[发明专利]一种打桩锤与隔水导管匹配优化设计方法

权利要求书

1.一种打桩锤与隔水导管匹配优化设计方法，其特征在于：它包括预测设计 和实时设计两个部分，其包括以下步骤：

1)进行海底土质调查及土质分析，得到海洋工程调查资料；

2)根据海洋工程调查资料的海底土特性以及隔水导管的尺寸，利用公知打桩 公式与能量方程计算与隔水导管相匹配的最优打桩锤参数，对最优打桩锤型号进 行预测设计，其具体包括以下步骤：

①据预打的隔水导管尺寸以及海洋工程调查资料的海底土特性，可求出隔水 导管的入土深度与海底土极限承载力关系，海底土极限承载力由下式确定：

P_a＝Q_f+Q_p＝f·A_s+q_u·A_p，

式中，P_a为隔水导管所插入深度位置所对应的海底土极限承载力；Q_f为隔水 导管桩侧壁摩阻力；Q_p为隔水导管桩端阻力；A_s为隔水导管桩侧壁表面积；A_p为 隔水导管横截面积；f为隔水导管桩侧壁单位摩擦力；q_u为隔水导管桩端部单位 面积承载力；

②按照预打桩地区的作业经验，初步选定一种型号的打桩锤，并记录其锤击 能量、锤心重量、锤落距和锤帽重量；

③根据初步选定的打桩锤型号，利用格尔谢万诺夫打桩公式进行打桩贯入度 预测，贯入度预测值e应满足下式：

e=nAQHKPa(KPa+nA)·Q+0.2qQ+q,]]>

式中：e为打桩贯入度，其单位为m；n为根据桩材料和桩垫所定的系数，由 钢管制成的隔水导管钢桩无桩垫，取n＝500000kg/m²；A为桩身横截面积，其单位 为m²；Q为锤心重量，其单位为kg；q为桩重，包括送桩、桩帽及锤非冲击部分 的重量，其单位为kg；K为桩体承载力安全系数，其取值范围为1.5～2.0；H为锤 落距，其单位为m；

④根据打桩锤打桩所作的功瞬间的能量转换关系，确定最优的锤击能量，最 优锤击能量由下式确定：

E＝(R·e+Q·h)/(1-α)，

式中：E为最优锤击能量，其单位为KJ；e为击锤一次时，桩的入土距离， 即贯入度；R为相应于贯入度为e时，桩的贯入阻力，其单位为KN；Q为锤心质量， 其单位为t；h为打桩锤的反弹高度，其单位为m；α为能量消耗系数，对于钢桩 而言，α的取值范围为0.1＜α＜0.3；

⑤根据最优锤击能量中的最大值E_max选定最优打桩锤型号；

3)根据海洋工程调查资料的海底土特性和步骤2)中预测设计的打桩锤参数， 以及根据实测贯入度对最优落锤距进行实时设计，其具体包括以下步骤：

①根据海洋工程调查资料的海底土特性及打桩现场施工情况，利用监测仪器 实时记录打桩贯入度e_i；

②根据打桩锤打桩所作的功瞬间的能量转换关系，确定下一击最优的锤落距， 最优锤落距由下式确定：

H＝((R·e_i+Q·h)/(1-α))/Q，

式中：H为下一击最优打桩锤落距，其单位为m；e_i为实时监测到的贯入度， 其单位为m；R为相应土深度桩的贯入阻力，其单位为KN；Q为锤心质量，其单 位为t；h为打桩锤的反弹高度，其单位为m；α为能量消耗系数，对于钢桩而言， α的取值范围为0.1＜α＜0.3；

③根据所得到的最优锤落距调节打桩锤落距，进行下一击，然后依次类推， 记录下一击的实测贯入度，再返回到步骤②进行再下一击的最优锤落距计算。