钢管桩振动阻力影响

以桩基础为主体的导管架平台是开发海洋石油资源最主要的基础设施之一。在安装时，钢桩穿过导管架的导管插入土中，然后用液压锤进行打桩。近年来，海上工程的规模越来越大，桩基设计常采用大直径、大长度的钢管桩。以渤海海洋平台建造为例，目前的一些桩基设计长度达到９０ｍ以上，桩径也增大到２ｍ以上。

随着基础结构物中大直径超长桩的频繁出现，桩的可打入性成为人们普遍关注的问题［１］。在海上打桩过程中，由于各种原因可能会造成停锤。而停锤后经常会出现无法将桩体继续打入的现象。后续打桩无法进行的主要原因目前没有确切的回答。由于桩体能否打入设计深度是打桩成败的关键，因此对桩的可打入性的准确预测就成为打桩施工中的关键问题。大量的工程实践显示，打入桩在安装以及其后承载过程中周围土性会发生较为明显的变化。

这种变化在打桩过程中主要表现为，在桩体周围会产生很大的超静孔隙水压力，从而使有效应力降低。有研究显示，超静孔隙水压力在一倍桩径范围内可以超过土体的上覆有效压力［２－３］。打桩停止以后，孔压会发生消散，而孔压消散所需要的时间和距桩的水平距离的平方成比例［４］。随着孔压的消散，土体强度的恢复将导致桩体的承载力提高，桩体承载力的提高主要来自于侧摩阻力的提高［５－８］。但也有研究认为承载力的提高是由于土体的硬化而不是侧摩阻力的提高［９］。目前，对于这一问题的研究更多的是集中在打入桩承载力的时间效应问题上，很多学者通过室内或现场试验的方法力图建立起承载力与时间因数之间的关系［９－１３］。

而对打桩过程对土体性质的影响的研究则相对较少。打桩过程为一振动过程，打桩产生的振动不同于地震产生的地面振动，也不同于由地面振源产生以面波为主的地面振动。打桩产生的振动波源，主要集中在桩端处一定范围。打桩过程中，随着桩尖入土深度的不同，振源的深度也同时发生变化，同时引起振源的频率及振动衰减特性也发生变化［１４］。这种振动效应对土体性质的影响不能简单地忽略不计。为了对打桩过程中粘土的土性变化进行研究，本文根据渤海海域３６根桩的打桩记录，对其中的粘性土土层的打桩记录进行了反分析，总结了打桩过程中粘土层中土阻力的变化特点，分析了这些特点产生的原因。同时利用实测数据回归得到粘土层强度衰减的规律，提出了进行打桩分析时粘土层计算参数选取的方法，并通过一个实际工程对此进行了验证。

１打桩过程中粘土层中土阻力的变化

特点根据３６根桩的实测打桩记录，发现在打桩过程中土阻力的变化特点在砂土和粘土中存在着较大的差别，反映在打桩记录上，就是打桩所需能量的变化各具特点。图１为某实际打桩记录。通过图１可以看到，在砂土中，特别是密实的砂土中，随着深度的增加所需能量是不断增加的，如图中的３、１１层。而粘土中，随着深度的增加，打桩能量不但不增加，反而有减小的趋势，其中第７层表现得尤为突出。在将３６根桩的打桩记录进行综合分析，在进行分析时，剔除情况不明的纪录，如砂土与粘土交叠层和存在突变的土层。交叠层由于土性比较复杂，不具有代表性。

还有一些存在突变的记录由于不能确定其产生原因，也需要剔除，但是可以判断原因的则予以保留。根据以上原则，以图１为例，可用的土层记录为１、３、４、６、７、８、１０、１１层。其中粘土层２个，其余为砂土层，他们分别位于土体的不同深度。在此地点共打入６根桩，而勘察资料唯一，因此所有６根桩在对应土层形成一组数据。按照此方法，３６根桩共得到３５组砂土中的打桩记录和２２组粘土中的打桩记录。图２和图３为根据打桩记录得到的典型的砂土和粘土中打桩能量随深度的变化情况（图中显示的是同一地点６根桩在砂土和粘土中的打桩能量）。根据对所有记录的分析发现，上述各种现象在打桩中普遍存在，重点讨论粘土层的情况。粘性土土层共计２２组，其中１８组打桩能量不但不随深度的增加而增加，反而出现了减小的趋势；３组数据不完整，趋势不明显；１组打桩能量随深度增加而增大。这与在砂土层中，打桩能量随深度增加而普遍有所增加有明显的不同。