海洋樁基平臺(tái)大直徑超長(zhǎng)樁的沉樁過程研究

隨著我國(guó)海洋石油事業(yè)的飛速發(fā)展，海洋平臺(tái)作為開發(fā)海洋資源的主要基礎(chǔ)設(shè)施不斷興建，樁基礎(chǔ)是海洋平臺(tái)的主要基礎(chǔ)形式，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)施工中，對(duì)樁進(jìn)行可打入性分析、制定施工方案及沉樁施工工序是平臺(tái)建造初期至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。隨著海洋油、氣開發(fā)活動(dòng)逐漸由近海向深海發(fā)展，面臨的環(huán)境條件更加復(fù)雜，出現(xiàn)了大直徑、超長(zhǎng)、深貫入的打入樁，對(duì)樁的可打入性分析及施工組織設(shè)計(jì)提出了更高、更苛刻的要求。本課題結(jié)合所承擔(dān)的東方1-1 2100433B

動(dòng)力沉樁分析不僅是工程中亟待解決的關(guān)鍵問題，更涉及波動(dòng)理論、動(dòng)力學(xué)、土力學(xué)和材料損傷機(jī)制的基礎(chǔ)研究。為突破海上打樁施工精確可控的技術(shù)瓶頸，本項(xiàng)研究以實(shí)現(xiàn)對(duì)大直徑、超長(zhǎng)鋼管樁可打入性的準(zhǔn)確預(yù)判為目標(biāo)，以揭示海上打樁施工問題的理論根源為創(chuàng)新導(dǎo)向，針對(duì)大尺度鋼管樁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開展錘－樁－土系統(tǒng)耦合動(dòng)力作用機(jī)理、土塞閉塞效應(yīng)機(jī)理、土體水力劈裂機(jī)理、拒錘、溜樁機(jī)理等方面的基礎(chǔ)理論研究。主要包括：開發(fā)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有相當(dāng)規(guī)模和辨識(shí)力的打樁分析數(shù)字化平臺(tái)；針對(duì)置錘瞬間荷載特點(diǎn)，基于可靠度理論推導(dǎo)樁自由站立穩(wěn)定性的分項(xiàng)系數(shù)；揭示大直徑、超長(zhǎng)鋼管樁土塞閉塞效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理，建立判斷方法；揭示拒錘與溜樁現(xiàn)象的理論根源，提出預(yù)測(cè)方法體系；研究海洋平臺(tái)樁基動(dòng)測(cè)的反射波特征，建立測(cè)試結(jié)果的科學(xué)分析方法。通過研究，為海洋工程大直徑、超長(zhǎng)鋼管樁可打入性的準(zhǔn)確預(yù)判提出理論和方法的支持，提升我國(guó)海上樁基施工的科技創(chuàng)新水平。

本項(xiàng)目開展了以下幾方面的研究工作：（1）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型開發(fā)了動(dòng)力沉樁分析數(shù)字化系統(tǒng)。以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)，收集和整理了現(xiàn)有海上打樁施工記錄，建立了包括打樁工程相關(guān)信息的數(shù)字化系統(tǒng)，為同類打樁工程確定樁段長(zhǎng)度、選擇錘型、停錘位置等技術(shù)參數(shù)提供指導(dǎo)。（2）開展了大直徑鋼管樁自由站立屈曲失穩(wěn)理論研究。針對(duì)大直徑管樁的自由站立失穩(wěn)模態(tài)和失穩(wěn)發(fā)生機(jī)制構(gòu)建了系統(tǒng)的理論分析方法，基于可靠度理論考慮荷載作用的瞬時(shí)特點(diǎn)，確定了工程設(shè)計(jì)中應(yīng)采用的安全系數(shù)。（3）開展了土塞形成機(jī)制及閉塞效應(yīng)判斷方法研究。結(jié)合大直徑、超長(zhǎng)鋼管樁土塞的形成機(jī)制和特點(diǎn)，提出了宜采用太沙基或邁耶霍夫深基礎(chǔ)公式計(jì)算樁端阻力，進(jìn)而建立了判斷大直徑鋼管樁土塞效應(yīng)的改進(jìn)靜力平衡方法和擬靜力方法。（4）開展了動(dòng)力沉樁過程中溜樁現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理研究?；跇跺N—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(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理，建立波動(dòng)方程數(shù)值模擬方法，結(jié)合實(shí)際工程驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溜樁現(xiàn)象及溜樁區(qū)間的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。（5）開展了拒錘現(xiàn)象研究并提出了樁身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。揭示了拒錘現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理，提出根據(jù)停錘后重新啟動(dòng)所需要的錘擊數(shù)來判斷土體強(qiáng)度隨時(shí)間的恢復(fù)程度，從而預(yù)測(cè)后繼打樁拒錘現(xiàn)象的發(fā)生。進(jìn)而基于理論分析成果，優(yōu)化樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了指導(dǎo)打樁停錘位置和停錘時(shí)間的理論方法，避免拒錘現(xiàn)象的發(fā)生。（6）開展了海洋平臺(tái)樁基動(dòng)測(cè)研究。結(jié)合海洋平臺(tái)的樁基施工開展了海洋平臺(tái)的大應(yīng)變樁基動(dòng)測(cè)實(shí)驗(yàn)，獲得了打樁過程中樁身最大應(yīng)力、樁身完整性、打樁錘工作狀態(tài)以及樁基承載力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為樁周土體強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律的研究奠定了基礎(chǔ)。通過以上研究解決了海洋大直徑超長(zhǎng)鋼管樁沉樁全過程精準(zhǔn)控制的前沿難題。 2100433B

中文名稱

樁基平臺(tái)

英文名稱

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定　　義

用樁作為支承結(jié)構(gòu)的平臺(tái)。

應(yīng)用學(xué)科

船舶工程（一級(jí)學(xué)科），海洋油氣開發(fā)工程設(shè)施與設(shè)備（二級(jí)學(xué)科）