压力注浆螺旋钢管桩抗拔承载性能试验研究

针对海相软土地区螺旋钢管桩承载力低与腐蚀问题,提出一种新型压力注浆螺旋钢管桩,并设计5根足尺试验桩,进行现场抗拔承载性能试验,研究螺旋叶片直径与排布方式对成桩直径与桩基抗拔承载性能的影响.结果表明,成桩直径与螺旋叶片直径呈正相关,在每节延长段钢管末端设置螺旋叶片利于提高水泥土柱完整性,使成桩直径更为饱满,提高桩基的抗拔承载性能.将试验结果和现行规范抗拔极限承载力计算结果进行对比,计算结果约为实测平均值的94％,在此基础上提出压力注浆螺旋钢管桩抗拔承载力计算参数修正建议,为后续的设计提供参考.     

抗拔桩基的破坏机理和承载力的研究

本文是结合干船坞规范编制中的柱基问题,在调查研究和模型试验的基础上,针对船坞底板下桩基的抗浮问题,提出的一份研究报告。我们通过同一种土层上的单桩与群桩,而群桩中又通过不同入土深度和不同桩数等方面进行了对比性的模型试验。通过分析,对抗拔单桩和群桩的破坏机理、承载力和优化的入土深度,都有了一些新的规律性的认识。研究成果已列入我国干船坞设计规范(1985),并可供其他海上和陆上的桩基工程按抗拔设计时参考。     

扩底抗拔桩动态变形全过程承载特性模型试验研究

利用砂土中扩底抗拔桩的模型试验,研究从开始加载到破坏时扩底抗拔桩地基动态变形全过程的承载特性。试验结果表明:半模试验得到的极限荷载和破坏面均略小于全模试验结果,采用半模试验测量地基变形过程与破坏模式有明显优势,用半模试验代替全模试验是可行的;随着桩顶荷载的增加,扩大头上方的土体由压缩变形逐渐发展为局部的压缩—剪切破坏;扩大头对其上部的桩侧摩阻力有增强作用,对其下部的桩侧摩阻力有削弱作用;扩大头在工作荷载、极限荷载和破坏荷载作用时分担的荷载比例为15%~20%。     

新型伞状锚拉拔破坏机制与承载力数值分析

锚泊基础的承载性能直接影响着海洋浮式结构物的稳定性,因而研究新型有效的锚泊基础已成为海洋工程结构设计中的关键问题之一。文中提出了一种基于海洋软土液化特性的伞状锚,充分利用桩端土体增强抗拔承载能力。应用二维颗粒流分析程序,对该新型伞状锚的安装、抗拔承载能力进行了数值模拟,并与普通锚桩进行比较分析,验证其有效性。针对伞状锚与普通锚桩在拉拔过程中的土体破坏机制,从细观角度分析了其抗拔承载能力的提高机制。研究结果表明,对于相同抗拔锚泊设计竖向承载要求,伞状锚所需材料可大为减少,安装难度明显减低,是值得推广应用的新型锚泊基础形式。     

黏土中桩靴底部吸附力产生机理研究

在海洋工程中,移动钻井平台在作业结束后需要转场时,经常会遇到拔桩困难的问题,桩靴底部的吸附力是上拔力的重要组成部分,明确其产生机理及发展规律对于上拔力计算与缓解上拔困难问题有重要意义。通过室内模型试验研究了黏土中桩靴底部真空度对桩靴吸附力产生机理的影响,试验结果表明,桩靴底部真空度的变化对上拔力的影响显著,而桩靴贯入深度和上拔速率会对真空度产生影响。当真空度达到峰值时,桩靴底部吸附力与上拔力几乎同时达到峰值,因此可以通过减小桩靴底部真空度的措施来减小上拔力。根据试验结果,提出了运用真空吸盘理论来计算桩靴底部吸附力的计算公式。所述吸附力计算方法与试验结果进行对比,其误差较小,对工程实践具有一定的参考意义。     

海上风电大直径加翼桩水平承载性能研究

为改善海上风电大直径钢管桩的水平承载性能,基于ABAQUS有限元软件对单桩改进形式的加翼桩结构进行了系统研究,计算分析了软黏土地基中加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、桩身泥面处倾斜率和极限承载力,研究了加翼桩面积、形状、埋深和刚度等翼板参数对加翼桩水平承载性能的影响规律,根据加翼桩的桩-土作用机理,参考现行规范模式提出适用于软黏土地基大直径钢管桩的P-Y曲线。研究结果表明,加翼桩通过在泥面处设置翼板可降低桩基泥面处倾斜率50%、提高桩基极限承载力60%以上,加翼桩水平承载性能明显优于单桩。     

土层抗浮锚杆承载力关键影响因素现场试验研究

工程实践及理论研究均表明,锚土界面特性和锚杆的几何形状是影响抗浮锚杆承载力的2个关键因素。采用不同的施工工艺进行现场试验施工,得到了具有不同锚土界面特性和锚杆几何形状的抗浮锚杆。通过现场锚杆抗拔试验得到锚杆的应力应变关系及极限抗拔承载力。研究结果表明,改善锚土界面特性和采用变截面的锚固体可显著提高锚杆的抗拔承载力。同时,提出了1种经济高效的抗浮锚杆施工工法。     

浅海桶形基础平台抗拔力与抗倾稳定分析

平台在海上受风、浪、流、冰等水平载荷作用产生倾斜 ,而土壤粘接力、摩擦力和土抗力是平台的抗拔和抗倾力 ,桶基平台应满足抗拔、抗倾稳定的要求 ,以保证平台的整体稳定性。讨论了桶基平台受水平力作用时 ,桶形基础的破坏模式及其计算方法 ,阐述了抗倾稳定计算方法     

胜利六号近海自升式移动钻井平台的插拔桩问题的研究

胜利六号自升式钻井平台在渤海埕北19井施工时,由于插桩过深,造成桩脚起拔困难。这引起了国内外有关专家的普遍关注。本文从分析黄河口地层沉积特征入手,通过对平台单桩承载力、单桩抗拔力的计算,评价胜利六号平台在这一区域施工的可行性。最后对平台桩脚的起拔方法进行讨论。这对该平台今后在这一地区开展工作具有指导性的现实意义。     

黏性土底床中桩基底部吸力试验研究

海洋工程结构物桩基/基础在水下黏性土底床中上拔时,其底部会产生负压,由于负压产生的吸力可一定程度上影响桩基的抗拔力,而对于该力的变化特性目前尚不明确。因此,开展对海工结构物桩基在黏性土底床中上拔时底部吸力的研究具有十分重要的现实意义。通过物理试验,测量了模型桩在黏性土底床垂直上拔过程中底部腔体形态、压力以及拉力的变化情况,分析了上拔速度和埋深比对桩体底部压力的影响。研究结果表明:在黏性土底床中,桩基底部负压吸力对抗拔力有一定影响;桩基上拔时,底部会产生孔隙水腔体,在负压作用下,腔体不断被周围土体回填,使腔体大小保持相对稳定;相同埋深条件下,桩基底部负压随上拔速度增加而增大,但当上拔速度增大到一定值后,其影响不再明显;相同上拔速度情况下,桩基所受负压随埋深的增加而增大。最后提出了计算桩基垂向上拔时底部最大吸力的经验公式,并对公式进行验证。     

海底防沉板—桩复合基础承载特性数值分析

为了研究桩长对海底防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下承载特性的影响,以我国南海水深200 m的某工程实例为研究对象,利用Flac3D有限差分仿真软件建立了计算模型。研究了桩长为4 m、6 m和8 m的防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下的极限承载力和荷载传递机理。结果表明,桩长超过6 m时复合基础的水平承载力显著增长,在水平加载过程中,防沉板总是先达到极限状态而破坏,桩基础的贡献在加载后期体现,且桩长为4 m、8 m时,桩基础与防沉板的连接处弯矩最大;随着桩长的增加,复合基础的抗弯承载力大幅提高,桩基础对复合基础的抗弯承载力贡献增大,当桩长超过8 m,桩长的增加对提高复合基础的抗弯承载力意义不大;在弯矩加载过程中,桩长对于防沉板、桩基础的荷载分配有显著影响,桩长为4 m时,外荷载主要由防沉板承担,当桩长超过4 m时,外荷载主要由桩基础承担;当扭转荷载不超过2 100 k N·m时,防沉板承担主要荷载,直至防沉板达到极限状态而发生旋转,随后桩基础的承载力逐渐发挥;对于桩长为6 m、8 m的复合基础,其极限状态根据防沉板适用性准则确定。     

Stress and deformation of offshore piles under structural and wave loading

Various offshore structures, especially large structures such as Tension Leg Platforms (TLP), are usually supported by concrete piles as the foundation elements. The stress distribution within such a large structure is a dominant factor in the design procedure of an offshore pile. To provide a more accurate and effective design for offshore foundation systems under axial and lateral wave loads, a finite element model is employed herein to determine the stresses and displacements in a concrete pile under similar loading conditions. A parametric study is also performed to examine the effects of the stress distribution due to the changing loading conditions.     

Centrifuge modeling of single pile response due to lateral cyclic loading in kaolin clay

In offshore engineering, pile foundations are commonly constructed in marine deposits to support various structures such as offshore platforms. These piles are subjected to lateral cyclic loading due to wind, wave action, and drag load from ships. In this paper, centrifuge model tests are conducted to investigate the response of the existing single piles due to lateral cyclic loading. The cyclic loading was simulated by a hydraulic actuator. It is found that the residual lateral movement and bending strain are induced in the existing pile after each loading–unloading cycle. This is because plastic deformation is induced in the soil surrounding the existing pile during each loading–unloading cycle. By increasing the applied loads during cyclic loading–unloading process, the lateral movements and bending strains induced in the pile head increase simultaneously. As the cyclic loading varies from 10 to 50 kN, the residual pile head movement increases from 40 to 154?mm, and the residual bending strain of the existing pile varies from 100 to 260 με. The ratio of residual to the maximum pile head movements varies from 0.17 to 0.22, while the ratio of residual to the maximum bending strains is in a range of 0.12–0.55.     

复合载体夯扩桩技术在青岛地区的应用

详细介绍了复合载体夯扩桩的构造、承载机制、设计和施工程序，总结了它的优点和适用范围，并用青岛地区的应用实例说明其桩基计算方法和基桩检测试验结果。应用结果表明，此技术在青岛地区有广泛的应用前景。     

Longitudinal dynamic impedance of a static drill rooted nodular pile embedded in layered soil

The static drill rooted nodular (SDRN) pile is a new type of precast pipe pile with equally spaced nodes distributed along the shaft and wrapped by the surrounding cemented soil. In this paper, the longitudinal dynamic response of the SDRN pile embedded in layered soil is investigated with respect to the complexity of the pile body structure and the pile–soil contact condition. First, the shear complex stiffness transfer model is used to simulate the radial inhomogeneity of the surrounding soil. Then, the governing Equations of the pile–soil system subjected to longitudinal dynamic loading are established. The analytical solution for the dynamic response at the pile head is obtained by the shear complex stiffness transfer method and the impedance function transfer method. The degenerate case of the present solution is compared with the published solution to verify its reliability, and the complex impedance of the SDRN pile is compared with that of the precast pipe pile and the bored pile. Finally, a parametric study is conducted to investigate the influence of pile–soil parameters on the complex impedance at the pile head within the low frequency range concerned in the design of the dynamic foundation.     

土体疲劳对打桩分析的影响

在动力沉桩过程中,桩长时间连续运动导致桩侧土体强度的降低,使土体产生疲劳效应。结合一维应力波动理论,桩土相互作用模型和土体疲劳的不同计算方法,编制计算软件,对渤海某油田采油平台的桩基工程进行打桩分析,预测沉桩过程所需的锤击数、桩周土静阻力以及桩的极限承载力。比较不同的桩侧土体疲劳计算模式的分析结果,并用工程实测数据验证计算值。为工程设计和施工提供参考。     

A simplified calculation method for axial cyclic degradation of offshore wind turbine foundations in clay

Abstract

Pile foundation is the most popular option for the foundation of offshore wind turbines. The degradation of stiffness and bearing capacity of pile foundation induced by cyclic loading will be harmful for structure safety. In this article, a modified undrained elastic–plastic model considering the cyclic degradation of clay soil is proposed, and a simplified calculation method (SCM) based on shear displacement method is presented to calculate the axial degradated capacity of a single pile foundation for offshore wind turbines resisting cyclic loadings. The conception of plastic zone thickness R_p is introduced to obtain the function between accumulated plastic strain and displacement of soil around pile side. The axial ultimate capacity of single piles under axial cyclic loading calculated by this simplified analysis have a good consistency with the results from the finite element analysis, which verifies the accuracy and reliability of this method. As an instance, the behavior of pile foundation of an offshore wind farm under cyclic load is studied using the proposed numerical method and SCM. This simplified method may provide valuable reference for engineering design.     

水平循环荷载下海上风电楔形单桩土体变形研究

海上风电工程主要受到风、波浪及洋流等产生的水平循环荷载作用,本文研究楔形单桩基础在水平循环荷载作用下的变形规律,并探讨不同循环荷载对变形规律产生的影响,以确保风电设施正常运行。通过数值模拟建立海上风电单桩-海床模型,考虑土体超孔隙水压力的演变规律及土体致密规律,土体采用UBC3D-PLM本构模型。本文重点讨论并分析在不同水平循环荷载作用下楔形单桩基础与等截面单桩基础的桩周土体位移、塑性应变及桩基累计转角位移之间的差异。研究结果表明：楔形结构会降低桩周土体位移及塑性应变,使得楔形单桩基础旋转中心位置更低,产生倾覆的可能更小,当循环荷载比为0.7时,累计转角位移能减少41.86%;循环荷载越大,楔形单桩基础水平受荷特性越好,累计位移减少量的增长率越高。研究成果可为今后海上风电基础的选择与设计提供参考。     

多桩锥体海洋平台结构冰荷载遮蔽效应离散元分析

在海冰与多桩锥体海洋平台结构的相互作用中,平台结构总冰力在海冰流向和桩腿方位的影响下呈现出显著的遮蔽效应。采用具有粘结-破碎效应的离散元方法,基于GPU并行的高性能计算,对不同冰向下锥体海洋平台结构的冰荷载进行了数值分析,确定了不同冰向下平台结构各桩腿的冰力衰减系数并分析了总冰力的遮蔽效应。最后,对自由边界影响下多桩平台结构冰荷载遮蔽效应的产生机理进行了讨论。本文工作可为多桩腿平台结构的冰荷载特性、冰激结构振动以及冰区结构设计提供参考。