用grlveap軟件對鋼板樁打樁過程的分析

用grlveap軟件對鋼板樁打樁過程的分析

近年來，我國發(fā)展趨勢加快，管道基礎是海上風力建設的重要組成部分。隨著單光束裝置的增加，從1985年0.5mw到今天的8.10w不等，葉片直徑從15m上升到當前160m，對樁基礎承載能力的要求越來越高。大直徑鋼管樁因單樁承載力大、加工安裝效率高的特點而廣受青睞。樁基礎是目前海洋工程中應用最為廣泛的一種基礎形式,海上平臺最常用的樁基礎是開口樁,通常是用以蒸汽、柴油或液壓為動力的沖擊錘將樁打入海底。由于大直徑鋼管樁需要的沖擊功較大,一般采用液壓錘。打樁過程中有以下問題需要解決:1)在一定的樁錘、打樁系統(tǒng)和地質(zhì)條件下,樁是否可以打到一定的深度,樁尖能否達到某個持力層,怎樣的收錘標準才能達到設計要求的承載力。2)了解打樁過程中樁身應力的變化,確定打樁應力。3)估計打樁錘數(shù)和打樁時間。1政府打樁時樁的波動方程打樁時,錘擊能量克服土對樁的阻力而把樁擊入土中。對于大直徑、長度長的樁,按慣用的動力打樁公式預測樁的承載力等問題已不能適應,因為其將打樁過程看成是兩個絕對剛體自由碰撞問題,認為錘擊能量瞬間就傳遞到樁底,但實際上打樁的能量是以一種應力波的方式向下傳遞,所以用波動方程能給打樁提供較合理的分析。Smith提出一維波動方程,并用它來分析打樁時錘-樁-土系統(tǒng)的受力情況,他對計算參數(shù)作了分析和建議,從而使波動方程獲得廣泛應用。式中,ω為樁內(nèi)某截面沿z軸向的位移;c為應力波在樁內(nèi)的傳播速度,c=(E/ρ)1/2,其中E為桿的彈性模量;R′為反映樁的土阻力參數(shù)項;ρ為樁的密度。波動方程在指導樁基工程的設計和施工方面有著廣闊的發(fā)展前途,它能夠預估樁錘的打樁能力、確定打樁應力和預測樁的長期載荷下的承載力等。2glrwap軟件界面介紹波動方程的分析技術(shù)已成為大型樁基工程設計的重要工具,美國GobleRaucheLikinsandAssociateInc.公司推出的GRLWEAP程序可以模擬沖擊或振動打樁機在打入過程中樁的運動及受力情況。軟件界面如圖1所示。目前,GRLWEAP已成為世界上打樁分析領域的主導及首選軟件,具有以下功能:1)對于給定的樁錘系統(tǒng),GRLWEAP可依據(jù)觀測的錘擊數(shù)預測打樁阻力、樁身動應力及預估承載力。2)GRLWEAP可用貫入度替代錘擊數(shù)進行振動打入樁分析。3)對于已知的打樁過程、土質(zhì)情況及承載力要求,GRLWEAP可以幫助選擇合適的打樁錘和打樁系統(tǒng)。4)GRLWEAP可打入性分析可確定打樁過程中樁身應力是否超限或拒錘。5)GRLWEAP能估計總打入時間。3樁沉降分析3.1堆棧的基本組成樁為一中空鋼管樁,長度為80m,壁厚60mm,設計入土深度46.5m。樁的材料選擇DH36,其最小屈服強度355MPa。3.2設計現(xiàn)代打樁錘的應用液壓式IHC系列打樁錘結(jié)合了完整一體的錘芯和全封閉打樁錘殼體兩大特點,是一種設計別致且堅固可靠的打樁錘。獨特的設計使其具有眾多特點,該打樁錘適用于從對沖擊敏感性樁到大而長的海上鉆井平臺管樁等,以及各種樁和地面基礎工程,包括水下全能量碎石。選用的錘是:IHCS-500,屬性如表1所示。3.3連續(xù)打樁時,樁的貫入度也大小,也需要控制在一個正常工作的錘作用下的拒錘標準為:1)連續(xù)打樁時,當250擊,而樁的貫入度不大于25cm(1毫米/1擊)的情況連續(xù)出現(xiàn)6次時,必須停止打樁。2)連續(xù)打樁時,當650擊,而樁的貫入度不大于25cm(1毫米/2.6擊)時,必須停止打樁。3)如果打樁操作中途停止,延遲1小時或更長時間,上述1)、2)條件將重新計算。3.4分析和配置土壤參數(shù)如表2所示,單位制選擇國際單位制SI,樁錘設置好的模型如圖2所示。3.5樁內(nèi)部土體孔隙水壓力樁體的貫入過程是一個相當復雜的問題,在打樁間歇階段,連續(xù)打樁時產(chǎn)生的超靜空隙水壓力消散。根據(jù)土力學有效應力原理,空隙水壓力的消散轉(zhuǎn)化為有效應力的增長,使樁周土和樁尖土的強度有大幅度的增加,進而影響樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的大小。在大直徑開口鋼管樁連續(xù)打入的過程中,除了樁外側(cè)土體的孔隙水壓力增加,強度降低外,樁管內(nèi)部的土體由于受到強烈的擾動,也產(chǎn)生很高的孔隙水壓力,使土體結(jié)構(gòu)破壞,出現(xiàn)裂縫。因此在連續(xù)打樁過程中樁管內(nèi)的土體幾乎不形成土塞,與樁管內(nèi)壁的摩阻力較小使沉樁阻力大大減小。而停錘一段時間后,樁管內(nèi)土體中的孔隙水消散,有效應力增長,使得土體強度增加,從而增大了土體與樁管內(nèi)側(cè)的摩阻力,形成土塞,造成后續(xù)打樁困難。由于本鋼管樁作業(yè)區(qū)位于運糧河口至雙洋河口之間的海域,地質(zhì)偏軟,從圖3打樁過程信息可知,樁在自沉階段,樁受自重和樁錘自重的壓力,下沉已經(jīng)達到32m,因此整段樁考慮一次打入,打樁過程中樁管內(nèi)的土體幾乎不形成土塞,因此在打樁分析過程中不考慮土塞效應。4沖擊功效率及承擔樁的可打入性分析結(jié)果如圖3和圖4所示:最大的軸向壓應力為fa=79.4MPa;最大的軸向拉應力為ft=67.2MPa。根據(jù)APIRP2A規(guī)范3.2節(jié),計算得到許用軸向拉應力為:213MPa,許用軸向壓應力為171MPa。IHCS-500錘的沖擊功效率保持0.95。最大的錘擊數(shù)16.2次/0.25米。結(jié)果表明:在樁錘的驅(qū)動下,鋼管樁隨著變化的土壤阻力通過不同的土層,能夠達到46.5m的貫入深度,樁的強度滿足規(guī)范要求。5全程動力分析本文以一直徑6m開口鋼管樁為研究對象,運用GRLWEAP專業(yè)打樁分析軟件,對打樁的全過程進