浅论海洋采油平台大直径超长桩动力沉桩分析方法研究

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1、天津大学博士学位论文海洋采油平台大直径超长桩动力沉桩分析方法研究姓名：董伟申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：闫澍旺20090501中文摘要海洋桩基平台动力沉桩问题是一个涉及动力学、结构力学、土力学等多学科领域的综合、复杂、系统的研究课题。近年来，随着海洋采油平台的发展，对基础也提出了较高的要求。桩基础作为海洋固定采油平台的主要基础形式，具有大直径、超长、深贯入等新的特点，对这类桩的可打入性进行准确的预测分析是动力沉桩研究领域的前沿课题之一。本文结合大量海洋桩基工程实测打桩数据以及所参与的多个动力沉桩工程，对以下几方面进行了较为深入的研究和探讨。(1)深水导管架由于钢桩长、

2、桩径粗、重量大，桩身水平起吊以及翻转就位是深水导管架施工的重要环节之一，如何把长桩安全吊放下水，避免发生弯曲破坏是深水导管架平台安装必须研究的课题之一。提出长桩水平起吊时吊点位置选择的优化设计；研究吊桩翻转过程中，桩身应力随桩身翻转角度以及悬挂长度的关系，确保施工过程中的桩身安全。(2)根据Timoshenko弹性稳定理论，提出采用考虑桩身自重的临界屈曲荷载计算方法进行桩的自由站立稳定性分析，并用该方法和API规范方法对某实际工程进行对比分析。实践证明，该方法可用于桩就位时的自由站立稳定性分析。(3)土塞的闭塞效应对于桩的可打入性分析有着较大影响，准确合理的土塞效应判断方法才使得

3、可打入性分析具有重要参考价值。实践发现，现有土塞效应判断方法对于超大直径桩(2m左右)的计算结果存在较大偏差。为此，本文提出应用太沙基深基础计算方法的静力平衡法，考虑了边载效应，引入动力效应系数，更适用于目前海洋工程中应用较多的大直径超长桩，并在实际工程中取得了满意的效果。(4)工程中发现，当桩贯入较厚粘土层时有可能发生溜桩现象，给施工带来较大的不便。为此提出采用波动方程对动力沉桩过程中的溜桩进行模拟计算的方法，并结合实际工程进行验证分析。(5)结合实际打桩拒锤工程，从土体强度、设计以及施工三方面分析拒锤原因。提出以一维波动理论为基础，结合实测打桩记录进行的反分析方法，根据停锤后

4、重新启动所需锤击数来判断土体强度随时间的恢复程度，并利用这些研究成果进行附近平台的打桩拒锤风险分析，提出合理的停锤位置或停锤时间，对实际工程具有较强的指导意义。关键词：吊桩自由站立Timoshenko弹性稳定理论土塞闭塞效应溜桩边载效应可打入性分析拒锤ABSTRACTDriveabilit)，ofplatformfoundationpilesinofrshoreengineeringlsacomprehensive，compIexandsystemicproblem．ninVolVesseVeraIsubjectssuchasdvnamics．stmcturemechanicsa

5、ndsoilmechanics．Inrecentyears，wl也thedevelopmentofoffshoreoildrillingplatforms，therequirementforthepilefoundationbecomeshi曲er．Astheprimarytypeofplatf．0mfoundation，pilefoundationsaretaking0nsomenewcharacters，suchasla玛erdiameter，longerlen舒handdeeperpenetration．Itisoneoftheadvancedresearchtopicst

6、opredictthedriVeabili够ofsuchkindofpilesmoreaccurately．Basedonla唱eamountofpiledriVingrecordsandseveralpiledrivingprojects，studieshaVebeenperfornledasfollows：(1)Thesteelpilesfordeepwaterjeckethavela唱elen垂h，diameterandweight，whichmakesthelevel1i衔ngandpositioninguprightbecomeoneofthemostimport粕ts

7、tepsofconstI．uction．LiRingandpositioninguprightofsuperlengthpilewithout锄ybulkingisoneofmeessemialprobl哪sinthede印waterjacketconst】mction．Inor(1ert0ensurethesaf-e哆of妇pileduringconstlllction，theoptimumdesignmethodofthelocationofthesuspensioncent