本發(fā)明涉及海洋工程，更具體的說，是涉及一種基于cptu測(cè)試進(jìn)行大直徑超長管樁可打入性分析方法。

背景技術(shù)：

隨著海洋工程向深海不斷發(fā)展，大直徑超長開口鋼管樁得到廣泛應(yīng)用，樁體安裝工程面臨更大的難度和挑戰(zhàn)。樁可打入性分析是安裝工程的關(guān)鍵一環(huán)。目前大直徑超長樁的可打入性分析的準(zhǔn)確性是打樁施工順利進(jìn)行的重要保障，在實(shí)際工程中，有時(shí)由于對(duì)樁的可打入性判斷失誤，或未將樁打到設(shè)計(jì)入土深度，而造成截樁和樁頭損壞等事故；有時(shí)樁的入土深度已超過設(shè)計(jì)入土深度，樁仍不能滿足設(shè)計(jì)承載力要求。不論何種情況出現(xiàn)，都會(huì)延誤工期，增加施工費(fèi)用。

目前實(shí)際工程中樁的可打入性分析多采用grlweap軟件進(jìn)行分析。這種方法的優(yōu)越性在于依靠常規(guī)的地質(zhì)勘察結(jié)果提供的相關(guān)參數(shù)，就可以進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。其缺點(diǎn)是計(jì)算過程中未能考慮動(dòng)土阻力，且單個(gè)土層樁側(cè)摩阻與樁端阻沒有變化，實(shí)際海洋土單層土性質(zhì)仍存在差異。為了提高打樁可打入性分析預(yù)測(cè)精度，我們提出了基于cptu測(cè)試結(jié)果進(jìn)行樁的可入性分析的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于cptu測(cè)試進(jìn)行大直徑超長管樁可打入性分析方法，基于cptu測(cè)試結(jié)果，通過建立單位錘擊能量與修正后錐尖阻力比值隨深度變化的關(guān)系式，進(jìn)行大直徑超長管樁可打入性分析。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的基于cptu測(cè)試進(jìn)行大直徑超長管樁可打入性分析方法，包括以下步驟：

步驟一，通過cptu原位測(cè)試試驗(yàn)獲得探頭初始錐尖阻力、側(cè)摩阻力以及孔隙水壓力，對(duì)初始錐尖阻力進(jìn)行修正，得到修正后錐尖阻力；

步驟二，依據(jù)美國石油學(xué)會(huì)api規(guī)范進(jìn)行樁基的設(shè)計(jì)，得到樁基設(shè)計(jì)的最終入泥深度、樁基外徑以及樁基內(nèi)徑；

步驟三，進(jìn)行打樁施工，得到樁基的打樁記錄，確定樁基的單位錘擊能量隨深度變化曲線；

步驟四，根據(jù)步驟一中修正后錐尖阻力和步驟三中單位錘擊能量隨深度變化曲線，計(jì)算單位錘擊能量與對(duì)應(yīng)深度修正后錐尖阻力的比值；

步驟五，分別繪制出不同土層中單位錘擊能量與對(duì)應(yīng)深度修正后錐尖阻力的比值隨深度變化的關(guān)系圖，并分別擬合出不同土層中單位錘擊能量與對(duì)應(yīng)深度修正后錐尖阻力的比值隨深度變化的關(guān)系式；

步驟六，根據(jù)步驟五得到的不同土層中單位錘擊能量與對(duì)應(yīng)深度修正后錐尖阻力的比值隨深度變化的關(guān)系式，將其應(yīng)用到其他場(chǎng)地即通過錐尖阻力得到該場(chǎng)地對(duì)應(yīng)深度單位錘擊能量，單位錘擊能量再除以樁基設(shè)計(jì)時(shí)的單擊能量，即得到該深度的預(yù)測(cè)錘擊數(shù)。

步驟一中對(duì)初始錐尖阻力進(jìn)行修正，具體按以下公式進(jìn)行修正：

qc＝qc′+u(1-η)

其中，qc為修正后錐尖阻力，q'c為初始錐尖阻力，u為孔隙水壓力，η為探頭面積修正系數(shù)，在海洋cptu中，采用的探頭η＝0.75。

步驟五中不同土層中單位錘擊能量與對(duì)應(yīng)深度修正后錐尖阻力的比值隨深度變化按以下公式進(jìn)行擬合：

不同土層的擬合關(guān)系式為：

在細(xì)砂層中：

在粉砂層中：

在粘性土層中：

式中，e為單位錘擊能量(kj)；qc為修正后錐尖阻力(kpa)；h為土層深度(m)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

(1)本發(fā)明采用cptu原位試驗(yàn)指標(biāo)和有關(guān)施工數(shù)據(jù)作為計(jì)算的依據(jù)，可靠性強(qiáng)，成本低，周期短，可大大減少人力、物力和時(shí)間；

(2)通過建立單位錘擊能量與修正后錐尖阻力比值隨深度變化的關(guān)系式，進(jìn)行大直徑超長管樁可打入性分析，這對(duì)于海洋工程來講，具有突出的優(yōu)勢(shì)；

(3)本發(fā)明符合工程實(shí)際，方法簡單明確，易于計(jì)算，所涉及參數(shù)都容易確定且可靠，這使得計(jì)算結(jié)果更加精確。

附圖說明

圖1是修正后的錐尖阻力qc隨深度變化曲線圖；

圖2是側(cè)摩阻力fs隨深度變化曲線圖；

圖3是孔隙水壓力u隨深度變化曲線圖；

圖4是單位錘擊能量隨深度變化曲線圖；

圖5是細(xì)砂層中單位錐尖阻力消耗的能量隨深度變化曲線圖；

圖6是粉砂層中單位錐尖阻力消耗的能量隨深度變化曲線圖；

圖7是粘性土層中單位錐尖阻力消耗的能量隨深度變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

為能了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明的基于cptu測(cè)試進(jìn)行大直徑超長管樁可打入性分析方法，具體包括以下步驟：

步驟一，通過cptu原位測(cè)試試驗(yàn)獲得探頭初始錐尖阻力q'c、側(cè)摩阻力fs以及孔隙水壓力u。進(jìn)行cptu原位測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，所使用的儀器設(shè)備為勘查中心的wison-apb樁孔cptu系統(tǒng)，cptu探頭錐角為60°、錐頭面積為10cm²，摩擦套筒面積為150cm²，孔壓傳感器安裝在探頭錐尖的肩部以上5mm處，每次測(cè)試的連續(xù)貫入行程為3m，貫入速度為20mm/s，并且每次cptu作業(yè)前都要在室內(nèi)和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)cptu探頭進(jìn)行標(biāo)定。

得到如圖1、圖2和圖3數(shù)據(jù)后，通過以下公式對(duì)初始錐尖阻力進(jìn)行修正，得到修正后錐尖阻力qc

qc＝q′c+u(1-η)(1)

其中，η為探頭面積修正系數(shù)，在海洋cptu中，采用的探頭η＝0.75。

步驟二，依據(jù)美國石油學(xué)會(huì)api規(guī)范進(jìn)行樁基的設(shè)計(jì)，得到樁基設(shè)計(jì)的最終入泥深度d、樁基外徑d以及樁基內(nèi)徑di。

步驟三，進(jìn)行打樁施工，得到樁基的打樁記錄，確定樁基的單位錘擊能量隨深度變化曲線，如圖4所示。

步驟四，根據(jù)步驟一中修正后錐尖阻力和步驟三中單位錘擊能量隨深度變化曲線，計(jì)算單位錘擊能量與對(duì)應(yīng)深度修正后錐尖阻力的比值e/qc，即單位錐尖阻力消耗的能量。

步驟五，分別繪制出不同土層(粘性土和砂性土)中單位錐尖阻力消耗的能量(e/qc)隨深度變化的關(guān)系圖，如圖5、圖6和圖7所示，并分別擬合出不同土層中e/qc隨深度變化的關(guān)系式：

不同土層的擬合關(guān)系式為：

在細(xì)砂層中：

在粉砂層中：

在粘性土層中：

式中，e為單位錘擊能量(kj)；h為土層深度(m)。

步驟六，根據(jù)步驟五得到的不同土層中e/qc隨深度變化的關(guān)系式，將其應(yīng)用到其他場(chǎng)地即可通過錐尖阻力得到該場(chǎng)地對(duì)應(yīng)深度單位錘擊能量，單位錘擊能量再除以樁基設(shè)計(jì)時(shí)的單擊能量，即可得到該深度的預(yù)測(cè)錘擊數(shù)。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的功能及工作過程進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體功能和工作過程，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。