海上風(fēng)電超大直徑鋼管樁基礎(chǔ)土塞效應(yīng)研究.pdf

1、海上風(fēng)電是清潔能源，近些年國內(nèi)外海上風(fēng)電工程發(fā)展迅速。國內(nèi)外海上風(fēng)電工程使用較多的是大直徑單樁基礎(chǔ)，其直徑一般在4m～6m，甚至達(dá)到10m。由于內(nèi)部存在大體積土塞，使得大直徑鋼管樁承載特性較為復(fù)雜。目前對(duì)土塞效應(yīng)的研究多是關(guān)于中小直徑鋼管樁，對(duì)大、超大直徑鋼管樁土塞效應(yīng)的研究甚少，而土塞效應(yīng)對(duì)鋼管樁承載特性有較大的影響。本文結(jié)合國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃，課題編號(hào)2013CB036300）子課題《復(fù)雜環(huán)境下深水基礎(chǔ)承載行為演化

2、與長期性能設(shè)計(jì)》和國家電力投資集團(tuán)江蘇海上風(fēng)力發(fā)電有限公司課題《江蘇海上風(fēng)電項(xiàng)目大直徑鋼管樁基礎(chǔ)承載特性研究》（課題編號(hào):2015-065-JSD-KJ-X），采用有限元軟件ABAQUS對(duì)不同直徑鋼管樁的豎向和水平承載特性進(jìn)行了模擬分析，并采用國內(nèi)外規(guī)范對(duì)2m～10m不同直徑鋼管樁豎向承載力進(jìn)行了計(jì)算，最后根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果和規(guī)范計(jì)算結(jié)果，考慮樁徑和樁端進(jìn)入持力層的深度，對(duì)樁端承載力系數(shù)進(jìn)行了修正。本文主要研究工作和成果如下:
　　

3、(1)總結(jié)分析了目前關(guān)于鋼管樁土塞效應(yīng)和承載力的研究現(xiàn)狀，采用ABAQUS軟件對(duì)風(fēng)電場試樁進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬的豎向承載力與現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，表明ABAQUS模擬的模型參數(shù)選取合理。
　　(2)基于選取的模型參數(shù)，在相同的工程地質(zhì)條件下，對(duì)相同樁長、不同直徑及壁厚的鋼管樁的豎向承載特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了鋼管樁豎向加載的Q-S曲線，計(jì)算了鋼管樁外側(cè)摩阻力、內(nèi)側(cè)摩阻力和樁端圓環(huán)承載力的大小及比例，分析樁徑變化對(duì)鋼管樁承載力的影

4、響規(guī)律。結(jié)果表明鋼管樁的總承載力隨樁徑基本上是線性變化的，外側(cè)摩阻力占總承載力中的比例隨樁徑的增大是線性減小的，內(nèi)側(cè)摩阻力的比例維持在較低水平（20％以下），而樁端圓環(huán)的承載力占總承載力中的比例是逐漸增大的，且增速較快。
　　(3)對(duì)依托工程6m直徑的鋼管樁的土塞效應(yīng)進(jìn)行了理論計(jì)算，結(jié)果表明工程樁閉塞效應(yīng)較小。根據(jù)國內(nèi)外規(guī)范對(duì)不同直徑鋼管樁的豎向承載力進(jìn)行了理論計(jì)算，分析了各承載力的變化趨勢，結(jié)果表明隨著樁徑的增加，《港口工程樁基

5、規(guī)范》(JTS167-4-2012)方法計(jì)算出的樁側(cè)摩阻力在總承載力中的比例一直保持在76％～86％之間，而當(dāng)樁端進(jìn)入持力層深度大于5倍樁徑時(shí)，按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)計(jì)算的樁側(cè)摩阻力所占的比例保持不變。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果和規(guī)范計(jì)算結(jié)果，考慮樁徑和樁端進(jìn)入持力層的深度，通過公式擬合，對(duì)國內(nèi)規(guī)范承載力計(jì)算公式中的土塞效應(yīng)系數(shù)進(jìn)行了修正。
　　(4)通過數(shù)值模擬，分析了鋼管樁不同土塞高度、不同內(nèi)外側(cè)摩擦系數(shù)、不同