海洋平臺大直徑超長樁動態(tài)沉樁阻力及溜樁機(jī)制研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)向較深水域拓展，海上采油平臺需要采用大直徑（直徑2m以上）、超長（入土深度100m以上）的樁基。由于樁和錘重量很大，在沉樁過程中經(jīng)常會發(fā)生樁體無需錘擊而自由下沉的現(xiàn)象，稱為溜樁。溜樁的發(fā)生輕則會沖斷定位的鋼絲繩，使得樁和錘損壞;重則造成樁錘滑落大海，或斷樁等重大事故。目前國內(nèi)外對這方面的研究還比較少。本文在研究溜樁機(jī)理的基礎(chǔ)上，以極限平衡理論、能量守恒理論、擴(kuò)孔理論等理論為依據(jù)，提出了判斷沉樁過程中產(chǎn)生溜樁的條件和判斷溜樁區(qū)

2、間的計算方法。理論計算的準(zhǔn)確性取決于地基土在沉樁過程中的性態(tài)參數(shù)取值的合理性，為此本文通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析，對沉樁過程中地基土體中孔隙水壓力的發(fā)展及其對沉樁阻力的影響、樁-土界面土體的疲勞特性等問題進(jìn)行了較為深入的研究，為溜樁分析的參數(shù)選取提供了依據(jù)。同時，對于沉樁過程中發(fā)生過溜樁現(xiàn)象的樁基的承載力的評估是工程界最關(guān)心的問題，本文通過對打樁過程中和打樁后地基土體中的超孔隙水壓力的產(chǎn)生和消散的規(guī)律的研究，從而分析了樁基承載力的時

3、效性。本文的主要研究內(nèi)容及特色可概括如下:
　　1、本文綜合動態(tài)極限平衡原理和利用CAPWAP打樁分析方法對動測實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析，揭示了溜樁現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理。在研究溜樁機(jī)理的基礎(chǔ)上，以極限平衡理論、能量守恒理論、擴(kuò)孔理論等理論為依據(jù)，提出了判斷沉樁過程中產(chǎn)生溜樁的條件和判斷溜樁區(qū)間的計算方法。
　　2、樁基貫入過程中沉樁阻力的計算對溜樁區(qū)間判斷有著極為重要的作用。目前普遍采用的API規(guī)范提出的土阻力計算方法，用于設(shè)計階段的樁

4、基承載力計算則偏于安全，但是用于評估溜樁區(qū)間計算時，則誤差很大且偏于危險。本文提出的方法考慮了邊載效應(yīng)和動力效應(yīng);分別針對無黏性土與黏土提出了合理的的靜樁端阻力與靜樁側(cè)摩阻力計算方法;引入了靈敏度概念提出無黏性土與黏性土的動側(cè)摩阻力折減因子，因此計算的溜樁區(qū)間更為合理。
　　3、靜力觸探原位測試方法是獲得土性參數(shù)較為準(zhǔn)確的方法。根據(jù)大直徑超長樁的沉樁特性，提出了根據(jù)靜力觸探實測數(shù)據(jù)分析動樁端阻力與動樁側(cè)摩阻力的方法;提出計算樁端阻

5、力的影響范圍與樁側(cè)摩阻力折減因子沿樁身的的分布;結(jié)合有限元分析比較黏性土中不同錐頭阻力系數(shù)的計算結(jié)果;據(jù)此提出了適合黏性土端阻力計算的錐頭阻力系數(shù)，建立了應(yīng)用原位測試數(shù)據(jù)計算沉樁阻力的方法。
　　4、超長樁樁側(cè)摩阻力對樁基承載力的貢獻(xiàn)是主要的。通過研制大型直剪儀來研究樁與土體的摩擦特性，總結(jié)不同顆粒粒徑砂土與軟黏土在不同密度下的糙度變化，提出工程中適合的使用值;由于樁身下沉過程類似一個持續(xù)剪切的過程，應(yīng)用環(huán)剪儀對典型砂土、粉質(zhì)黏土

6、與黏土進(jìn)行大變形殘余強度的試驗，并分析了不同剪切速度、循環(huán)荷載與黏粒含量等因素對殘余強度的影響。對樁土的摩擦特性做了較為充分的總結(jié)。
　　5、國內(nèi)外針對打樁過程中產(chǎn)生超孔壓對樁側(cè)摩阻力的影響的研究較少，而大直徑超長樁沉樁過程中樁側(cè)摩阻力的大幅度折減與超孔隙數(shù)壓力的產(chǎn)生有著密切的關(guān)系。本文將現(xiàn)場孔壓監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)與應(yīng)用劍橋模型的擴(kuò)孔理論相結(jié)合，建立了打樁過程中產(chǎn)生和消散的規(guī)律，據(jù)此研究了樁基承載力的時效性。
　　6、以荔灣3-1