李建剛、周執(zhí)偉、李文成、王凱、胡登方、楊陽(yáng)

（海洋石油工程股份有限公司安裝分公司，天津，300452）

1 項(xiàng)目介紹

秦皇島某非井口平臺(tái)，導(dǎo)管架場(chǎng)址水深20.3m。其鋼樁外徑1829mm，壁厚為50-65mm之間，在P1、P2段底端還有厚度為25mm的導(dǎo)向，樁身材質(zhì)屈服應(yīng)力強(qiáng)度為355Mpa。拒錘鋼樁B1設(shè)計(jì)傾角為7.07：1，設(shè)計(jì)入泥深度98m，作業(yè)過(guò)程中在94.34m的位置發(fā)生拒錘，樁位如圖1所示。

圖1 秦皇島某項(xiàng)目樁位圖

根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所地址勘探報(bào)告，樁基底層巖土以密實(shí)到非常密實(shí)的粉質(zhì)細(xì)砂/砂質(zhì)粉土為主，夾雜少量非常硬的粉質(zhì)粘土，設(shè)計(jì)入泥深度位置巖土為密實(shí)到非常密實(shí)的細(xì)砂和粉質(zhì)細(xì)砂，樁土摩擦角δ=30°，Nq=40，具體參數(shù)如圖2所示：

圖2 秦皇島某項(xiàng)目巖土勘探報(bào)告

本項(xiàng)目B1樁初打及復(fù)打均采用MHU1200S型雙作用液壓打樁錘進(jìn)行作業(yè)。MHU-1200S打樁錘錘芯重量為648.39kN，最大額定打擊能量為1199.84kJ，等效行程約為1.85m，該打樁錘驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)未使用錘墊。

2 數(shù)據(jù)采集

本項(xiàng)目中，筆者在鋼樁P3段距離樁頭約5.3m的位置用螺栓固定的方式安裝兩套加速度和應(yīng)變傳感器，以監(jiān)測(cè)樁身在打樁過(guò)程中的加速度與應(yīng)變情況。兩套傳感器在鋼樁上呈180°分布，以降低傾斜打樁過(guò)程中彎曲應(yīng)力造成的影響。

鋼樁在MHU1200S液壓打樁錘的驅(qū)動(dòng)下，共計(jì)打樁835錘，鋼樁累計(jì)下沉75mm，達(dá)到每英尺800錘的拒錘判定標(biāo)準(zhǔn)。打樁過(guò)程中采用PDA-8G打樁分析儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄鋼樁傳感器安裝位置的加速度、應(yīng)變狀態(tài)，以供后續(xù)分析。

3 數(shù)據(jù)擬合分析

根據(jù)樁基監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范要求，最后2m打樁時(shí)，平均每錘貫入度應(yīng)控制在2-6mm。本項(xiàng)目中，由于打樁拒錘，單錘貫入度不足0.1mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。筆者初步判斷，打樁過(guò)程中土阻力未能完全激發(fā)，用該數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析得到的抗壓、抗拔承載力可能偏低。

本項(xiàng)目中，選擇復(fù)打測(cè)試記錄中第833錘擊記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該次錘擊打樁錘輸入能量為939.5kN·m，力與速度信號(hào)比例性良好，且尾端F與V信號(hào)趨近于0，符合信號(hào)選擇要求，具體數(shù)據(jù)記錄曲線如圖3所示。

圖3 PDA-8G采集的數(shù)據(jù)記錄（833/835）

將所選擇數(shù)據(jù)曲線導(dǎo)入CAPWAP軟件(Case Pile Wave Analysis Program)，通過(guò)建立樁土模型、反復(fù)優(yōu)化樁側(cè)阻力分布、樁端阻力值以及巖土模型各系數(shù)，使CAPWAP計(jì)算得到的曲線與現(xiàn)場(chǎng)采集的曲線之間的差異不斷降低，得到如圖4的擬合結(jié)果：擬合質(zhì)量數(shù)為1.67，樁土總阻力值為52.398MN，側(cè)摩阻力為38.361MN。

通過(guò)CAPWAP分析結(jié)果中的樁側(cè)土阻力分布情況可知（圖4中表4），在最后幾個(gè)土單元，所激活的樁土側(cè)摩阻力值急劇降低，具體樁側(cè)土阻力值如圖5所示：

圖4 CAPWAP分析結(jié)果

圖5 樁底附近側(cè)摩阻力分布情況

通過(guò)巖土勘探報(bào)告可知，87.5-89.2m樁側(cè)單位表面摩擦力值為120kPa，89.2-92.6m為67kPa，92.6-96m為200kPa，理論單個(gè)土單元側(cè)摩阻力值F可以由以下公式計(jì)算：

F=f .π. D . h

其中：f：?jiǎn)挝槐砻婺Σ亮χ?/p>

D：鋼樁外徑=1.829m

h：土單元高度=2m

通過(guò)計(jì)算可知，以上三個(gè)土層單個(gè)土單元理論可提供的側(cè)摩阻力值分別為1379kN、770kN、2298kN，綜上分析，該處樁土側(cè)摩阻力值過(guò)低是不合理的。結(jié)合前文分析可判斷，在深度為86-94m處，鋼樁相對(duì)于巖土的位移過(guò)低，巖土的側(cè)摩阻力并未完全激發(fā)，實(shí)際樁土總阻力值要大于CAPWAP分析所得到的總阻力值。

4 欠打評(píng)估

保守起見(jiàn)，筆者未對(duì)CAPWAP分析得到的B1樁承載力進(jìn)行修正，按照抗壓承載力52.398MN，抗拔承載力38.361MN進(jìn)行評(píng)估。

由于鋼樁拒錘，需要對(duì)B1樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)尺寸修正，并對(duì)鋼樁進(jìn)行靜力評(píng)估、地震評(píng)估以及強(qiáng)度評(píng)估，在滿足設(shè)計(jì)條件的情況下，按照欠打長(zhǎng)度進(jìn)行切除處理。本項(xiàng)目對(duì)鋼樁進(jìn)行了一年一遇的操作工況下波浪和冰工況、百年一遇極端工況下波浪和冰工況、地震中的強(qiáng)度水平、韌性水平進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果顯示各安全參數(shù)均滿足要求，詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 B1樁承載力評(píng)價(jià)表（單位：kN）

通過(guò)上表計(jì)算可知，尺寸修正后的B1位置鋼樁在不同工況下的承載力安全系數(shù)分別為2.14、1.95、1.76、1.24，大于2.0、1.5、1.2、1.0的設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

本項(xiàng)目還對(duì)切割后的鋼樁進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估，在位靜力工況下最大UC為0.449；地震工況下最大UC值為0.795，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)欠打鋼樁進(jìn)行打樁動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)所采集的數(shù)據(jù)，借助CAPWAP分析得到的承載力情況，對(duì)欠打鋼樁進(jìn)行分析可知：鋼樁在操作工況、極端工況及地震工況下，鋼樁承載力安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，且鋼樁最大UC值為0.795，滿足規(guī)范要求，可對(duì)B1腿鋼樁欠打部分進(jìn)行切除處理。