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自升式钻井平台在旧桩坑附近进行插桩时，其桩靴基础可能由于受到偏心或倾斜荷载作用而滑移进旧桩坑，导致桩腿弯曲变形、平台倾覆，甚至平台与导管架相撞等安全事故。为了降低上述工程风险，本文开展了一系列桩靴结构型式的优化研究和对比分析，提出莲蓬形桩靴(四孔、六孔、八孔)、平底桩靴、内凹形桩靴五种新型桩靴结构型式。并采用CEL方法建立自升式钻井平台桩靴踩脚印的三维有限元计算模型，分析了上述各新型桩靴与传统纺锤形桩靴在不同偏心距、不同桩坑类型条件下插桩时桩靴-地基土体相互作用机制、桩靴结构受力特性与地基土流动形式。最后，对比分析了优化后的新型桩靴结构、试踩桩坑法、地基钻孔法对桩靴踩脚印工况的适用性。具体研究内容及相关结论如下：
（1）基于CEL有限元大变形数值分析方法对比分析了新型桩靴踩脚印贯入土层后桩靴-地基土体相互作用机制、地基土体流动机理、受扰动土体的塑性变形水平范围及桩靴倾斜角与桩腿偏移距等同传统纺锤形桩靴结构的差异，评估了各类桩靴贯入硬黏土覆软黏土的成层土地基中发生穿刺事故的风险，得出六孔莲蓬形桩靴受到的水平滑动力与桩腿偏移距相较于纺锤形桩靴分别减小了32.59%、60.53%，对降低踩脚印工况产生的不利影响幅度最大。因此，新型六孔莲蓬形桩靴被认为是适用于桩靴踩脚印工况的最优结构形式。
（2）进一步针对软粘土与硬粘土分别形成倒圆锥形与圆柱形两种不同型式桩坑的情况，开展六孔莲蓬形桩靴与传统纺锤形桩靴承载特性的对比分析。研究在不同形状、不同偏心距、不同坡角、不同直径的桩坑条件下插桩时桩靴的受力特性。结果表明，各种条件下六孔莲蓬形桩靴较传统纺锤形桩靴对踩脚印不利影响均有大幅降低。综合分析表明踩脚印工况下，六孔莲蓬形桩靴较传统纺锤形桩靴有更好的插桩稳定性。
（3）基于上述分析所得插桩稳定性最不利工况，开展六孔莲蓬形桩靴结构优化法、试踩桩坑法、地基钻孔法对桩靴踩脚印工况适用性的对比研究。结果表明，三种方案均能有效降低桩靴踩脚印后产生的不利影响，提高桩靴结构的插桩稳定性。以最终桩靴贯入产生不利附加响应作为上述方法功效优劣评定标准进行比较：地基钻孔法>新型六孔莲蓬形桩靴>试踩法，但考虑到地基钻孔法与试踩法需要增加额外机械设备及施工工序等不利条件，认为采用六孔莲蓬形桩靴结构优化法降低桩靴踩脚印工况不利影响是最佳方式。
（1）基于CEL有限元大变形数值分析方法对比分析了新型桩靴踩脚印贯入土层后桩靴-地基土体相互作用机制、地基土体流动机理、受扰动土体的塑性变形水平范围及桩靴倾斜角与桩腿偏移距等同传统纺锤形桩靴结构的差异，评估了各类桩靴贯入硬黏土覆软黏土的成层土地基中发生穿刺事故的风险，得出六孔莲蓬形桩靴受到的水平滑动力与桩腿偏移距相较于纺锤形桩靴分别减小了32.59%、60.53%，对降低踩脚印工况产生的不利影响幅度最大。因此，新型六孔莲蓬形桩靴被认为是适用于桩靴踩脚印工况的最优结构形式。
（2）进一步针对软粘土与硬粘土分别形成倒圆锥形与圆柱形两种不同型式桩坑的情况，开展六孔莲蓬形桩靴与传统纺锤形桩靴承载特性的对比分析。研究在不同形状、不同偏心距、不同坡角、不同直径的桩坑条件下插桩时桩靴的受力特性。结果表明，各种条件下六孔莲蓬形桩靴较传统纺锤形桩靴对踩脚印不利影响均有大幅降低。综合分析表明踩脚印工况下，六孔莲蓬形桩靴较传统纺锤形桩靴有更好的插桩稳定性。
（3）基于上述分析所得插桩稳定性最不利工况，开展六孔莲蓬形桩靴结构优化法、试踩桩坑法、地基钻孔法对桩靴踩脚印工况适用性的对比研究。结果表明，三种方案均能有效降低桩靴踩脚印后产生的不利影响，提高桩靴结构的插桩稳定性。以最终桩靴贯入产生不利附加响应作为上述方法功效优劣评定标准进行比较：地基钻孔法>新型六孔莲蓬形桩靴>试踩法，但考虑到地基钻孔法与试踩法需要增加额外机械设备及施工工序等不利条件，认为采用六孔莲蓬形桩靴结构优化法降低桩靴踩脚印工况不利影响是最佳方式。