海洋工程中大直徑超長鋼管樁動力沉樁基礎理論研究

《海洋工程中大直徑超長鋼管樁動力沉樁基礎理論研究》是依託天津大學，由劉潤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海洋工程中大直徑超長鋼管樁動力沉樁基礎理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉潤
• 依託單位：天津大學

項目摘要

動力沉樁分析不僅是工程中亟待解決的關鍵問題，更涉及波動理論、動力學、土力學和材料損傷機制的基礎研究。為突破海上打樁施工精確可控的技術瓶頸，本項研究以實現對大直徑、超長鋼管樁可打入性的準確預判為目標，以揭示海上打樁施工問題的理論根源為創新導向，針對大尺度鋼管樁的結構特點開展錘－樁－土系統耦合動力作用機理、土塞閉塞效應機理、土體水力劈裂機理、拒錘、溜樁機理等方面的基礎理論研究。主要包括：開發基於神經網路模型具有相當規模和辨識力的打樁分析數位化平台；針對置錘瞬間荷載特點，基於可靠度理論推導樁自由站立穩定性的分項係數；揭示大直徑、超長鋼管樁土塞閉塞效應產生機理，建立判斷方法；揭示拒錘與溜樁現象的理論根源，提出預測方法體系；研究海洋平台樁基動測的反射波特徵，建立測試結果的科學分析方法。通過研究，為海洋工程大直徑、超長鋼管樁可打入性的準確預判提出理論和方法的支持，提升我國海上樁基施工的科技創新水平。

結題摘要

本項目開展了以下幾方面的研究工作：（1）基於神經網路模型開發了動力沉樁分析數位化系統。以神經網路模型為基礎，收集和整理了現有海上打樁施工記錄，建立了包括打樁工程相關信息的數位化系統，為同類打樁工程確定樁段長度、選擇錘型、停錘位置等技術參數提供指導。（2）開展了大直徑鋼管樁自由站立屈曲失穩理論研究。針對大直徑管樁的自由站立失穩模態和失穩發生機制構建了系統的理論分析方法，基於可靠度理論考慮荷載作用的瞬時特點，確定了工程設計中應採用的安全係數。（3）開展了土塞形成機制及閉塞效應判斷方法研究。結合大直徑、超長鋼管樁土塞的形成機制和特點，提出了宜採用太沙基或邁耶霍夫深基礎公式計算樁端阻力，進而建立了判斷大直徑鋼管樁土塞效應的改進靜力平衡方法和擬靜力方法。（4）開展了動力沉樁過程中溜樁現象產生機理研究。基於樁錘—樁—土相互作用原理，揭示了打樁過程中土體性狀的變化以及溜樁現象的發生機理，建立波動方程數值模擬方法，結合實際工程驗證，實現了對溜樁現象及溜樁區間的準確預測。（5）開展了拒錘現象研究並提出了樁身結構最佳化方案。揭示了拒錘現象發生的機理，提出根據停錘後重新啟動所需要的錘擊數來判斷土體強度隨時間的恢復程度，從而預測後繼打樁拒錘現象的發生。進而基於理論分析成果，最佳化樁身結構設計，提出了指導打樁停錘位置和停錘時間的理論方法，避免拒錘現象的發生。（6）開展了海洋平台樁基動測研究。結合海洋平台的樁基施工開展了海洋平台的大應變樁基動測實驗，獲得了打樁過程中樁身最大應力、樁身完整性、打樁錘工作狀態以及樁基承載力的實測數據，為樁周土體強度增長規律的研究奠定了基礎。通過以上研究解決了海洋大直徑超長鋼管樁沉樁全過程精準控制的前沿難題。