海洋平台桩和隔水管的自由站立稳定性分析的工程实践探讨

【摘 要】 自由站立稳定性分析是海洋平台桩和隔水套管的重要设计内容。本文结合海洋工程的设计实例，研究了自由站立稳定性分析中变截面桩、顶端预留长度，贯入深度和倾斜角度等问题的具体处理方法及建议，探讨了工程实践的注意事项，与工程实践结合紧密，具有可操作性和指导意义。

【关键词】 海洋平台 桩 隔水套管 自由站立 工程实践

3 工程实践的注意事项

3.1 变截面桩

对于自由站立段存在变截面的情况，危险截面数量可能不止一个，需要分别校核。图2所示，左图和右图分别对应两种接桩情况。左图在55mm壁厚处接桩，右图在70mm壁厚处接桩。考虑薄弱截面和承受荷载最大两个因素，危险截面如箭头所示。左图危险截面在导管架腿顶端，右图危险截面在导管架腿顶端和自由站立桩段上壁厚变薄处。另外，由公式（7）（8）可知，计算许用轴向压缩应力以及欧拉应力时，需要输入如下两个参数，杆件长度以及回转半径。对于变截面的自由站立桩段，应采用自由站立桩段的总长度，以及当前校核截面的回转半径。

3.2 桩端预留长度

指的是前一段桩的预留长度，即前一段桩打桩完成时，其桩顶（包括切割余量）距离导管架腿顶端的距离。工程实践中的桩端预留长度，对于首段桩，取首段桩吊耳下部到首段桩顶的长度再加0.5m，对于非首段桩，取桩锤锤套的长度再加0.5m～1.0m，并兼顾预计打入位置时的预留长度。

3.3 桩的贯入深度

工程打桩中，通常需要两个打桩锤，一大一小，小锤作为主打桩锤，大锤作为备用锤。自由站立稳定性分析要求，各个桩段分别使用两个锤，组合应力均满足规范要求。桩贯入深度，指当前桩段安装完成之后，未经预计桩锤击打之前，下沉的长度。工程上可保守考虑取0。对于首段桩，当其插入到导管架腿中时，首段桩会在桩和锤及锤帽的自重作用下沉入泥面以下一定深度，自由站立计算中应予以考虑，并注意桩锤轻放，防止溜桩。对于非首段桩，当某段桩大桩锤自由站立不满足要求，而小桩锤自由站立满足规范要求时，在大桩锤自由站立计算中，考虑可以给出适当的贯入深度，使自由站立应力满足要求。该方法认为，该段桩的贯入深度之前用小桩锤打桩，而贯入深度之后可以考虑使用大桩锤。

3.4 桩倾斜角度

桩的计算倾斜角度，取桩的设计倾斜角度加上0.55度，其中，包括0.25度桩和腿轴线偏差角度+0.30度导管架腿轴线和设计偏差角度。这是工程实践考虑设计偏差的保守做法。

3.5 隔水套管的自由站立稳定性分析

隔水套管和桩的自由站立稳定性分析方法和原则一致，因此上述桩的自由站立稳定性分析原理和注意事项同样适用于隔水套管。区别在于，隔水套管的壁厚通常是常量，外径相对较小。因此在计算其所受的弯矩和轴向力时，无需像桩计算时考虑变截面的特殊性。

4 结语

基于桩和隔水套管自由站立稳定性分析的工程实践，给出针对变截面管径、顶端预留长度、贯入深度以及倾斜角度修正的具体操作方法，可操作性强，对规范理论和工程实践的结合具有重要参考意义。对工程中需要考虑的主要问题进行阐述，尤其是贯入深度调整，可有效解决备用锤条件下的自由站立分析中应力过大的问题，对工程设计有推广价值。工程上，自由站立稳定性分析尚需结合可打入性分析、承载力分析和桩身强度校核，进行桩基设计和优化。

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