用grlveap軟件對(duì)鋼板樁打樁過(guò)程的分析

用grlveap軟件對(duì)鋼板樁打樁過(guò)程的分析

近年來(lái)，我國(guó)發(fā)展趨勢(shì)加快，管道基礎(chǔ)是海上風(fēng)力建設(shè)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(dāng)前160m，對(duì)樁基礎(chǔ)承載能力的要求越來(lái)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(diǎn)而廣受青睞。樁基礎(chǔ)是目前海洋工程中應(yīng)用最為廣泛的一種基礎(chǔ)形式,海上平臺(tái)最常用的樁基礎(chǔ)是開(kāi)口樁,通常是用以蒸汽、柴油或液壓為動(dòng)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(guò)程中有以下問(wèn)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(dá)到某個(gè)持力層,怎樣的收錘標(biāo)準(zhǔn)才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力。2)了解打樁過(guò)程中樁身應(yīng)力的變化,確定打樁應(yīng)力。3)估計(jì)打樁錘數(shù)和打樁時(shí)間。1政府打樁時(shí)樁的波動(dòng)方程打樁時(shí),錘擊能量克服土對(duì)樁的阻力而把樁擊入土中。對(duì)于大直徑、長(zhǎng)度長(zhǎng)的樁,按慣用的動(dòng)力打樁公式預(yù)測(cè)樁的承載力等問(wèn)題已不能適應(yīng),因?yàn)槠鋵⒋驑哆^(guò)程看成是兩個(gè)絕對(duì)剛體自由碰撞問(wèn)題,認(rèn)為錘擊能量瞬間就傳遞到樁底,但實(shí)際上打樁的能量是以一種應(yīng)力波的方式向下傳遞,所以用波動(dòng)方程能給打樁提供較合理的分析。Smith提出一維波動(dòng)方程,并用它來(lái)分析打樁時(shí)錘-樁-土系統(tǒng)的受力情況,他對(duì)計(jì)算參數(shù)作了分析和建議,從而使波動(dòng)方程獲得廣泛應(yīng)用。式中,ω為樁內(nèi)某截面沿z軸向的位移;c為應(yīng)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(xiàng);ρ為樁的密度。波動(dòng)方程在指導(dǎo)樁基工程的設(shè)計(jì)和施工方面有著廣闊的發(fā)展前途,它能夠預(yù)估樁錘的打樁能力、確定打樁應(yīng)力和預(yù)測(cè)樁的長(zhǎng)期載荷下的承載力等。2glrwap軟件界面介紹波動(dòng)方程的分析技術(shù)已成為大型樁基工程設(shè)計(jì)的重要工具,美國(guó)GobleRaucheLikinsandAssociateInc.公司推出的GRLWEAP程序可以模擬沖擊或振動(dòng)打樁機(jī)在打入過(guò)程中樁的運(yùn)動(dòng)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(lǐng)域的主導(dǎo)及首選軟件,具有以下功能:1)對(duì)于給定的樁錘系統(tǒng),GRLWEAP可依據(jù)觀測(cè)的錘擊數(shù)預(yù)測(cè)打樁阻力、樁身動(dòng)應(yīng)力及預(yù)估承載力。2)GRLWEAP可用貫入度替代錘擊數(shù)進(jìn)行振動(dòng)打入樁分析。3)對(duì)于已知的打樁過(guò)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(guò)程中樁身應(yīng)力是否超限或拒錘。5)GRLWEAP能估計(jì)總打入時(shí)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(zhǎng)度為80m,壁厚60mm,設(shè)計(jì)入土深度46.5m。樁的材料選擇DH36,其最小屈服強(qiáng)度355MPa。3.2設(shè)計(jì)現(xiàn)代打樁錘的應(yīng)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(diǎn),是一種設(shè)計(jì)別致且堅(jiān)固可靠的打樁錘。獨(dú)特的設(shè)計(jì)使其具有眾多特點(diǎn),該打樁錘適用于從對(duì)沖擊敏感性樁到大而長(zhǎng)的海上鉆井平臺(tái)管樁等,以及各種樁和地面基礎(chǔ)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(shí),樁的貫入度也大小,也需要控制在一個(gè)正常工作的錘作用下的拒錘標(biāo)準(zhǔn)為:1)連續(xù)打樁時(shí),當(dāng)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(shí),必須停止打樁。2)連續(xù)打樁時(shí),當(dāng)650擊,而樁的貫入度不大于25cm(1毫米/2.6擊)時(shí),必須停止打樁。3)如果打樁操作中途停止,延遲1小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間,上述1)、2)條件將重新計(jì)算。3.4分析和配置土壤參數(shù)如表2所示,單位制選擇國(guó)際單位制SI,樁錘設(shè)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(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題,在打樁間歇階段,連續(xù)打樁時(shí)產(chǎn)生的超靜空隙水壓力消散。根據(jù)土力學(xué)有效應(yīng)力原理,空隙水壓力的消散轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的增長(zhǎng),使樁周土和樁尖土的強(qiáng)度有大幅度的增加,進(jìn)而影響樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的大小。在大直徑開(kāi)口鋼管樁連續(xù)打入的過(guò)程中,除了樁外側(cè)土體的孔隙水壓力增加,強(qiáng)度降低外,樁管內(nèi)部的土體由于受到強(qiáng)烈的擾動(dòng),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(guò)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(shí)間后,樁管內(nèi)土體中的孔隙水消散,有效應(yīng)力增長(zhǎng),使得土體強(qiáng)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(yùn)糧河口至雙洋河口之間的海域,地質(zhì)偏軟,從圖3打樁過(guò)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(dá)到32m,因此整段樁考慮一次打入,打樁過(guò)程中樁管內(nèi)的土體幾乎不形成土塞,因此在打樁分析過(guò)程中不考慮土塞效應(yīng)。4沖擊功效率及承擔(dān)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(yīng)力為fa=79.4MPa;最大的軸向拉應(yīng)力為ft=67.2MPa。根據(jù)APIRP2A規(guī)范3.2節(jié),計(jì)算得到許用軸向拉應(yīng)力為:213MPa,許用軸向壓應(yīng)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(dòng)下,鋼管樁隨著變化的土壤阻力通過(guò)不同的土層,能夠達(dá)到46.5m的貫入深度,樁的強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。5全程動(dòng)力分析本文以一直徑6m開(kāi)口鋼管樁為研究對(duì)象,運(yùn)用GRLWEAP專(zhuān)業(yè)打樁分析軟件,對(duì)打樁的全過(guò)程進(jìn)