海洋石油平台大直径越长桩贯入特性及原位测试研究

摘要

随着我国对海洋石油、天然气资源的大力开发，在浅海中应用十分广泛的固定式导管架石油平台的建设方兴未艾。导管架平台钢管桩基础呈现出大直径、超长桩身、深贯入度、单桩承载力大的发展趋势，这样的基础结构设计可以节省桩基的用钢量，降低平台基础造价。但同时也加大了施工中的打桩难度。近年来，在渤海湾进行的石油平台桩基打桩过程中多次出现拒锤现象，造成了巨大的经济损失。这凸显出目前海洋石油平台桩基工程中，以桩基的可打入性分析为核心的亟待解决的诸多问题，主要有：第一，目前可打入性分析中只进行了桩基连续贯入条件下的模拟计算，对由于接桩需要而停锤，间隔一定休止期后的重新打桩(Restart)环节没有考虑，然而Restart是整个打桩过程中拒锤风险最大的环节；第二，缺乏能够降低桩基拒锤风险的有效工程对策。设计中进行的可打入性分析很难兼顾到海上施工中受到的诸如气象、海浪以及施工机械故障等因素对打桩进程的影响，因此，通过可打入性分析研究提出能够降低拒锤风险的工程措施是十分重要的；第三，缺少针对海上平台桩基承载力的检测方法。无论是桩基被顺利贯入到设计深度，还是打桩过程中出现了拒锤，最根本的问题是桩基承载力是否能够满足设计要求。本文密切结合海上平台打桩工程实践，研究和分析实测打桩记录，通过室内土性模拟试验研究及现场原位测试，力图建立更加完善和符合实际的桩基可打入性分析方法。并在此基础上，对出现的拒锤现象进行分析研究，提出能有效降低桩基拒锤风险的工程对策，并用于指导工程实践。本文的主要研究内容和成果如下：
　　(1)在模拟桩基连续贯入的可打入性分析中，桩周土的疲劳效应是影响计算结果的关键。通过室内动三轴试验模拟连续打桩的往复作用使得桩周粘性土发生大应变塑性变形，研究了粘性土因疲劳效应而产生强度衰减的机理。并与砂性土做了对比分析研究。在此基础上提出了改进的模拟连续打桩过程中桩周土体疲劳效应的计算方法。
　　(2)进行了国内首次完整的针对海洋石油平台桩基的高应变动测打桩过程监控试验，以及检测桩基承载力的高应变复打测试。通过与现场高应变实测结果对比，验证了可打入性分析计算的准确性。建立了通过打桩结束一周后的复打测试结果复核桩基设计承载力的方法，在此基础上研究并提出了停锤后桩周土强度随时间的增长变化规律。
　　(3)在一维波动方程有限差分解答理论的基础上，建立了模拟打桩过程中拒锤风险最大的接桩、停锤一定时间的后继打桩Restart时的计算方法。该方法采用本文提出的改进的桩周土疲劳效应模拟方法对桩基连续打桩进行可打入性分析。同时，还能考虑打桩过程中接桩，停锤一定时间的后继打桩Restart时桩周土中超孔压消散和强度恢复对可打入性的影响。
　　(4)利用本课题的研究成果，对渤海湾某建设中的油田发生打桩拒锤的工程进行了分析研究，在此基础上提出了通过改变桩基结构设计降低打桩中拒锤风险的工程对策，并为工程单位所采用，己取得了良好的效果。

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第1章 绪论

第2章 地理信息数据打桩记录分析

第3章 桩基可打入性分析计算理论基础

第4章 连续打桩过程中桩周土疲劳效应研究

第5章 海洋石油平台桩基高应变动测研究

第6章 拒锤实例分析及工程措施研究

第7章 结论与展望

发表论文和参加科研情况说明

附录

参考文献

致谢