海洋平臺(tái)打樁技術(shù)研究

茍建元(山東海盛海洋工程集團(tuán)有限公司工程公司 山東 東營(yíng) 257237)

隨著海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用，海洋平臺(tái)的數(shù)量和規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，作為海洋平臺(tái)主要的支撐方式，基樁的數(shù)目和規(guī)模也在不斷的增大，基樁作為主要的海洋平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施，也得到了大量的應(yīng)用，大直徑長(zhǎng)基樁也隨之發(fā)展與應(yīng)用起來(lái)，海洋平臺(tái)基樁的穩(wěn)定性直接關(guān)系到海洋平臺(tái)的工作壽命和工作人員的生命安全，因此需要不斷的加強(qiáng)海洋平臺(tái)基樁的穩(wěn)定性和安全性。海洋基樁動(dòng)力打入的方式要比灌注的方法具有許多優(yōu)勢(shì)，由于動(dòng)力打入的基樁是預(yù)先在地面上制作好的基樁，基樁的質(zhì)量高、強(qiáng)度大，而且動(dòng)力打入的方法，施工時(shí)間短，施工效率高，使用方便，適用于各種惡劣的環(huán)境，同時(shí)基樁在制作的過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用條件，做相應(yīng)的抗腐蝕處理。海洋平臺(tái)基樁的打入過(guò)程，涉及到基樁和海洋地層巖土兩個(gè)方面的，而且還會(huì)受到打入的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，因此基樁的打入過(guò)程非常復(fù)雜。如果設(shè)計(jì)打樁過(guò)程中，不能夠做好基樁的打入設(shè)計(jì)，容易造成基樁不能夠打到既定的設(shè)計(jì)深度、基樁彎曲、頭部碎裂等現(xiàn)象的發(fā)生，這樣既造成了基樁的浪費(fèi)，又會(huì)拖延施工的工期，而且如果基樁打入不穩(wěn)還容易造成海洋平臺(tái)的安全事故，因此需要加強(qiáng)海洋平臺(tái)基樁打入的設(shè)計(jì)研究。

一、海洋平臺(tái)基樁的穩(wěn)定性分析

海洋平臺(tái)工程構(gòu)件的損壞，不單單是由于構(gòu)件材料的強(qiáng)度不夠引起的，同時(shí)也可能是由于構(gòu)件的失穩(wěn)而造成的，許多海洋工程構(gòu)件在沒(méi)有達(dá)到屈服應(yīng)力值后，也會(huì)由于存在的失穩(wěn)現(xiàn)象而導(dǎo)致構(gòu)件的損壞，因此需要重點(diǎn)研究海洋平臺(tái)基樁的穩(wěn)定性。隨著海洋平臺(tái)規(guī)模的增大，用到的基樁直徑和長(zhǎng)度也在不斷的增大，相應(yīng)的采用的樁錘的重量也在不斷的增加，而且基樁的工作環(huán)境也越來(lái)越惡劣，對(duì)基樁的設(shè)計(jì)人員提出了巨大的挑戰(zhàn)。基樁在復(fù)雜惡劣條件，以及較大的沖擊載荷下，既要能夠保證基樁有足夠的強(qiáng)度，還要求基樁在打入的過(guò)程中，能夠打到既定的深度。在動(dòng)力打樁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往注重基樁本身強(qiáng)度的分析，并且注重基樁的經(jīng)濟(jì)性，而對(duì)于基樁的穩(wěn)定性研究則關(guān)注較少，這樣的分析往往不能夠較為全面的分析基樁打入的安全性，容易造成基樁打入事故的發(fā)生。由于基樁的打入是在海洋海水中完成的，受到海水、風(fēng)力等惡劣條件的影響，會(huì)影響到基樁自由站立的穩(wěn)定性。細(xì)長(zhǎng)桿在受到壓力之后，常常會(huì)表現(xiàn)出和強(qiáng)度失效完全不同的狀態(tài)，這樣細(xì)長(zhǎng)桿件在受力時(shí)，首先表現(xiàn)的是桿由直線形態(tài)變?yōu)閺澢螒B(tài)，當(dāng)細(xì)長(zhǎng)桿的彎曲程度越來(lái)越大時(shí)，就容易造成細(xì)長(zhǎng)桿的彎曲折斷。這種細(xì)長(zhǎng)桿在受力后，由直線的狀態(tài)開(kāi)始變?yōu)閺澢臓顟B(tài)，就稱(chēng)為桿的失穩(wěn)。當(dāng)細(xì)長(zhǎng)桿發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象以后，即使是非常小的力，也會(huì)導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)桿較大的彎曲變形。在海洋平臺(tái)基樁的打入過(guò)程中，基樁就相當(dāng)于細(xì)長(zhǎng)桿，如果基樁發(fā)生了失穩(wěn)，即使是非常小的壓力，也會(huì)造成基樁較大的彎曲變形，最終導(dǎo)致整個(gè)基樁系統(tǒng)的失效。導(dǎo)致基樁失穩(wěn)的壓力不一定非常的高，這個(gè)壓力有可能會(huì)低于基樁的機(jī)械強(qiáng)度，因此發(fā)生基樁失穩(wěn)后，不是基樁的強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，主要是由于基樁的穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)。通常情況下，基樁彎曲后的特征基本是一致的，基樁發(fā)生彎曲后，基樁整體開(kāi)始表現(xiàn)為彈性，而且應(yīng)力和應(yīng)變并沒(méi)有準(zhǔn)確的關(guān)系，當(dāng)基樁發(fā)生彈性彎曲后，通過(guò)材料和受力的研究，得到基樁發(fā)生彎曲破壞的臨界載荷。在海洋平臺(tái)基樁的打入過(guò)程中，基樁的穩(wěn)定研究主要內(nèi)容包括，基樁打入的下端可以看做是一個(gè)固定端，基樁的長(zhǎng)軸受壓彎曲一直都存在，當(dāng)基樁打入的過(guò)程中會(huì)發(fā)生局部的打入彎曲。長(zhǎng)軸壓曲是當(dāng)海洋基樁的被打入到海底土中后發(fā)生的，這種情況下，一般只考慮基樁地面以上的長(zhǎng)軸彎曲，而將地面以下的基樁作為一個(gè)固定端來(lái)分析。

二、海洋平臺(tái)基樁與土塞的相互作用研究

在海洋平臺(tái)管樁的打入過(guò)程中，經(jīng)過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例和室內(nèi)研究表明。管樁內(nèi)的土塞的高度主要的影響因素有，土塞的性質(zhì)、管樁的尺寸、以及設(shè)計(jì)打入深度等方面的影響，其中關(guān)系最為密切的就是管樁的直徑和土塞的性質(zhì)。如果土塞為層狀，那么當(dāng)管樁打入地基中后，管內(nèi)土塞的高度和土塞的層序變化、以及土塞的軟硬程度有關(guān)，在較軟的泥土中，土塞的高度要大大的高于在較硬的泥土中。隨著管樁直徑的不斷增大，管樁內(nèi)土塞的高度也在不斷的升高。對(duì)于直徑較大的管樁，如果打入的泥土不是很硬，那么管樁內(nèi)土塞的高度基本和管樁的長(zhǎng)度相當(dāng)。在基樁的打入過(guò)程中，基樁外側(cè)產(chǎn)生的外摩擦阻力是非常重要的，對(duì)于管樁基樁，垂直剪切變形存在的位置在基樁打入的附近，由于剪切力的存在而產(chǎn)生的剪切波是沿著管徑向傳播的。在粘性泥土中打入基樁的過(guò)程，土塞效應(yīng)的大小主要和粘土的強(qiáng)度有關(guān)。但是在砂土中打入基樁的過(guò)程，往往會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有土塞的現(xiàn)象，特別是在小直徑的基樁打入到砂土中后，很難存在土塞的現(xiàn)象，而且在砂土的基樁打入，經(jīng)常會(huì)打入不到設(shè)計(jì)的深度。在基樁的內(nèi)壁向下打入時(shí)，內(nèi)壁受到的摩擦力較大。

結(jié)束語(yǔ)

海洋基樁作為海洋平臺(tái)的主要的支撐方式，其應(yīng)用的范圍和應(yīng)用的規(guī)模在不斷地增加，海洋基樁打入過(guò)程中穩(wěn)定問(wèn)題，也越來(lái)越受到研究人員重視。動(dòng)力打入的基樁是預(yù)先在地面上制作好的基樁，基樁的質(zhì)量高、強(qiáng)度大，而且動(dòng)力打入的方法，施工時(shí)間短，施工效率高，使用方便，適用于各種惡劣的環(huán)境。如果基樁發(fā)生了失穩(wěn)，即使是非常小的壓力，也會(huì)造成基樁較大的彎曲變形，最終導(dǎo)致整個(gè)基樁系統(tǒng)的失效。導(dǎo)致基樁失穩(wěn)的壓力不一定非常的高，這個(gè)壓力有可能會(huì)低于基樁的屈服強(qiáng)度。管樁內(nèi)的土塞的高度主要的影響因素有，土塞的性質(zhì)、管樁的尺寸、以及設(shè)計(jì)打入深度等方面的影響，其中關(guān)系最為密切的就是管樁的直徑和土塞的性質(zhì)。參考文獻(xiàn):

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