基于CPTU测试进行大直径超长管桩可打入性分析方法与流程

本发明涉及海洋工程，更具体的说，是涉及一种基于cptu测试进行大直径超长管桩可打入性分析方法。

背景技术：

随着海洋工程向深海不断发展，大直径超长开口钢管桩得到广泛应用，桩体安装工程面临更大的难度和挑战。桩可打入性分析是安装工程的关键一环。目前大直径超长桩的可打入性分析的准确性是打桩施工顺利进行的重要保障，在实际工程中，有时由于对桩的可打入性判断失误，或未将桩打到设计入土深度，而造成截桩和桩头损坏等事故；有时桩的入土深度已超过设计入土深度，桩仍不能满足设计承载力要求。不论何种情况出现，都会延误工期，增加施工费用。

目前实际工程中桩的可打入性分析多采用grlweap软件进行分析。这种方法的优越性在于依靠常规的地质勘察结果提供的相关参数，就可以进行相应的计算。其缺点是计算过程中未能考虑动土阻力，且单个土层桩侧摩阻与桩端阻没有变化，实际海洋土单层土性质仍存在差异。为了提高打桩可打入性分析预测精度，我们提出了基于cptu测试结果进行桩的可入性分析的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于cptu测试进行大直径超长管桩可打入性分析方法，基于cptu测试结果，通过建立单位锤击能量与修正后锥尖阻力比值随深度变化的关系式，进行大直径超长管桩可打入性分析。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的基于cptu测试进行大直径超长管桩可打入性分析方法，包括以下步骤：

步骤一，通过cptu原位测试试验获得探头初始锥尖阻力、侧摩阻力以及孔隙水压力，对初始锥尖阻力进行修正，得到修正后锥尖阻力；

步骤二，依据美国石油学会api规范进行桩基的设计，得到桩基设计的最终入泥深度、桩基外径以及桩基内径；

步骤三，进行打桩施工，得到桩基的打桩记录，确定桩基的单位锤击能量随深度变化曲线；

步骤四，根据步骤一中修正后锥尖阻力和步骤三中单位锤击能量随深度变化曲线，计算单位锤击能量与对应深度修正后锥尖阻力的比值；

步骤五，分别绘制出不同土层中单位锤击能量与对应深度修正后锥尖阻力的比值随深度变化的关系图，并分别拟合出不同土层中单位锤击能量与对应深度修正后锥尖阻力的比值随深度变化的关系式；

步骤六，根据步骤五得到的不同土层中单位锤击能量与对应深度修正后锥尖阻力的比值随深度变化的关系式，将其应用到其他场地即通过锥尖阻力得到该场地对应深度单位锤击能量，单位锤击能量再除以桩基设计时的单击能量，即得到该深度的预测锤击数。

步骤一中对初始锥尖阻力进行修正，具体按以下公式进行修正：

qc＝qc′+u(1-η)

其中，qc为修正后锥尖阻力，q'c为初始锥尖阻力，u为孔隙水压力，η为探头面积修正系数，在海洋cptu中，采用的探头η＝0.75。

步骤五中不同土层中单位锤击能量与对应深度修正后锥尖阻力的比值随深度变化按以下公式进行拟合：

不同土层的拟合关系式为：

在细砂层中：

在粉砂层中：

在粘性土层中：

式中，e为单位锤击能量(kj)；qc为修正后锥尖阻力(kpa)；h为土层深度(m)。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明采用cptu原位试验指标和有关施工数据作为计算的依据，可靠性强，成本低，周期短，可大大减少人力、物力和时间；

(2)通过建立单位锤击能量与修正后锥尖阻力比值随深度变化的关系式，进行大直径超长管桩可打入性分析，这对于海洋工程来讲，具有突出的优势；

(3)本发明符合工程实际，方法简单明确，易于计算，所涉及参数都容易确定且可靠，这使得计算结果更加精确。

附图说明

图1是修正后的锥尖阻力qc随深度变化曲线图；

图2是侧摩阻力fs随深度变化曲线图；

图3是孔隙水压力u随深度变化曲线图；

图4是单位锤击能量随深度变化曲线图；

图5是细砂层中单位锥尖阻力消耗的能量随深度变化曲线图；

图6是粉砂层中单位锥尖阻力消耗的能量随深度变化曲线图；

图7是粘性土层中单位锥尖阻力消耗的能量随深度变化曲线图。

具体实施方式

为能了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的基于cptu测试进行大直径超长管桩可打入性分析方法，具体包括以下步骤：

步骤一，通过cptu原位测试试验获得探头初始锥尖阻力q'c、侧摩阻力fs以及孔隙水压力u。进行cptu原位测试试验时，所使用的仪器设备为勘查中心的wison-apb桩孔cptu系统，cptu探头锥角为60°、锥头面积为10cm²，摩擦套筒面积为150cm²，孔压传感器安装在探头锥尖的肩部以上5mm处，每次测试的连续贯入行程为3m，贯入速度为20mm/s，并且每次cptu作业前都要在室内和作业现场对cptu探头进行标定。

得到如图1、图2和图3数据后，通过以下公式对初始锥尖阻力进行修正，得到修正后锥尖阻力qc

qc＝q′c+u(1-η)(1)

其中，η为探头面积修正系数，在海洋cptu中，采用的探头η＝0.75。

步骤二，依据美国石油学会api规范进行桩基的设计，得到桩基设计的最终入泥深度d、桩基外径d以及桩基内径di。

步骤三，进行打桩施工，得到桩基的打桩记录，确定桩基的单位锤击能量随深度变化曲线，如图4所示。

步骤四，根据步骤一中修正后锥尖阻力和步骤三中单位锤击能量随深度变化曲线，计算单位锤击能量与对应深度修正后锥尖阻力的比值e/qc，即单位锥尖阻力消耗的能量。

步骤五，分别绘制出不同土层(粘性土和砂性土)中单位锥尖阻力消耗的能量(e/qc)随深度变化的关系图，如图5、图6和图7所示，并分别拟合出不同土层中e/qc随深度变化的关系式：

不同土层的拟合关系式为：

在细砂层中：

在粉砂层中：

在粘性土层中：

式中，e为单位锤击能量(kj)；h为土层深度(m)。

步骤六，根据步骤五得到的不同土层中e/qc随深度变化的关系式，将其应用到其他场地即可通过锥尖阻力得到该场地对应深度单位锤击能量，单位锤击能量再除以桩基设计时的单击能量，即可得到该深度的预测锤击数。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。