[发明专利]确定海洋工程大直径钢管桩在自重作用下入土深度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋桩基工程中大直径钢管桩可打入性分析方法。特别是涉及一种确定海洋工程大直径钢管桩在自重作用下入土深度的方法。

背景技术

随着海洋石油与天然气开发区域的水深逐渐增加，海洋工程装备的提升，海洋平台的钢管桩基础由原来的小直径短桩（例如：直径800mm，长度50-60m）发展为目前常用的大直径一体超长桩（例如：直径2m，长度大于120m），进行准确的桩的可打入性分析对于桩基施工以及整个平台能否顺利建成均具有十分重要的意义。确定钢管桩在自重作用下进入土层的深度，是打桩初始阶段进行桩身自由站立分析的前提。

通常海洋表层土体软弱，钢管桩在吊装直立就位后，将在自重作用下进入土体一定深度。下端进入土层的钢管桩，类似于底部固定的压杆，属于悬臂结构，在打桩初期桩顶置锤的瞬间，需验算桩身在上部锤重作用下的稳定性，即桩的自由站立稳定性，这一问题类似于压杆稳定性的验算，如果入泥深度小则土面以上的桩长度有可能使其长细比过大，在桩中产生过大的应力，使这部分桩发生屈曲，所以准确地判断桩在自重作用下的入泥深度对于置桩阶段桩的稳定性验算非常重要。与传统的压杆稳定问题不同是，桩的自由段长度与桩的入土段长度相关联为变量，而桩的入土段长度随着桩体结构的自重和土体强度的改变而发生变化；且影响桩体稳定的荷载包括锤重和桩自由段自重的共同作用。由于桩体进入土层的长度直接影响桩的自由段长度，因此准确确定桩体在自重作用下沉入土体的深度在打桩分析中具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够准确计算大直径钢管桩自重下沉时受到不同性质土体阻力的确定海洋工程大直径钢管桩在自重作用下入土深度的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种确定海洋工程大直径钢管桩在自重作用下入土深度的方法，包括如下步骤：

（1）根据钢管桩的设计参数计算确定钢管桩体自重W_P；

（2）假设入泥深度h；

（3）根据事先假设的入泥深度h，分别计算钢管桩单位面积的桩端阻力和桩侧摩阻力；

（4）计算钢管桩总阻力F_s

Fs=∫0hfsx·Lc·dx+quh·Ab]]>

式中：f_sx——计算点x所在土层的钢管桩单位面积的桩侧摩阻力；

q_uh——钢管桩单位面积的桩端阻力；

L_c——钢管桩的内外侧周长之和；

A_b——桩端的环形面积；

（5）确定钢管桩的自沉深度

当W_p=F_s时，所假设的入泥深度h为钢管桩的自沉深度。

步骤（3）包括：计算钢管桩进入粘性土层时单位面积的桩端阻力和桩侧摩阻力，以及计算钢管桩进入砂性土层时单位面积的桩端阻力和桩侧摩阻力。

当钢管桩进入粘性土层时，桩侧单位面积土体阻力按下式计算：

f_s=αc

式中：α——无量纲系数；

c——计算点土的不排水剪切强度，

系数α或由下式计算：

α=0.5Ψ^-0.5，Ψ≤1.0

α=0.5Ψ^-0.25，Ψ＞1.0

限制条件是α≤1.0

式中：Ψ——计算点处的c/P′_o；

P′_o——计算点的有效上覆土压力，

单位面积的桩端土体阻力按下式计算：

q_u=9c