大直径钢管桩土塞效应的判断和沉桩过程分析

港口工程和海洋工程中出现了越来越多的大直径超长钢管桩。由于这种桩直径较大,土塞的形成对桩的可打入性和承载力有较大的影响。鉴于此,根据大直径和超大直径钢管桩土塞性状的特殊性,考虑了桩直径对侧壁摩阻力、端阻力的影响,引入了尺寸效应系数,重新建立了土塞微分体的静力平衡方程,提出了采用改进的静力平衡法进行土塞效应判断,同时采用波动方程法近似模拟土塞与桩管内壁的相互作用,建立了简化的土塞与桩壁相互作用模型,并用该方法进行实际工程的打桩分析,分析结果表明该方法对土塞效应的判断、打桩过程的预测等与工程实测数据吻合较好。     

基于能量法的大直径超长钢管桩溜桩问题分析

海洋桩平台采用大直径超长桩,由于桩、锤的重量很大,沉桩过程中经常发生溜桩现象。因此为了便于打桩控制,判断溜桩的范围是非常必要的。结合实际工程对溜桩的过程和发生机理进行了探讨;利用PCPT原位测量资料,基于能量法建立了判断溜桩范围的分析计算方法。针对南海油田典型的平台桩沉桩过程中的溜桩问题进行了分析计算,验证了所提出的方法的合理性,可供桩设计以及沉桩施工参考。     

海洋平台大直径钢管桩打桩过程有限元分析研究

近年来海上工程的规模越来越大,为了满足工程需要,桩基设计常常采用大直径,大长度的钢管桩。打桩过程是个相当复杂的过程,不仅涉及到几何非线性、材料非线性、边界非线性,而且是个动力过程。有限元法在处理打桩分析方面具有很强的优势,采用PLAXIS对不同条件下的打桩问题进行了动力模拟分析。分析显示在打桩过程中,桩端土体会产生较大的水平位移和竖向位移,桩端土体和靠近桩端的部分土塞内会产生较大的超孔隙水压力。在砂土中,停锤较短时间也会使孔压迅速消散,这也是打桩中间的停锤会造成后续打桩困难的主要原因。     

海上大直径钢管桩打桩过程中桩周土强度弱化研究

海上大直径钢管桩打桩过程中,桩周土体受到强烈扰动而发生强度弱化,掌握桩周土体强度弱化规律对于准确预测打桩过程、保证工程安全具有重要意义。为研究土体强度弱化规律,开展了环剪试验模拟打桩对桩周土体的扰动,测试土体强度随剪切速率的变化规律,建立了描述土体强度弱化规律的拟合公式,引入到打桩分析软件中。研究结果表明：土体的强度折减程度不仅与土体本身的性质有关还受到土体的埋深和剪切速率的影响,埋深越深土体强度折减程度越低,剪切速率越高土体强度折减越高,在打桩分析中可采用这里推荐的线性折减方法来模拟不同深度处土体强度的折减规律。     

BP神经网络在海洋平台桩基轴向承载力中的应用研究

目前海洋石油导管架平台桩基础的轴向极限承载力常用的设计方法为API RP2A(美国石油协会)和静力触探(CPT)的方法.在这两种方法的基础上,提出了用BP神经网络模型对桩的轴向极限承载力进行计算的思路,能够有效地预测桩的轴向极限承载力.根据BP神经网络算法具有较强的非线性映射能力和学习功能的特点,通过对影响单桩极限承载力因素的分析,依据静力触探资料建立了基于BP神经网络的单桩轴向极限承载力预测模型.通过利用API RP2A方法分析成果对该模型进行学习训练和预测检验,证明了预测模型性能良好、具有较高的精度和收敛速度快等特点,验证了神经网络方法的可行性,预测结果能够指导桩基础设计,缩短周期.因而具有较大的工程实用价值.     

海底浅表层不同土类静力触探参数与物理力学性质对比研究

海底土的物理、力学特性是海洋地质学、海洋土工学、海洋地质灾害等调查研究及海洋资源开发环境条件调查和评价等方面非常重要的资料,海底静力触探试验(CPT)是获取这方面资料的一种快速高效、成本低、测试精度高的原位测试方法。它可同时获取海底土锥尖阻力、侧摩阻力等方面的连续原位测试数据,这些数据与海底土取样样品测试分析资料及物探资料结合,可对海底土的工程特性等作比较全面的分析和评价。本文对采集的海底土样的静力触探参数与海底土样的物理力学指标进行相关分析,分粘性土和砂类土二类,建立了海底浅表层土的静力触探参数与物理力学指标之间的相关方程。利用相关方程可以通过静力触探的数据来推算土的物理力学指标,进而对海底土的工程情况作较全面的评价。     

粉土中吸力桶沉贯阻力与土塞失稳机理研究

针对粉土中吸力桶在吸力沉贯中的两个关键性问题——沉贯阻力和内部土体稳定性,在自行研制的试验平台上进行了一系列吸力桶沉贯模型试验。试验结果表明,粉土中吸力沉贯时,Andersen所提供的基于CPT锥尖强度的阻力计算公式能较好预测阻力发展趋势,但计算结果偏小;而修正的承载力公式预测结果在沉贯前期与实测值较吻合,沉贯后期预测偏大。吸力沉贯前期,贯入阻力随深度稳步增长,直到贯入深度达到某个临界值后,阻力增长缓慢甚至保持不变。桶内粉土在吸力作用下的失稳机理与黏土或砂土不同,在渗透力作用下表现为从土层表面开始的自上而下管涌或渗流侵蚀。沉贯后期,端部土体在较高水头差下发生失稳并向桶内流动,造成了桶内土体密度降低,端阻力与内壁摩阻力降低,总贯入阻力主要由外壁摩阻力提供。并结合有限元模拟对上述实验现象的内在机理进行了解释。     

离散元法模拟吸力锚施工中生成的土塞研究

吸力锚是近年来在海洋工程中出现并得以迅速发展的一种新型基础形式。然而吸力锚施工中产生的土塞现象对顺利施工和安全使用构成了严重的威胁。文章采用了离散单元法来研究吸力锚施工中的土塞现象,并得到了一些结论。圆形刚性颗粒模型是文章中所采用的基本模型,同时动态松弛法成为基本的求解方法。     

筒型基础安装过程中筒内土塞生成的可视化模拟计算

筒型基础安装过程中,筒内的负压作用会导致土塞现象的出现。以试验模型为基础建立可变形离散元计算模型,通过VC＋＋编制的程序SPSAⅡ对筒型基础负压沉贯中土塞的生成过程进行可视化模拟计算。考虑渗流力、筒壁内外摩擦阻力和筒内负压吸力作为土塞产生的主要外荷载,分别模拟渤海地区3种典型土（黏土、粉土和砂土）的情况。其中,粉土情况下。程序的收敛速度最快,黏土情况下,土塞的计算高度最接近试验测量值,数值计算结果表明该计算方法作为筒型基础施工前筒内土塞高度的预测方法是可行的。     

大直径圆筒振动下沉动力分析方法研究

本文运用纵向强迫振动多自由度结构和土体等代流变模型 ,对大直径圆筒振动下沉过程进行模拟计算 ,确定在振动锤作用下大直径圆筒的动力响应、筒壁峰值应力和可沉入性 ,并通过工程试验结果验证模拟计算方法的适用性 ,为施工控制提供依据。     

Model tests on open-ended concrete pipe piles jacked in sand

Abstract

An experimental study of the performance of concrete pipe piles during installation under different penetration speeds and static load tests on the piles in sand is presented. The applied jacking force, the amount of pile penetration, length of soil plug formed and ultimate bearing capacity were measured during the model tests. The results showed that the concrete pipe piles were partially plugged and the behavior of the soil plug was significantly affected by the penetration speed. The lower the penetration speed, the larger the soil plug formed which in turn leads to a greater ultimate bearing capacity. The size of soil plug can be evaluated by the m value defined as the ratio of the volume of the soil plug to that of the penetrated pile wall. The relationship between the m value and the penetration speeds can be used to estimate the amount of soil plug and the depth of penetration for an open-ended concrete pipe pile jacked into sand.     

水射流辅助动力沉桩技术研究

水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩是一种有效处理土塞问题使桩达到标准贯入深度的辅助沉桩方法,而该项技术的关键是水射流对桩内土塞的破坏。借助理论分析、数值模拟和模型实验进行水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩研究。首先进行射流破坏土塞理论分析,定性地说明水射流破坏土塞能力与水射流压力、流量等参数有关;然后对不同形状喷嘴形成的射流的破坏土塞能力进行数值模拟,得到六种喷嘴射流作用下土塞内的最大、最小应力;再通过模型实验对有无射流辅助沉桩的沉桩锤击数进行对比,结果表明水射流辅助沉桩的锤击数少于无射流辅助沉桩的锤击数,说明水射流可用于辅助动力沉桩。最后设计出水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩工艺步骤。     

Case study on pile running during the driving process of large-diameter pipe piles

The super-long and large-diameter steel pipe piles are often adopted for the construction of offshore oil platforms in deep sea. One constructability issue related to driving heavy pipe piles is the pile running. The term pile running refers to the quick penetration of a pile into the seabed as a result of its high self-weight and low resistance from the seabed. The unexpected pile running can cause the steel wire of the hammer to break or even the loss of the hammer. A case study of pile running at an oil platform is introduced in this paper. A simplified theoretical method is proposed to explain the mechanisms of the pile running in this case. A factor of friction degradation is proposed to calculate the dynamic skin friction from the static ultimate skin friction of surrounding soil. The comparisons between the predictions to the case history show that the proposed simplified method can be used to predict the pile running condition.     

Pit bearing capacity effect on status of soil plug during pile driving in ocean engineering

Foundation piles of the offshore oil platforms in the Bohai Bay are usually longer than 100 m with a diameter larger than 2 m.Driving such long and large-sized piles into the ground is a difficult task.It needs a comprehensive consider ation of the pile dimensions,soil properties and the hammer energy.Thoughtful drivability analysis has to be performed in the design stage.It has been shown that judging whether the soil column inside the pile is fully plugged,which makes the pile behave as close-ended,strongly influences the accuracy of drivability analysis.Engineering practice repeatedly indicates that the current methods widely used for soil plug judgment often give incorrect results,leading the designers to make a wrong decision.It has been found that this problem is caused by the ignorance of the bearing capacity provided by the soil surrounding the pile.Based on the Terzaghi’s bearing capacity calculation method for deep foundation,a new approach for judging soil plug status is put forward,in which the surcharge effect has been considered and the dynamic effect coefficient is included.This approach has been applied to some practical engineering projects successfully,which may give more reasonable results than the currently used method does.     

海上复杂地质条件下大直径钢管桩时效性试验研究

通过对3根海上复杂地质条件下的大直径钢管桩采取高应变初打与不同休止时间复打相结合的试验方法,得到不同休止时间钢管桩承载力、侧阻力及端阻力大小,以此对不同桩侧土及持力层对钢管桩时效性的影响进行了研究。研究结果表明:1)钢管桩承载力时效性现象明显,且随时间增长迅速; 2)钢管桩侧阻力的恢复系数远大于端阻力; 3)桩侧黏性土强度的恢复是钢管桩侧阻力增加的主要原因; 4)砂土层虽提供的侧阻力较大,但其对侧阻力增长的贡献不如黏性土; 5)持力层越硬,端阻力与承载力的恢复性越差。     

珊瑚礁地质大直径钢管打入桩承载特性研究

马尔代夫中马友谊大桥采用钻孔灌注桩基础,主墩基础施工过程中,将35根大直径钢护筒施沉至中等—强胶结礁灰岩地层,作为钻孔平台的临时桩基础。以主墩大直径钢护筒沉桩记录为依据,并结合高应变动力检测方法,对珊瑚礁地质大直径打入桩的承载性能进行研究。研究结果表明:1)以钙质砂为主的覆盖层侧阻力较小; 2)礁灰岩侧阻力随胶结程度的增加而增大; 3)中等—强胶结礁灰岩可以作为打入桩的持力层,端阻力约占总承载力的70%; 4)打入桩的承载力恢复系数较小,仅为1.1。     

海底麻坑内外土体物理力学特性差异研究

为了研究海底麻坑内外土体物理力学特性的差异,以杭州湾口外软土海底发现的大型麻坑为研究对象,分别在麻坑内外进行了4站15m孔压静力触探(CPTU)测试、2口钻孔共48个柱状样样品的常规土工试验,结果表明麻坑内土体相较麻坑外土体抗剪强度高、压缩模量大,饱和度、孔隙率和含水量低,而浅层气在海底土体中的赋存形式是造成这种差异的主要原因。