管柱基础

1、概况

管柱基础适用于深水，有潮汐影响，岩石起伏不平，无覆盖层或覆盖层很深的河床，（不适用于有严重地质缺陷的地区），水位的变化对管柱施工影响不大，如下沉管柱，钻岩及灌注水下砼可不受水位限制，全年均能施工。 管柱基础形式，基本上分为两类，一类是管柱下沉至坚硬的岩层，与岩层固接或铰接，成为柱式管柱：另一类管柱下沉至密实的土层，藉柱底承压力与柱周磨擦力共同受力，成为磨擦管柱。

管柱有钢筋砼管柱，预应力砼管柱，及钢管柱三种，前者适用于入土深度小于25M下沉振动力不大场所。

管柱系装配式构件，管节由上、下法兰盘通过螺栓连接，管柱的最底一节下边带有刃脚，刃脚的作用是使管柱穿越覆盖层切入基岩风化层。其高度一般1.2-1.5m，管柱直径有1.55m，3.0m，3.6m，5.0m，5.8m几种，长度为3—10M不等。钢管桩的管节其长度为12—16M。

管柱的现场存放用龙门吊机或现场用万能杆件拼装的龙门吊机起吊，轨道电动载运平车运输。

2、下沉管柱的导向和定位设备

1）管柱下沉的导向设备一般分为两类，一为浅水中采用的导向框架，一为深水中采用的整体围笼。围笼以圆形为主是管柱施工的主要施工设施。围笼结构主要由桁架（包括起吊主桁架，辅助吊篮桁架，平衡重桁架和侧桁架）。托架（包括起吊托架，辅助托架），内导环，外导环，吊篮（包括主吊篮，平衡重吊篮），锚柱，悬挂设备，导向架和导向木等组成。围笼结构中几个关键部件的作用和制造要点如下：

a. 起吊托架：是起吊围笼及围笼下沉后将围笼支承在导向船厂上的支点，由角钢拼制

而成。托架布置在垂直水流方向围笼对称中线两侧。

b. 内，外导环：内导环承受内钢板桩传来的水压力，并与外导环共同控制钢板桩的位

置。围笼桁架外圈第I、IV、V层的内导环为箱形截面，受力较大的第II、III层为I字形截面，外导环分布在第I、III、V层内导环与外导环由槽钢或由角钢分后弯制。 c. 锚柱：是连接围笼与定位船钢丝绳拉缆的系缆点，当围笼未挂在定位管柱前时，围

笼所受的水流冲击力，由拉缆传至定位船，固定围笼位置。锚柱由钢板焊成，内填C30砼。有潮水的河流，顶在围笼的上、下游方向各设二个锚柱。

d. 平衡重吊点：是用以减少围笼的起吊重量，其位置在围笼上、下游各2个，每个吊

点由上、下两组四门滑车组成，上滑车是定滑车，固定在导向船的联结梁上，下滑车是动滑车，安设在围笼平衡重挑梁上，挑梁伸出端安装滑车，伸出的距离使在下沉围笼时起吊的钢丝绳不与各层导环磨擦。 2）围笼拼装

结构拼装分一次拼装及分层拼装，按围笼下沉重量及起吊设备能力而定，围笼拼装大致可分为以下几个工序；铺设工作台及放样——>拼装围笼桁架——>拼装导环——>拼装托架——>安装导向木——>安设围笼支座——>铺设顶面工作台——>检查验收。

3）围笼定位设备及其布置

水上定位设备包括承托围笼的导向船组，控制围笼位置的定位船，以及锚，链，缆绳等锚碇装备。其作用量保证围笼的浮运就位，起吊下沉，定位和基础、墩柱的施工。 单向水流围笼定位设备主要设置在上游。

名称 单位 规格 数量 说明 定位船 导向船 定位船主锚 导向船边锚 定位船边锚 主锚链 导向船边锚链 定位船边锚链 地龙锚链 主锚缆 导向船边锚缆 定位船 导向船地龙缆 定位船地龙缆 定位船拉导向船缆 定位船拉围笼缆 艘 艘 个 个 个 条 条 条 条 条 条 条 条 条 条 条 80t，7m*26m 300t，9m*30m 3-5t铁锚式钢筋砼锚 3t钢筋砼锚 2t钢筋砼锚 Φ75，28m Φ40，28m Φ55，28m Φ35—75，长10—20m Φ37,长250—320 Φ37，长150—200 Φ28，长150m Φ37，长200—250m Φ28，长200m Φ37，长140m Φ37，长150m 2 2 8 2 4 8 2 4 6 8 2 4 2 4 4 4 基础采用地笼2个 基础采用地笼4个 4）围笼起吊下沉

围笼起吊下沉方法主要是根据围笼重量及起吊设备能力而定，如起吊设备能力不足，还可以用浮箱充气辅助，常用的方法有： ①浮吊起吊下沉

这种方法适用于浮吊起吊能力大于围笼重量，仅须用两艘浮吊即可起吊围笼，不增加其他复杂的起吊设备，围笼为一次下沉。 ②浮吊及定量辅助吊架起吊下沉 利用平衡重原理，在导向船的联结梁上设吊架4座，对称吊着围笼底层的平衡重下挑梁，吊架上挑梁的复式滑车组的钢丝绳一端吊平衡重，另一端缠在5t的绞车上，用以辅助浮吊起重能力的不足。 下沉步骤：

a． 挂吊篮，并收紧吊钩钢丝绳，使浮吊处于开始受力状态。

b． 将4个定量辅助吊架的绞车同时收紧，使平衡重处于将离船面情况。 c． 解松围笼风揽。

d． 浮吊及定量辅助吊架同时起吊，将围笼吊离船面，随着围笼的升高，平衡重也相应

升高，但不得使围笼升高而平衡重降低。

e． 拆除导向船与拼装船之间的木撑架及联结钢丝绳等，顺水流方向撤出拼装船。 f． 两浮吊以相同速度下放围笼，同时以相应速度放松定量辅助吊架滑车组钢丝绳，控

制平衡重高度。

g． 将围笼下沉搁到导向船的围笼支架上，并调整到正确位置。

h． 浮吊松钩，并将定量辅助吊架绞车端钢丝绳固定；使仍处于受力状态，以辅助托架

受力。

i． 在上、下游定位船上将围笼绳收紧，使围笼保持竖直状态。

j． 注意事项：在有潮水双流向河流中，当流速小于1.7m/s时，可将浮吊横停放，但

须将浮吊尾部用钢丝绳与上、下游定位船拉紧固定。四个平衡重不宜过早拆除，可以用以辅助托架受力。并可以调整围笼的水平度，平衡重最好等到围笼悬挂在定位管柱上后再行拆除。 5）围笼定位

围笼下沉后，即开始定位工作，要日夜不间断进行，其定位的允许偏差若设计无明确规定时，不得大于H/100（H为围笼底到水位高度）。围笼的平面位置是由导向船锚绳和定位船与导向船的联接缆绳来调整控制，为了避免围笼倾斜，应注意下沉定位管柱的次序，首先应插下游1——2根管柱，再对称下插围笼直径两端其它的定位管柱。定位管柱应沉到规定深度，避免围笼挂上后，下沉其它管柱时，引起个别定位管柱下沉，导致围笼变形。

3、管柱下沉

管柱下沉的顺序，首先是下沉定位管柱，将围笼悬挂其上，然后下沉其余管柱，定位管柱的数量，单向水流采用Ф155cm小直径管柱8根，双向水流时，为加快围笼的悬挂可采用4根定位管柱，选择其对应的4根管柱为辅助受力管柱。 1）管柱下沉的方法和程序

下沉方法：根据土层情况可采取以下不同的施工方法： ①震动沉桩机震动下沉 ②震动与管内除土下沉 ③震动配合吸泥机下沉 ④震动配合高压射水下沉

⑤震动配合射水，射风，吸泥下沉。 下沉施工程序：

①准备工作：在管柱下端安装钢刃脚。

②下沉作业：起吊管柱——>在围笼中插放管柱——>顺次接长管柱——>安装震动沉桩机——>震动下沉——>拆除震动沉桩机。（如采用射水，吸泥配合时，还包括射水管，吸泥管的安装、接长、射水、吸泥作业和拆卸射水、吸泥管等）。 附：各种震动力情况下不同土质下沉管柱的经验资料表3-5-1 项别 1 穿过地质情况 1 砾砂2-9m砾砂夹小卵石1.3m砂夹小砾石及小卵石2.3m 2 3 4 管柱直径（m） 5.80 管柱长度（m） 15.00 振动体系重量（t） 5 6 入水深度（m） 6.5+4.0 应扣浮力（KN） 7 振动体系净重（t） 8 振动力（KN） 2500 1950 735/180.80 83.80 252.00 4.9+4.0 222.00 6.50 139.00 58.00 81.00 2000 2500 2500 2500 2500 60.60 72.20 71.60 72.80 106.00 5.80 15.00 106．00 2 粗砂夹小卵4.9m 石3 人工堆土2.9m红色粘土3.6m 5.00 5.00 3.60 20.75 90.00 3.60 20.75 90.00 4 硬砂粘土1.4m 5 粉5.0m中4.5m 砂细砂6 粉7.8m砂淤7 细2.0m砂黄8 细3.2m砂黄砂10.0m泥质可塑土质砂粘卵石砂夹卵石0.7 3.60 20.75 90.00 土质砂粘土7.7砂夹卵石0.5 3.60 20.75 90.00 粘土4.0 土夹2.072.00 81.00 19.50 294.00 11.80 178.00 12.20 184.00 11.40 172.00 470 9 10 入土深度（m） 6.50 下沉方法 不吸泥不射水振动下沉 11 刃脚下情况 刃脚承支 同左 同左 同左 同左 同左 同左 同左 4.90 同左 6.50 同左 1.40 同左 19.50 同左 11.80 同左 12.20 同左 11.40 同左 2）下沉管柱主要机具和设备：表3-5-2 顺名 序 称 规格 单位 深水 Ф1.55M 1 1 2 1 2 1 2 浅水 ФФ3.3.6M 6M 1 1 1 4 2 4 4 2 2 1 1 2 2 3 2 2 Ф5.8M 1 1 2 1 2 2 1 说明 1 2 3 4 5 6 7 8 9 浮吊 浮吊 30T 75T 艘 艘 套 台 台 台 台 台 套 套 台 台 台 起吊管柱、插射水管，装吸泥机 起吊管柱 起吊管柱 起吊管柱 并联使用 每二台并联使用 管长根据水深覆盖层考虑 管长根据水深覆盖考虑 吸泥供气 二台串联，吸泥，补水用 抽水用 管长根据水深覆盖考虑，管数，根据内外射水及射风考虑 水泵振动打桩机等用 水上天车 130T每台走行天车附起重小车二台 龙门吊机 45T装5T电动绞车二台 吊机 振动打桩机 振动打桩机 振动打桩机 空气吸泥机 空气吸泥机 空气压缩机 25-35T 90型 160型或420型 中—250型 Ф150MM配吸泥管 Ф250MM 9-23M3MIN配蓄风筒、风包、风表等 高压水泵 Ф150MM6-10级配水包水表等 低压水泵 Ф150-250MM 10 射水风管路设备 11 发电机 Ф75MM包括分配阀 套 Ф15-25M射水嘴、风嘴 320KVA 交流 符合振动打桩机底座 台 台 具 个 套 套 2 1 1 1 2 2 4 2 2 6 2 1 1 1 2 3 1 1 12 电焊机 13 氧气切割机 14 桩帽 16 夹桩箍 15 长桩设备 分甲、乙、丙式 17 吊具 18 卷扬机 20 抓泥斗 21 水下切割器 23 水泵船 5-7.5T双滚筒磨擦式 0.4m3双瓣式附抓泥架 付 台 台 具 套 艘 2 4 1 1 1 2 1 1 1 1 6 9 1 1 4 6 1 抓泥，吸泥 驳龙门架，拉地垅 12 4 19 手摇绞车 5T 22 潜水设备 400T铁驳 3、 管柱基岩钻孔及清孔

适用于设计需要管柱嵌固于岩盘时，管柱的基岩钻孔方法，一般采用冲击钻孔，也可采用旋转牙轮钻成孔。

各型冲击式钻机技术规格 表3-5-3 顺序 主要规格 单位 YKC-30型 钻头最大重量 钻头钢丝绳直径 钻头冲程 钻头冲击次数 5 6 7 8 9 最大 最小 4 最多 最小 Kg Mm Mm Mm 次/min 次/min Mm Mm Mpa M3/min T Mm R/min M/min W M M M T 4500 26 1000 500 50 40 1300 AO-93/8型 40 5.00 2.84 12.00 11.10 钻机类型 YKC-31型 5000 32 900 700 35 -- 1300 AM6117-6GW型MT-42-8 功率 11 钻机外形尺寸 长度 宽度 高度 12 钻机重量 115/40/16 9.10 5.20 9.30 25.00 60 7.20 4.12 11.25 13.50 60 5.50 4.20 12.90 27.25 门式汽动一型 1 2 3 10000 39 1600 1200 18 12 3000 500 70 30-40 10 800 3.2 8.5-10 TZR型 卧式汽动二型 7200 37 1400 400 22 8 3000 500 50-70 20-23 7.5 400 5.5 8.5-10 MT型 钻头最大直径 气缸直径 气缸压力 空气消耗量 提升钻头电动卷扬机 起重能力 滚筒直径 转数 卷扬速度 电动机 型号 10 1) 冲击钻机钻孔

如管柱钻孔的基岩较坚硬时，除应采用较重的冲击钻头外，还需要配以能提升重的钻头及冲击频率高的钻机以加速成钻进速度。可选用表3-5-3所列各型冲击式钻机。 ①钻孔前准备工作 a． 清除管柱内泥砂

b． 探测钻孔深度和岩盘情况：为了测定岩面是否平整和管柱刃脚是否沉至岩盘，须用

高压射水（水压1.5Mpa，射至岩面0.5Mpa，冲刷5分钟）多点控测岩面标高，并记录各点位置及岩面标高。据以确定翻砂的措施。

c． 当发现管柱刃脚局部支承在岩盘上时，需采取以下措施后方能钻孔：

方法一：粘泥片石封底，依据管柱刃脚与最低岩面之差先投以等量粘泥块，其上再投片石和碎石，然后开动钻机，进行冲击，使粘泥块石堵塞漏缝。

方法二：水下砼封底：用水砼填平岩盘起伏，使刃脚与岩盘接触良好，此法比较可靠，但水下砼须经3-4天养护凝固后方可钻孔。 ②钻孔中泥浆的使用

在钻孔过程中随时抛投粘土块，由于钻头的连续冲击作用，使钻孔中形成泥浆及钻渣的混合体，借以清除钻孔内的钻渣。泥浆比重在1.1 –1.5之间。 ③钻孔施工方法及步骤

a． 在围笼式管柱顶安设钻机工作平台，并拉好安全网。 b． 安装钻机时应使钻头中心对准管柱中心。

c． 安装钻头，钢丝绳及风管等，每台钻机应配有备用钻头一个。

d． 吸尽管内泥砂后立即投入粘土块及片石，粘土用量为片石体积的3倍。 e． 放下钻头开钻时，注意调节钢丝绳长度，防止钻头打空。 f． 继续钻进时，及时补投粘土块，适时清渣。

g． 每钻进1M，即用钢质检测器检查圆孔质量及深度。清除钻渣时，先取出钻头，再以杯形取碴筒提出钻渣。

h． 探测孔底标高，进行检查，清理钻孔，终孔。

④管柱的清孔堵漏关系到封底水下砼能否与孔壁及钻孔岩壁良好结合，一般成孔方法为：

a． 钻机工作结束后，用空气吸泥机辅以高压射水吸出孔内钻渣泥浆，在吸泥过程中用低压泵向管内注水，保持管柱内水位高于江面水位。

b． 待孔内钻渣泥浆清除后，再用水与风力同时作用的清孔器将孔壁冲洗干净，连合孔底残存泥浆一起清除。

c． 经过清孔后提清孔器，检查沉淀吊斗内碴物的体积，若吊斗内积存的渣物厚度不超过1cm，认为合格。 5． 灌注管柱内水下砼

管柱下达岩盘经清孔堵漏，在管柱内安放钢盘骨架伸入钻孔中后，即灌注水下砼。 1）灌注管柱水下砼施工程序

安放钢筋笼——>安放砼导管——>安放砼工作架及漏斗、储料槽——>灌注管柱内水下砼——>灌注完毕后拆除灌注工作台。 2）水下砼施工要点

a． 在开始灌注前，按例行规定全面检查导管，并进行升降试验。 b． 导管口离钻孔底的高度应比导管内径大10cm，导管应居中。

c． 开始生产砼后，应及时掌握送入储料槽内的砼数量，安装好球塞，砼送入漏斗，开始射水，高压射水时间10分钟。

d． 砼储备量达到要求后即停水，将射水管内水排除，剪球。 e． 砼正常浇筑导管埋入砼内深度不得小于1M，大于4M。 f． 做好砼试件及灌注记录工作。

g． 浇筑过程中每间隔15—30分应测管内水下砼标高和导管底口标高，及时调整导管埋深。

6、 管柱基础钢板桩围堰

钢板桩围堰是管柱承台及水下墩身部分施工时的防水围堰，其主要作用是灌注封底砼的模板和封底砼共同起防水的作用。其高度应高于施工水位1M。 1） 钢板的插打

①在单向河流中安插钢板桩，自围笼上游的中心线上开始，由两侧对称向中游依次插入，到下游合拢。在有潮水的河流上，为减少水流阻力，采取从两侧面开始向上、下游插打，在另一侧面合拢。 ②钢板桩插打作业步骤

a． 安插钢板桩是使用浮吊的两个吊钩，将钢板桩从驳船上吊起，然后用两个吊钩

起吊和下放，使钢板桩成垂直状态，脱出小钩移向安插位置，起吊前，锁口内嵌满黄油沥青混合料。

b． 钢板桩就位下插，第一组钢板桩系沿导木下插（在围笼内导环上设置导向木），

是整个围堰钢板桩的基准，要反复挂线检查，使其方向垂直准确，其余各桩组，以已插桩为准，对称锁口后，利用自重下沉。

c． 每组钢板桩插完之后，用短钢筋头点焊固定在围笼顶层内导环上。

d． 当钢板桩全部合拢后，用双动汽锤由上游及合拢处向围堰两侧逐次将钢板桩打

到设计标高。

e． 每组钢板桩必须按编号插入正确的桩位，每组偏差应小于+15MM。 ③钢板桩围攻堰的合拢措施

钢板桩围攻堰在合拢时，两侧锁口不一定平行，在一定范围内，可采用以下办法进行调整。

A． 在钢板桩顶端使用千斤顶或复式滑车组调整上、下敞口平行。

调整合拢的要点。

④插打钢板桩的主要机械设备例表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 吊船 铁方舟 拖轮 桩帽 沉桩锤 电焊机 乙炔切割器 链滑车 滑车 潜水设备 规格 30吨 80-400吨 120马力 3-5吨 2吨 单位 艘 艘 艘 个 台 台 台 台 只 套 数量 2 3 1 2 1 1 1 2-4 4 1 说明 吊插桩用 运桩 拖运钢板桩 沉桩 沉桩配全套附件 ⑤围堰内吸泥清基

钢板桩围堰内清基工作，采用吸泥机进行，每台吸泥面积为12—26M2，靠近钢板桩附近的泥砂较难吸出，可用潜水工以射水管（0.3-0.5Mpa）的水压将泥砂冲移至吸泥机附近。

7、 围堰内水下砼封底及抽水

一般水下砼施工，前面已多有叙述，此处着重介绍围堰内大面积水下砼封底有关问题： 1） 依据封底砼需要量，配置相应的水下砼拌和机械及起吊的吊斗，浮吊等设备。 2） 搭制工作台：灌注水下砼工作台高度一般为8M，用万能杆件拼成，其上设储料

槽，下料槽及漏斗等。

3） 设置汇水井：水下砼封底面（达到一定强度），需进行抽水清基，为汇集积水，

须设置汇水井，可用汽油筒内装黄沙，密封下沉就位，筒顶略高出封底砼顶面，用铁丝固定。 4） 导管的布置

①导管布置的原则是：

a． 流动半径3.5-4.0m不得大于5m。 b． 各导管的流动范围大致相等。

②由于导管太长，万一灌注中发生堵塞，相邻导管可以投入工作，因此导管布置应较密一些。 5） 保证灌注水下砼的整体、密实性，应采取下列措施。

①采用分层往复灌注，即每次同时灌注3—5根导管，由围堰上游逐步向下游推进，分层灌注2—3M高一层，再返回灌注第二层。

a． 第一组2-1-3导管剪球，灌注正常后，第二组4-6-5导管剪球。

b． 第二组导管浇筑正常后，关闭第一组导管，第三组7-8-9导管剪球。

c． 第二组从头至尾不停，第一组，第三组交叉开放，反复进行，实际同时最多开放6根导管进行灌注。

②采用分层往复灌注一定要在下层砼未达到初凝前浇筑上一层砼，必要时应掺加缓凝剂延长初凝时间。

③导管埋入砼中深度至少1M以上，2—4M为宜。

④砼坍落度采用18—20CM，收尾时用20——22CM，流动坡度控制在1/5—1/10之间。 6） 围堰内抽水—应在封底砼达到规定强度后进行抽水。

a． 抽水前对钢板桩与导环之间的所有空隙用硬木楔或铁片进行填塞，水下部分由

潜水员进行。

b． 刚开始抽水时，可利用吸泥管进行抽水，等抽不上来时，再将水泵放入围堰内

抽水，同时应配备从堰外向内灌水的水泵，一旦发生变形立即向堰内灌水，保持内外平衡。待检查处理后再抽水。 c． 抽水过程中，须派专人对钢板桩和内导环进行观察，同时由专门人员进行堵漏，

堵漏工作堰内外同时进行，堰内用棉絮，堰外用细煤碴和木屑混合物倒入漏水部分。 7） 围堰内水下灌注砼封底主要设备示例表： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 名称 砼拌和机 砼吊斗 浮吊 运输船 砼漏斗 砼导管 附着式震捣器 电动卷扬机 链滑车 灌注工作台 木料 8） 附注： 规格 0.4m3 2.0m3 1.1m3 Ф250MM 1.0—0.5kw 1—3T 3—5T 单位 台 个 艘 艘 个 M 台 台 只 个 M3 数量 8 10 3 4 9 270 9 4 10 1 7 说明 防止卡管用 工作台等使用 ①由于管柱施工定位和导向设备施工较复杂，70年代江西九江长江大桥提出用双壁钢围堰加钻孔灌注桩的新结构，取代深水管柱基础。

②本章有关内容摘自新编《桥涵施工手册》第八章和公路施工手册桥涵上册。