砂土中海上風(fēng)電超大直徑鋼管樁樁土相互作用研究.pdf

1、單樁基礎(chǔ)在海上風(fēng)電場(chǎng)中的使用率占65％以上，是海上風(fēng)機(jī)的主要基礎(chǔ)型式。近年來(lái)，隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量增大及建設(shè)水深增加，海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)普遍采用直徑大于4m的超大直徑鋼管樁。鋼管樁樁徑增大導(dǎo)致地基土體的受力與變形特征發(fā)生了變化，樁土間的相互作用機(jī)理有別于傳統(tǒng)的小直徑鋼管樁，但目前對(duì)超大直徑鋼管樁樁土相互作用的研究尚不充分，沒(méi)有成熟的土塞閉塞效應(yīng)判別方法及承載力計(jì)算方法。本文針對(duì)砂土中超大直徑鋼管樁的樁土相互作用問(wèn)題開(kāi)展了理論分析、數(shù)值模擬及模

2、型試驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容概括如下：
　　1．正確判斷鋼管樁在貫入過(guò)程中的土塞閉塞效應(yīng)對(duì)打樁阻力及承載力的預(yù)測(cè)有重要影響。針對(duì)超大直徑鋼管樁的土塞閉塞效應(yīng)，本文采用數(shù)值模擬方法分析了超大直徑鋼管樁在砂土中沉樁時(shí)樁端土體的破壞模式，確定采用梅耶霍夫公式計(jì)算樁端土體阻力，同時(shí)考慮了動(dòng)力沉樁時(shí)土塞慣性力的影響，提出采用擬靜力平衡法判斷土塞閉塞效應(yīng)，并基于打樁模型試驗(yàn)研究了鋼管樁樁內(nèi)土塞的閉塞規(guī)律。
　　2．API規(guī)范出于安全考慮，對(duì)

3、樁端承載力做了許多限制，因此采用API規(guī)范計(jì)算的樁基豎向承載力偏于保守。為準(zhǔn)確判斷海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)的豎向極限承載力，本文基于數(shù)值模擬方法揭示了超大直徑鋼管樁在砂土中豎向承載時(shí)樁端附近土體的受力特征，分析了樁端土拱效應(yīng)對(duì)豎向承載力的影響，建立了考慮土拱效應(yīng)的豎向承載力計(jì)算方法，并開(kāi)展豎直向承載力模型試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的適用性；同時(shí)分析了不同樁徑、入土樁長(zhǎng)和壁厚鋼管樁的豎直向承載力，研究了影響單樁基礎(chǔ)豎直向承載力的特征參數(shù)。
　　3．海

4、洋工程中普遍采用P-Y曲線法分析樁基的水平變位，但API規(guī)范中的P-Y曲線是基于小直徑樁的試樁資料得到的，對(duì)大直徑樁的適用性有待研究。為得到適用于超大直徑鋼管樁的水平變位計(jì)算方法，本文根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果揭示了超大直徑鋼管樁在砂土中承受水平荷載時(shí)，樁身及樁周土體的受力與變形特征，針對(duì)其特有的變形形式，提出了基于圓柱殼理論的樁頂水平變位計(jì)算方法，并開(kāi)展水平向承載力模型試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的適用性；同時(shí)分析了不同樁徑、入土樁長(zhǎng)和壁厚鋼管樁的水平向承