CN105320824A - 自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明公开了一种自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法，其包括如下步骤：S1：计算所述自升式钻井平台的自重G；S2：计算桩靴基础承载力Q，得到桩腿贯入深度与桩靴基础承载力Q的关系；S3：当所述自重G等于所述桩靴基础承载力Q时，计算得到桩腿贯入深度。本发明的自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法相比现有的分析方法大为简化，而且得到的桩腿贯入深度也很准确。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法。
背景技术
当自升式钻井平台在预定的插桩位置就位后，将桩靴缓慢地插入地基土中入泥，此时地基土的极限承载力小于平台桩靴所施加的压力，平台桩靴将继续向下贯入，当地基土的极限承载力大于或等于平台桩靴所施加的压力时，则平台桩靴将停止贯入，稳定在地层的某一层位，此时平台桩靴尖贯入深度即为平台的插桩深度。
自升式钻井船以桩腿支撑上部结构，提供轴向和径向抗力，而桩腿入泥深度将直接影响钻井船的就位、转移及作业期间的安全稳定性。为给钻井船的就位提供有效依据，并保证后续作业的顺利进行，插桩深度的预测显得尤为重要。
由于插桩地点地质结构复杂，无法利用外部设备准确预报平台插桩后的贯入深度；由于桩靴入泥后受力复杂，目前尚没有理论方法较准确估算插桩后能够产生的贯入深度。
现有的桩腿贯入深度分析方法有：利用承载力公式
Q＝fAs+q(u,δ)Ap1+αp0Ap2
q(u,δ)＝qutjingδ(v,t)
式中：As为埋入泥线以下桩侧总表面积；f为单位表面摩擦力；q(u,δ)为桩腿下入动载和群桩效应影响下的单位桩端承载力；Ap1为桩端(桩靴)横向截面积；Ap2为桩靴有效面积与桩腿有效面积之差；α为回填土压力折减系数，通常取值0.3～0.6；p0为桩脚深度处的有效上覆土压力；u为桩腿下入速度影响系数，与桩腿下入的净时间有关可，通过模拟试验和多口井的现场实际插桩校核统计反演得出；δ为群桩效应影响系数，与桩腿下入时间和下入速度有关，可通过模拟试验和多口井的现场实际插桩校核统计反演得出；tjing为桩腿下入净时间即排除压载作业过程中的静止等候等非桩腿下入的时间；v为桩腿下入速度；t为桩腿下入总时间。其考虑了桩腿贯入动载荷因素、桩腿区域回填土因素以及群桩效应因素等的影响，这种计算方法比较传统且保守，它依据的是API(美国石油协会)规范，利用该方法计算Q十分繁琐，而且其选用的参数都不是实测值，而是规范提供的经验公式值，规范中对各种土壤性质参数的取值往往比较保守，这样虽然能够提高插桩的安全性，但是这样计算得到的结果对实际生产并非有利。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中桩腿贯入深度分析方法计算十分繁琐等缺陷，提供一种自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法，其特点在于，其包括如下步骤：
S1：计算所述自升式钻井平台的自重G，单位为t；
S2：计算桩靴基础承载力Q，计算公式如下：
Q＝qn×A+γ1×V
其中，
Q－基础入泥深度范围内总的极限承载力，单位为t；
qn—为桩腿的单位面积极限承载力，单位为t/m2；
A—桩靴的最大平面积，单位为m2；
γ1—由桩靴排出土的平均有效密度，单位为kg/m3；
V—桩靴排出土的体积，单位为m3；
得到桩腿贯入深度与桩靴基础承载力Q的关系；
S3：当所述自重G等于所述桩靴基础承载力Q时，计算得到桩腿贯入深度。
较佳地，在步骤S2的桩腿的单位面积极限承载力的计算公式如下：
a)对于不排水的粘性土：
qn＝Nc×Su，(Nc＝6×(1+0.2×D/B)≤9)
其中，
Nc—不排水粘性土的无量纲承载力系数；
Su—基础底面以下B/2深度内的平均不排水抗剪强度，单位为t/m2；
D—桩腿入泥深度，单位为m；
B—桩腿直径(最宽截面)，单位为m；
b)对于排水的粒状土：
qn＝0.3RBNr+P0×(Nq-1)
其中，
R—基础底面以下地基土的平均有效密度，单位为kg/m3；
B—桩腿直径(最宽截面)，单位为m；
Nr、Nq—排水粒状土的无量纲承载力系数，按内摩擦角而定；
P0—桩腿端部位置的有效上覆土压力，单位为t/m2。
其中，土壤性质参数Su、Nr、Nq，完全是根据实际测量得到的。采用工程地质浅钻的方式，钻探施工采用了岩芯管钻进，取土器重锤锤击取土。取土间距按照设计要求，孔深0-15米每米取一原状土样，15-40m每1.5m取一原样土样，样长30cm。取得样品主要为淤泥质土、粉土、粘性土和砂土，均采用固定活塞厚壁取土器。样品取上来后，由专业技术人员负责对样品进行描述，根据岩芯管土样及取土器中采取的原状样，分回次进行编录，土层变化时，注意分层界限。所取原状样经过精心包装，防止样品扰动，及时送往土工实验室进行室内土工试验。实验项目包括：土样描述、分类定名、颗粒分析、含水量、密度、比重、饱和度、孔隙比、液限、塑限、液性指数、塑性指数、直剪试验、固结实验、三轴试验。
较佳地，对于不排水的粘性土，当计算得出的桩腿的单位面积极限承载力qn大于9倍Su时，qn＝qmax＝9Su。
较佳地，在S1步骤中，根据自升式钻井平台的吃水量，计算所述自升式钻井平台的自重G。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法相比现有的分析方法大为简化，而且得到的桩腿贯入深度也很准确。
附图说明
图1为本发明自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
1)平台自重的计算
将桩靴注满水后，根据平台的吃水等信息，准确的估算平台的自重G，此重量即为平台的插桩时的预压载。
2)桩靴基础承载力计算
对于自升式钻井平台插桩时的地基承载力，主要是考虑其桩端阻力，当施加的基础荷载等于或大于土地极限承载力时桩靴贯入就会发生，近似于圆形或者方形基础的极限承载力Q，用下式计算：
Q＝qn×A+γ1×V①
式中：
Q－基础入泥深度范围内总的极限承载力；
qn—为桩腿的单位面积极限承载力；
A—桩靴的最大平面积；
γ1—由桩靴排出土的平均有效密度；
V—桩靴排出土的体积；
qn值的计算方法如下：
a)对于不排水的粘性土质：
qn＝Nc×Su≤qmax＝9Su②
式中：
Su—基础底面以下B/2深度内的平均不排水抗剪强度；
Nc—不排水粘性土的无量纲承载力系数，＝6×(1+0.2×D/B)≤9；
qmax—qn的限制值，在较深的深度时使用；
这里较深深度是指当利用公式②计算出来的qn大于9倍的Su时，qn取qmax值
D—桩腿入泥深度；
B—桩腿直径(最宽截面)。
b)对于排水粒状土质：
qn＝0.3RBNr+P0×(Nq-1)≤qmax③
式中：
R—基础面以下地基土的平均有效密度；
B—桩腿直径(最宽截面)；
Nr、Nq—排水粒状土的无量纲承载力系数，按内摩擦角而定。
内摩擦角是作为岩(土)体的重要参数之一，是土的抗剪强度指标。土的内摩擦角反映了土的摩擦特性，一般认为包含两个部分：土颗料的表面摩擦力，颗粒间的嵌入和联锁作用产生的咬合力。经典的表达式就是库伦定律其中，对于黏性土，c不为0，对于砂土，c为0，c可以通过三轴试验得出(或直剪)。在不同围压下，得到破坏时的最大主应力和最小主应力，做出应力圆，至少在三种不同的围压下，这样可以做出三个应力圆，作三个圆的公切线，斜率即为内摩擦角。
P0—桩腿端部位置的有效上覆土压力；
qmax—qn的限制值,在较深的深度时使用。
3)桩腿贯入深度的计算
当桩靴入泥后，当施加的预压载等于土的极限承载力时，即
G＝Q④
此时桩靴贯入就会停止，此时桩靴的入泥深度即为桩腿的贯入深度D。
实施例
自升式平台满载荷插桩时单桩总重量为11436t，即G＝11436t。桩腿直径(最宽截面)B为17.985m。
a)对于粘性土，插桩土壤认为是均质的灰褐-灰绿色粉质粘土：
qn＝Nc×Su＝6×(1+0.2×D/B)×65kPa＝6×(1+0.2D/17.985)×65kPa＝390+4.3369DkPa＝(390+4.3369D)×1000/9.8kg/m2＝39795.918+442.541Dkg/m2
而qmax＝9Su＝9×65kPa＝585kPa
式中粘性土的Su＝65kPa是根据三轴不固结不排水实验测试得到。
A＝254m2
γ1＝2.00g/cm3＝2000kg/m3
V＝A×D＝254Dm3
因此根据公式①，Q＝qn×A+γ1×V＝(39795.918+442.541D)×254+2000×254D，当Q＝G时，即G＝(39795.918+442.541D)×254kg+2000×254Dkg＝11436000kg，得出D＝2.14m
将上述得出的桩腿入泥深处D带入qn的计算式，得出qn＝684+7.606DkPa＝399.28kPa<qmax，所以无需采用qmax计算D。
b)对于排水粒状土质，插桩土壤认为是均质的稍密的粉性土：
qn＝0.3RBNr+P0×(Nq-1)＝0.3×1900kg/m3×17.985m×2.65+8.86kN/m3×D×0.8×(3.95-1)＝0.3×1900kg/m3×17.985m×2.65+904.08kg/m3×D×0.8×(3.95-1)＝27166.34+2133.63Dkg/m2
式中R＝1900kg/m3，B＝17.985m，Nr＝2.65，Nq＝3.95；
8.86KN/m3＝940.82kg/m3是覆盖在桩靴上土壤的浮容重，0.8是80％的意思，是计算桩靴上覆土重量的一个考虑到土壤在水中效应的系数。
A＝254m3
γ1＝1.90g/cm3＝1900kg/m3
V＝A×D＝254Dm3
因此根据公式①，Q＝qn×A+γ1×V＝(27166.34+2133.63D)×254+1900×254D当Q＝G时，即G＝(27166.34+2133.63D)×254kg+1900×254Dkg＝11436000kg，得出D＝4.43m。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：计算所述自升式钻井平台的自重G，单位为t；
S2：计算桩靴基础承载力Q，计算公式如下：
Q＝qn×A+γ1×V
其中，
Q－基础入泥深度范围内总的极限承载力，单位为t；
qn—为桩腿的单位面积极限承载力，单位为t/m2；
A—桩靴的最大平面积，单位为m2；
γ1—由桩靴排出土的平均有效密度，单位为kg/m3；
V—桩靴排出土的体积，单位为m3；
得到桩腿贯入深度与桩靴基础承载力Q的关系；
S3：当所述自重G等于所述桩靴基础承载力Q时，计算得到桩腿贯入深度。
2.如权利要求1所述的自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法，其特征在于，在步骤S2的桩腿的单位面积极限承载力的计算公式如下：
a)对于不排水的粘性土：
qn＝Nc×Su，(Nc＝6×(1+0.2×D/B)≤9)
其中，
Nc—不排水粘性土的无量纲承载力系数；
Su—基础底面以下B/2深度内的平均不排水抗剪强度，单位为t/m2；
D—桩腿入泥深度，单位为m；
B—桩腿直径(最宽截面)，单位为m；
b)对于排水的粒状土：
qn＝0.3RBNr+P0×(Nq-1)
其中，
R—基础底面以下地基土的平均有效密度，单位为kg/m3；
B—桩腿直径(最宽截面)，单位为m；
Nr、Nq—排水粒状土的无量纲承载力系数，按内摩擦角而定；
P0—桩腿端部位置的有效上覆土压力，单位为t/m2。
3.如权利要求2所述的自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法，其特征在于，对于不排水的粘性土，当计算得出的桩腿的单位面积极限承载力qn大于9倍Su时，qn＝qmax＝9Su。
4.如权利要求1所述的自升式钻井平台的桩腿贯入深度分析方法，其特征在于，在S1步骤中，根据自升式钻井平台的吃水量，计算所述自升式钻井平台的自重G。
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