海洋平台打桩技术研究

苟建元(山东海盛海洋工程集团有限公司工程公司 山东 东营 257237)

随着海洋资源的不断开发和利用，海洋平台的数量和规模在不断的扩大，作为海洋平台主要的支撑方式，基桩的数目和规模也在不断的增大，基桩作为主要的海洋平台的基础设施，也得到了大量的应用，大直径长基桩也随之发展与应用起来，海洋平台基桩的稳定性直接关系到海洋平台的工作寿命和工作人员的生命安全，因此需要不断的加强海洋平台基桩的稳定性和安全性。海洋基桩动力打入的方式要比灌注的方法具有许多优势，由于动力打入的基桩是预先在地面上制作好的基桩，基桩的质量高、强度大，而且动力打入的方法，施工时间短，施工效率高，使用方便，适用于各种恶劣的环境，同时基桩在制作的过程中，可以根据实际的应用条件，做相应的抗腐蚀处理。海洋平台基桩的打入过程，涉及到基桩和海洋地层岩土两个方面的，而且还会受到打入的动力学参数的影响，因此基桩的打入过程非常复杂。如果设计打桩过程中，不能够做好基桩的打入设计，容易造成基桩不能够打到既定的设计深度、基桩弯曲、头部碎裂等现象的发生，这样既造成了基桩的浪费，又会拖延施工的工期，而且如果基桩打入不稳还容易造成海洋平台的安全事故，因此需要加强海洋平台基桩打入的设计研究。

一、海洋平台基桩的稳定性分析

海洋平台工程构件的损坏，不单单是由于构件材料的强度不够引起的，同时也可能是由于构件的失稳而造成的，许多海洋工程构件在没有达到屈服应力值后，也会由于存在的失稳现象而导致构件的损坏，因此需要重点研究海洋平台基桩的稳定性。随着海洋平台规模的增大，用到的基桩直径和长度也在不断的增大，相应的采用的桩锤的重量也在不断的增加，而且基桩的工作环境也越来越恶劣，对基桩的设计人员提出了巨大的挑战。基桩在复杂恶劣条件，以及较大的冲击载荷下，既要能够保证基桩有足够的强度，还要求基桩在打入的过程中，能够打到既定的深度。在动力打桩的设计过程中，设计人员往往注重基桩本身强度的分析，并且注重基桩的经济性，而对于基桩的稳定性研究则关注较少，这样的分析往往不能够较为全面的分析基桩打入的安全性，容易造成基桩打入事故的发生。由于基桩的打入是在海洋海水中完成的，受到海水、风力等恶劣条件的影响，会影响到基桩自由站立的稳定性。细长杆在受到压力之后，常常会表现出和强度失效完全不同的状态，这样细长杆件在受力时，首先表现的是杆由直线形态变为弯曲形态，当细长杆的弯曲程度越来越大时，就容易造成细长杆的弯曲折断。这种细长杆在受力后，由直线的状态开始变为弯曲的状态，就称为杆的失稳。当细长杆发生失稳的现象以后，即使是非常小的力，也会导致细长杆较大的弯曲变形。在海洋平台基桩的打入过程中，基桩就相当于细长杆，如果基桩发生了失稳，即使是非常小的压力，也会造成基桩较大的弯曲变形，最终导致整个基桩系统的失效。导致基桩失稳的压力不一定非常的高，这个压力有可能会低于基桩的机械强度，因此发生基桩失稳后，不是基桩的强度不达标，主要是由于基桩的稳定性不达标。通常情况下，基桩弯曲后的特征基本是一致的，基桩发生弯曲后，基桩整体开始表现为弹性，而且应力和应变并没有准确的关系，当基桩发生弹性弯曲后，通过材料和受力的研究，得到基桩发生弯曲破坏的临界载荷。在海洋平台基桩的打入过程中，基桩的稳定研究主要内容包括，基桩打入的下端可以看做是一个固定端，基桩的长轴受压弯曲一直都存在，当基桩打入的过程中会发生局部的打入弯曲。长轴压曲是当海洋基桩的被打入到海底土中后发生的，这种情况下，一般只考虑基桩地面以上的长轴弯曲，而将地面以下的基桩作为一个固定端来分析。

二、海洋平台基桩与土塞的相互作用研究

在海洋平台管桩的打入过程中，经过大量的现场实例和室内研究表明。管桩内的土塞的高度主要的影响因素有，土塞的性质、管桩的尺寸、以及设计打入深度等方面的影响，其中关系最为密切的就是管桩的直径和土塞的性质。如果土塞为层状，那么当管桩打入地基中后，管内土塞的高度和土塞的层序变化、以及土塞的软硬程度有关，在较软的泥土中，土塞的高度要大大的高于在较硬的泥土中。随着管桩直径的不断增大，管桩内土塞的高度也在不断的升高。对于直径较大的管桩，如果打入的泥土不是很硬，那么管桩内土塞的高度基本和管桩的长度相当。在基桩的打入过程中，基桩外侧产生的外摩擦阻力是非常重要的，对于管桩基桩，垂直剪切变形存在的位置在基桩打入的附近，由于剪切力的存在而产生的剪切波是沿着管径向传播的。在粘性泥土中打入基桩的过程，土塞效应的大小主要和粘土的强度有关。但是在砂土中打入基桩的过程，往往会出现没有土塞的现象，特别是在小直径的基桩打入到砂土中后，很难存在土塞的现象，而且在砂土的基桩打入，经常会打入不到设计的深度。在基桩的内壁向下打入时，内壁受到的摩擦力较大。

结束语

海洋基桩作为海洋平台的主要的支撑方式，其应用的范围和应用的规模在不断地增加，海洋基桩打入过程中稳定问题，也越来越受到研究人员重视。动力打入的基桩是预先在地面上制作好的基桩，基桩的质量高、强度大，而且动力打入的方法，施工时间短，施工效率高，使用方便，适用于各种恶劣的环境。如果基桩发生了失稳，即使是非常小的压力，也会造成基桩较大的弯曲变形，最终导致整个基桩系统的失效。导致基桩失稳的压力不一定非常的高，这个压力有可能会低于基桩的屈服强度。管桩内的土塞的高度主要的影响因素有，土塞的性质、管桩的尺寸、以及设计打入深度等方面的影响，其中关系最为密切的就是管桩的直径和土塞的性质。参考文献:

[1]黄强.桩基工程若干热点技术问题 [M].中国建筑工业出版社.1998.

[2]宰金璋,朱光裕.开口钢管桩土塞的机理与性状研究[C].桩基技术新进展学术讨论会论文集.宁波,1991.