海上風電超大直徑鋼管樁基礎土塞效應研究.pdf

1、海上風電是清潔能源，近些年國內外海上風電工程發(fā)展迅速。國內外海上風電工程使用較多的是大直徑單樁基礎，其直徑一般在4m～6m，甚至達到10m。由于內部存在大體積土塞，使得大直徑鋼管樁承載特性較為復雜。目前對土塞效應的研究多是關于中小直徑鋼管樁，對大、超大直徑鋼管樁土塞效應的研究甚少，而土塞效應對鋼管樁承載特性有較大的影響。本文結合國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃，課題編號2013CB036300）子課題《復雜環(huán)境下深水基礎承載行為演化

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

3、(1)總結分析了目前關于鋼管樁土塞效應和承載力的研究現(xiàn)狀，采用ABAQUS軟件對風電場試樁進行了數(shù)值模擬，模擬的豎向承載力與現(xiàn)場試驗結果吻合較好，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)，在相同的工程地質條件下，對相同樁長、不同直徑及壁厚的鋼管樁的豎向承載特性進行了數(shù)值模擬，獲得了鋼管樁豎向加載的Q-S曲線，計算了鋼管樁外側摩阻力、內側摩阻力和樁端圓環(huán)承載力的大小及比例，分析樁徑變化對鋼管樁承載力的影

4、響規(guī)律。結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，內側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)對依托工程6m直徑的鋼管樁的土塞效應進行了理論計算，結果表明工程樁閉塞效應較小。根據(jù)國內外規(guī)范對不同直徑鋼管樁的豎向承載力進行了理論計算，分析了各承載力的變化趨勢，結果表明隨著樁徑的增加，《港口工程樁基

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