海洋工程中钢管桩基础打桩的基本理论分析

锤击法动力沉桩是海洋工程中钢管桩基础应用最广泛的沉桩方式。由于海洋工程多采用大型桩基，桩基数量少、单桩造价高、施工风险大，使得在陆地桩基工程中鲜被关注的桩基可打入性问题，成为海上结构物建造中风险最大、最为重要的环节。在设计阶段，进行准确的桩基可打入性分析并提出有效降低打桩施工风险的工程措施具有十分重要的意义。桩基可打入性分析的目的是基于动力沉桩的理论模型，预测打桩过程中的打桩阻力（即土的总阻力）大小及变化，进而合理地选择打桩锤并分析桩基承载力。百多年来，众多学者对这一问题开展了大量的研究工作。打桩公式是最早用于分析桩基可打入性问题的方法。该方法基于能量守恒原理，即桩锤做功等于桩贯入土中所需要的有效功、桩土体系所消耗的弹性应变能与桩土体系所消耗的非弹性变形能之和，应用牛顿撞击定理建立桩基极限承载力与打桩贯入度之间的关系。1851年，Sanders用撞击一瞬间的锤心总动能与桩贯入所做功相等的方法提出了第一个动力打桩公式[1。Dunham曾指出打桩公式是评价打桩动阻力的一种尝试，并且该阻力可以用来估计桩的长期轴向承载力。由于打桩公式简单并且使用方便，至今仍在使用。较为著名的打桩公式是海利（Hiley）公式：

根据现场静荷载试验所得的P。与打桩时相对应的s，代入上式，即可求得c的经验值。他们通过大量试验，得出了在给定的桩和桩锤条件下各类土的ε=f（s），这种由经验数据得出的公式误差较小。此外，有学者将打桩公式与现代的测试技术结合起来，直接测得打桩时桩顶所受的撞击能量，从而使动力打桩公式中的待定参数减少，同时也减少人为确定参数带来的误差，提高了现有动力打桩公式的可靠性。但从应用推广角度来说，在众多的动力打桩公式中确定最为合适的公式非常困难，且由于公式中的参数较多，参数的取值完全依赖于经验，很难确定统一的取值范围。大量的现场试验也表明，错误地使用打桩公式导致了桩基设计的浪费或风险。其根本原因在于动力沉桩不是牛顿刚体动力学定律就能直接求解的简单撞击问题，而是一种纵波传播问题。