，并将研究成果应用于设计 在广泛吸收国内外跨海桥梁基础建设的有益 2.1模型试验 经验的基础上，通过对打入、钻孔灌注桩和钢管 2.11试验日的 复合桩综合比选，最终确定采用钢管复合桩，钢管 在考虑剪力环和泥皮防腐涂层效应基础上，以 与钢筋混凝土共同组成桩结构主体。 大直径钢管复合桩在复杂受荷情况下（竖向、水平向 通航孔桥基础采用变直径钢管复合桩。桩身由 荷载及弯矩作用下)的工作特性为研究对象，采用现 两部分组成：有钢管段 无钢管段。有钢管段的 场调研、资料收集、室内外试验、理论计算、数馆 度根据地质条件、结构受力、沉桩能力、施工期承 模拟等多种技术路线，研究在压、弯、剪荷域共同 载等综合确定。复合桩钢管内径2450mm,纲管壁 作用下大直径钢管复合桩的工作特性、承载能力 厚分2种：下部约2m范用壁厚36mm, 其余壁厚 变形特征等 ,考察钢管复合桩的协同工作性能及可 25mm。钢管对接时内壁对齐，采用全熔透对接焊 靠性，为复合桩的各项设计参数及计算理论提供试 在顶部一定区段钢管内壁设置10道剪力环。复合 验数据支撑和参考依据」 桩混凝土强度等级采用水下C35,柱身根据受力配 12试件及加载装置 置钢筋。非通航孔桥复合桩钢管内径2150mm(高墩 区y1950mm(低墩区)，桩身根据受力配置锅筋。 根据模型试验的相似性原则，共制作14个试 其 件。其中，12个试件钢管内壁带防腐涂层，2个不 余与通航孔桥相同。 带防腐涂层，2个增大轴力试验，共进行16次模型 2 受力机理与设计方法研究 试验，见表1。试件加载段长度1.2m, 错固段长度 0.4m. 钢管面积与核心混凝士面积之比（管混比）为 大直径银管复合排由干且有承拔力高、证性 4.1%:剪力环采用宽度b=6mm、厚度d卡3mm的钢 好、可靠性好、便于施 风险可控 费用相对经 片，间距分别为1D=30cm)、1.5D(=45cm)、 济等优点，特别是在承受荷载时， “钢管+核心混 2D=60cm、3D90cm).混皮厚度≈01mm(根据 餐上”桩以复合体形式表现出良好的共同工作性 工程现场试桩试验确定)，采用原设计的配筋率进行 能，使其在深海桩基工程中具有极大的发展前景。 虽然钢管复合桩以其优越的力学性能越来越 试件配筋设计，纵向配筋为8中8。钢管和混凝土均 采用原设计材料类型和强度等级。剪力环与钢管内 受到工程界的重视和青睐，已经广泛应用于高层利 壁之间采用焊接连接。 表1试件尺寸及相关参数 Table I Dimension and relevant parameters of tested member 的要 试验序号 型号 试验类型如载类型 W-ZY 钢筋混 394 3500 5 4100 压弯剪 A w-PY 凝土整 2500 85 4n0 压弯明 (C)1994-019China Academie Jourmnal Electronie Publishing House.All rights reserved.http:/www.cnki.ne工     程     力     学 89 双塔双索面钢箱梁斜拉桥)、江海直达船航道桥(主 跨 2×258m 三塔中央索面钢箱梁斜拉桥)、九洲航道 桥(主跨 268m 双塔中央索面组合梁斜拉桥)、深水 区非通航孔桥(110m 钢箱连续梁)及浅水区非通航 孔桥(85m 组合连续梁)。按 6 车道高速公路标准建 设，设计行车速度 100 km/h。 1 桥梁基础设计方案 为将港珠澳大桥的阻水率控制在 10%以内，基 础需埋置在海床以下。由于全线地质条件复杂，大 部分区域覆盖层厚，预制沉箱或沉井方案对不同地 质的适应性差，而且下沉较深、规模大、造价高， 因此桥梁工程基础采用桩基础方案。 在广泛吸收国内外跨海桥梁基础建设的有益 经验的基础上，通过对打入桩、钻孔灌注桩和钢管 复合桩综合比选，最终确定采用钢管复合桩，钢管 与钢筋混凝土共同组成桩结构主体。 通航孔桥基础采用变直径钢管复合桩。桩身由 两部分组成：有钢管段、无钢管段。有钢管段的长 度根据地质条件、结构受力、沉桩能力、施工期承 载等综合确定。复合桩钢管内径 2450mm，钢管壁 厚分 2 种：下部约 2m 范围壁厚 36mm，其余壁厚 25mm。钢管对接时内壁对齐，采用全熔透对接焊。 在顶部一定区段钢管内壁设置 10 道剪力环。复合 桩混凝土强度等级采用水下 C35，桩身根据受力配 置钢筋。非通航孔桥复合桩钢管内径 2150mm(高墩 区)/1950mm(低墩区)，桩身根据受力配置钢筋。其 余与通航孔桥相同。 2 受力机理与设计方法研究 大直径钢管复合桩由于具有承载力高、延性 好、可靠性好、便于施工、风险可控、费用相对经 济等优点，特别是在承受荷载时，“钢管+核心混 凝土”桩以复合体形式表现出良好的共同工作性 能，使其在深海桩基工程中具有极大的发展前景。 虽然钢管复合桩以其优越的力学性能越来越 受到工程界的重视和青睐，已经广泛应用于高层和 超高层建筑、大型深水港口码头和跨海大桥工程等 结构中，但目前国内外对于钢管复合桩复合结构的 受力机理、协同工作性能以及设计计算理论还不完 善，缺乏系统理论研究[1―6]。工程上常常只是把钢 管作为钻孔桩的临时护壁，设计时未将钢管与核心 混凝土作为复合体加以共同考虑。目前钢管复合桩 计算理论和设计方法的研究大大落后于工程应用。 有鉴于此，港珠澳大桥在钢管复合桩设计过程中， 对钢管复合桩的沉降、承载力计算理论以及桩的合 理结构形式等方面开展了系统的理论分析和试验 研究，在充分了解其承载特性和荷载传递机理的基 础上，获取了大直径钢管复合桩的各项设计参数及 计算理论依据，并将研究成果应用于设计。 2.1 模型试验 2.1.1 试验目的 在考虑剪力环和泥皮/防腐涂层效应基础上，以 大直径钢管复合桩在复杂受荷情况下(竖向、水平向 荷载及弯矩作用下)的工作特性为研究对象，采用现 场调研、资料收集、室内外试验、理论计算、数值 模拟等多种技术路线，研究在压、弯、剪荷载共同 作用下大直径钢管复合桩的工作特性、承载能力、 变形特征等，考察钢管复合桩的协同工作性能及可 靠性，为复合桩的各项设计参数及计算理论提供试 验数据支撑和参考依据。 2.1.2 试件及加载装置 根据模型试验的相似性原则，共制作 14 个试 件。其中，12 个试件钢管内壁带防腐涂层，2 个不 带防腐涂层，2 个增大轴力试验，共进行 16 次模型 试验，见表 1。试件加载段长度 1.2m，锚固段长度 0.4m。钢管面积与核心混凝土面积之比(管混比)为 4.1%；剪力环采用宽度 b=6mm、厚度 d=3mm 的钢 片，间距分别为 1D(=30cm) 、 1.5D(=45cm) 、 2D(=60cm)、3D(=90cm)；泥皮厚度≈0.1mm(根据 工程现场试桩试验确定)。采用原设计的配筋率进行 试件配筋设计，纵向配筋为 8 8。钢管和混凝土均 采用原设计材料类型和强度等级。剪力环与钢管内 壁之间采用焊接连接。 表 1 试件尺寸及相关参数 Table 1 Dimension and relevant parameters of tested member 试验序号 试件 编号 简要 说明 钢管 型号 直径 D/mm 厚度 t/mm 径厚比 D/t 测试段长 度 l/mm 桩径比 l/D 总桩长 L/mm 试验类型 加载类型 1 W-ZY 294 2500 8.5 4100 压-弯-剪 A 2 W-PY 钢筋混 凝土桩 294 2500 8.5 4100 压-弯-剪 D