CN112609753B - 一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法，它涉及海洋工程平台技术领域。综合应用多种海底扫测和地质探测方法进行插桩区域扫测，具体为：针对桩靴区域，采用打孔法，钻孔深度为25‑30m，取得土质信息，计算桩腿入泥深度；针对下浮体坐底区域，先采用海床扫描，扫描出海床表面的地形形势；对于地势平缓区域，采用多点打孔法，钻孔深度大于5m，取得土质信息，计算下浮体入泥深度；用浅剖面法分析规定深度的浅层海底地质，对异物进行清理，如清理工程量大，则更换新的地点重新进行扫测。本发明的优点在于：能够针对不同的区域采用不同的方法进行扫测，对不同区域分别进行分析，确定是否满足插桩需求，保证插拔桩试验的安全可靠。

Description

一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法

技术领域

本发明涉及海洋工程平台技术领域，具体涉及一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法。

背景技术

海洋平台主要指自升式海洋平台、半潜式海洋平台、钻井船及其他平台等。自升式海洋平台主要由沉垫、桩腿、升降装置、平台等组成，其中，桩腿是自升式平台的立柱，它除起立柱作用外，还起平台升降时的导向及升降作用。自升下浮式海上风电安装平台，是一种与传统的插桩式平台不一样的插桩平台，如申请号201721469034.0中公开的一种坐底自升式风电打桩船船，它的形式介于桩腿式和沉垫式平台之间，带有下浮体和四个桩靴，下浮体与桩腿依靠锁紧机构锁紧，其桩靴和下浮体分别分摊一部分的承载力，其作业方式是这样考虑的：首先桩腿承受一定的预压力，然后桩腿和下浮体锁紧，同时承受压力，当承载力等于主船体的重力时，主船体就可以抬升了。

平台在投入使用之前要进行全船插拔桩试验以验证插拔桩的性能，如抬升能力、效率等，为了保证试验的安全可靠，一般平台在进行插拔桩试验之前要进行海底状况扫测。

传统的插桩区域海底状况扫测方法是在桩腿插桩区域进行打孔。如每一腿的桩靴是三角型的，一般打三个孔，孔深按照插拔桩计算的深度进行，矩形的一般打四个孔，打孔后测量水底的地质情况，经过标准的插桩计算，就可以获得入泥的深度。

常规平台的桩靴，受力面积小，且桩靴区域的分舱较多，不惧破舱，因此常规平台的插拔桩试验时的海底扫测，只需要使用标贯打孔法，在桩靴位置打孔，然后使用工程地质算法，根据桩靴的承载力算出桩腿、桩靴的入泥深度即可。但是常规的海底状况扫测工艺不适合有坐底下浮体的插桩式平台。

有坐底下浮体的插桩式平台，其桩靴区域入泥深，可达20-30m，其下浮体区域入泥浅，仅3-4m，且坐底区域较广，受力范围内仅一个舱，破舱风险较大，因此需要一种比较可靠的海底扫测方法，一方面可以扫测浅表范围内海底土质状况，另一方面，要能够区别较大异物，来规避坐底时破舱的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法，能够针对不同的区域采用不同的方法进行扫测，对不同区域分别进行分析，确定是否满足插桩需求，保证插拔桩试验的安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：针对带下浮体的海洋平台的结构和操作方式，将打孔法、浅剖面法和浅震法的地质分析方法进行结合，综合应用多种海底扫测和地质探测方法进行插桩区域扫测，具体如下：

S1、海床扫描，以获得初步符合插桩的水底地貌：采用海床扫描，扫描出海床表面的地形形势，对于高低落差大或者有较多深坑的区域，会导致坐底面积不够或者偏载，则需要直接排除；对于地势平缓区域，继续进行下一步扫测工作；

S2、采用打孔法，获得水底地质特性：

S2.1、针对桩靴区域，采用单点打孔法，由于接触面积小，入泥深度高，需要打较深的孔，钻孔深度为25-30m，取得土质信息，计算桩腿入泥深度，确定此区域是否符合桩腿的打桩需求；

S2.2、针对下浮体坐底区域，由于坐底面积较大，插入淤泥的深度不多，下浮体入泥深度不超过4m，为准确获得下浮体入泥深度，采用多点打孔法，钻孔深度大于5m，采集土质信息，计算下浮体入泥深度，确定此区域是否符合下浮体的入泥需求；

S3、测算，获得插桩深度：根据地质特性，测算桩腿、桩靴的桩基受力特性，测算下浮体的受力特性，预估桩腿入泥深度和下浮体入泥深度；

S4、采用浅剖面法分析浅层海底地质：求得坐底深度后，用浅剖面法扫测水底淤泥中异物和障碍物，分析规定深度的浅层海底地质，分析浅层海底地质时，如探测出异物，无法有效获取障碍物大小，则采用浅震法得出异物大小，对异物进行清理，如清理工程量大，则更换新的地点重新进行扫测。

进一步地，所述步骤S1中，海床扫描的落差不超过3m，单向倾斜度不大于0.5度。

进一步地，所述步骤S2中，桩靴区域钻孔时，钻孔点数为每个桩腿2个，沿平台长度方向成十字交叉布置。

进一步地，所述步骤S2中，下浮体坐底区域钻孔时，钻孔点数大于9个。

本发明的优点在于：将打孔法、浅剖面法和浅震法结合，综合应用多种海底扫测和地质探测方法，针对实际的工作情况进行有序扫测，通过扫测、打孔、计算、浅剖的工程分析模式，保证插拔桩试验的安全可靠可行，对同类具有沉垫或下浮体的结构，可以进行坐底工作的水工结构物和海工船舶的建造，具有重要参考价值。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本具体实施方式采用如下技术方案：针对带下浮体的海洋平台的结构和操作方式，将打孔法、浅剖面法和浅震法的地质分析方法进行结合，综合应用多种海底扫测和地质探测方法进行插桩区域扫测，合理选取下浮体坐底作业的地点，下浮体在海床的坐底面积为3600平方米，务必保证下浮体坐底角度不能超过0.3度，最多可放宽至0.5度，若表层为淤泥可作特殊考虑，需对坐底作业区域进行地质勘探，具体如下：

S1、海床扫描，以获得初步符合插桩的水底地貌：采用海床扫描，扫描出海床表面的地形形势，对于高低落差大或者有较多深坑的区域，会导致坐底面积不够或者偏载，则需要直接排除；对于地势平缓区域，继续进行下一步扫测工作，海床扫描的落差不超过3m，单向倾斜度不大于0.5度，实施例中，对2500T 风电安装船附近水域水下地形情况进行扫描，水下地形测量及旁扫声呐扫测范围为上下游长约130.0m，宽约 80.0m，水域测量面积约10400m²，海床面及以下5m范围内剖面测量，数据采集时，按照布设的测线进行测量，船只航速、航向保持稳定，航速4.0Kn左右，以保证测区到达100%以上全覆盖，数据采集工作站进行数字记录。

S2、采用打孔法，获得水底地质特性：

S2.1、针对桩靴区域，在4根桩腿入泥处采用单点打孔法，由于接触面积小，入泥深度高，需要打较深的孔，钻孔深度为25-30m，钻孔时，钻孔点数为每个桩腿2个，共8个，沿平台长度方向成十字交叉布置，提供详细的分层土壤的数据报告，取得土质信息，计算桩腿入泥深度，确定此区域是否符合桩腿的打桩需求，插桩作业地点的水深高潮位时不小于12米，低潮位时不小于9米。

S2.2、针对下浮体坐底区域，由于坐底面积较大，约50m*48m的面积区域，插入淤泥的深度不多，下浮体入泥深度不超过4m，为准确获得下浮体入泥深度，采用多点打孔法，钻孔深度大于5m，钻孔时，钻孔点数为11个点，提供详细的分层土壤的数据报告，取得土质信息，计算下浮体入泥深度，确定此区域是否符合下浮体的入泥需求。

采用勘察船进行钻探，勘探点放样定位根据设计布置的钻孔坐标采用GPS来进行，各勘探点类型、坐标、高程及孔深见下表1。

表1：勘探点类型、坐标、高程、孔深一览表，其中Z1-8为桩靴区域的8个钻孔，S1-11为下浮体坐底区域的11个钻孔。

钻探均采用GYX-150型工程钻机，开孔孔径127mm，回转钻进，上部下套管，下部采用优质泥浆护壁钻进工艺。软土原状土样采用薄壁取土器压入法采取，取土管长300mm，内径86mm，壁厚1.5mm，刃角7°，中密及密实砂性土采用普通取土器重锤少击法采取，原位测试标准贯入试验采用对开式标准贯入器，对开式标准贯入器全长700mm，外径51mm，内径35mm，刃角18°30′，钻杆直径φ42mm，落锤采用自动脱钩装置，锤质量63.5kg，落距760mm，土工试验项目的土样经严密封装后于当日送试验室进行试验。

S3、测算，获得插桩深度：根据地质特性，测算桩腿、桩靴的桩基受力特性，测算下浮体的受力特性，预估桩腿入泥深度和下浮体入泥深度，淤泥被考虑为具有流动性，但能够承担一定的负荷；

S4、采用浅剖面法分析浅层海底地质：求得坐底深度后，用浅剖面法扫测水底淤泥中异物和障碍物，分析规定深度的浅层海底地质，分析浅层海底地质时，如探测出异物，如岩石、弃锚、废弃钢板等障碍物，无法有效获取障碍物大小，则采用浅震法得出异物大小，对异物进行清理，防止其破坏下浮体结构，如清理工程量大，则更换新的地点重新进行扫测。

实施例中，浅剖面法采用浅层剖面仪，所用拖鱼系统按侧挂方式安装在测量船中部右舷，浅剖探头紧靠船体施测，探头入水深度为 1.4m，GPS天线安装在探头正上方，采用专业水道测量软件进行导航，采用ISE软件进行浅剖数据采集，在作业中根据需要设置了GPS参数系统、浅剖发射参数，保证现场测量时整个浅剖图像清晰、可辨。

用于对插桩区域进行扫测，扫测目的是寻找合适的插桩位置，若步骤S1中，扫描出海床表面的地形形势高低落差小，地势平缓，且地质符合下浮体的入泥需求，步骤S2中，测得地质符合桩腿的打桩需求，步骤S3中，分析浅层海底地质符合要求，步骤S4中，异物顺利排除，则确认该区域符合带下浮体的海洋平台进行插桩试验的需求，可进行插拔桩试验，若其中任一步骤不满足要求，确认不合适插桩时，则在相邻位置另行寻找插桩区域，重新进行区域的扫测。

所采用的方法有内在逻辑联系，次序不可颠倒，分析思路互为因果，并且缺一不可。

实施例中，根据测区实际情况对其进行分区域扫测，共分为2个扫测区域，现对其进行具体分析如下：经过扫测系统对侧扫数据的成像处理，形成影像清晰无盲区，基本能判别实施例中码头前沿插拔桩附近水域河床的地形地貌；扫海时将作业水域划分成2个区域，根据2个区域影像图判读：侧扫水域水底地貌清晰可见，测区水底无大范围硬质凸起和障碍物、沉船等物体，水域条件满足本次施工要求；测区下游边界发现一处疑似障碍物，初步判断该疑似障碍物对本次施工无影响。根据调查结果分析，浅剖穿透深度达到5m以上，满足5m内扫测障碍物的要求。

从浅剖测量成果来看，整体地层基本上比较连续，大部分区域不

存在有抛石等障碍物，测区西侧底质相对较为松散，未发现有异常底

质存在；测区东部表层底质较为松散，下部底质较硬存在较多含沙量

底质，深度在泥面下2.5m～3m，若在此区域进行施工应注意下部底质情况。整个测区发现有明显障碍物两个，疑似为小碎石，直径为 0.2～0.3m，埋深均在 2.4m 左右，施工时应尽可能予以避开。

带下浮体的海洋平台的插桩区域扫测方法，其适用条件为：带有较大坐底面积的，具有坐底功能的平台的下浮体或沉垫机构，这种机构对于埋在水底淤泥中的异物或石块较为敏感，会被异物或石块刺穿结构，导致整个下浮体部分或整体功能的丧失，造成较大安全隐患。

本具体实施方式将打孔法、浅剖面法和浅震法结合，综合应用多种海底扫测和地质探测方法，针对实际的工作情况进行有序扫测，通过扫测、打孔、计算、浅剖的工程分析模式，保证插拔桩试验的安全可靠可行，对同类具有沉垫或下浮体的结构，可以进行坐底工作的水工结构物和海工船舶的建造，具有重要参考价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法，其特征在于：针对带下浮体的海洋平台的结构和操作方式，将打孔法、浅剖面法和浅震法的地质分析方法进行结合，综合应用多种海底扫测和地质探测方法进行插桩区域扫测，具体如下：

S1、海床扫描，以获得初步符合插桩的水底地貌：采用海床扫描，扫描出海床表面的地形形势，对于高低落差大或者有较多深坑的区域，会导致坐底面积不够或者偏载，则需要直接排除；对于地势平缓区域，继续进行下一步扫测工作；

S2、采用打孔法，获得水底地质特性：

S2.1、针对桩靴区域，采用单点打孔法，由于接触面积小，入泥深度高，需要打较深的孔，钻孔深度为25-30m，取得土质信息，计算桩腿入泥深度，确定此区域是否符合桩腿的打桩需求；

S2.2、针对下浮体坐底区域，由于坐底面积较大，插入淤泥的深度不多，下浮体入泥深度不超过4m，为准确获得下浮体入泥深度，采用多点打孔法，钻孔深度大于5m，采集土质信息，计算下浮体入泥深度，确定此区域是否符合下浮体的入泥需求；

S3、测算，获得插桩深度：根据地质特性，测算桩腿、桩靴的桩基受力特性，测算下浮体的受力特性，预估桩腿入泥深度和下浮体入泥深度；

S4、采用浅剖面法分析浅层海底地质：求得坐底深度后，用浅剖面法扫测水底淤泥中异物和障碍物，分析规定深度的浅层海底地质，分析浅层海底地质时，如探测出异物，无法有效获取障碍物大小，则采用浅震法得出异物大小，对异物进行清理，如清理工程量大，则更换新的地点重新进行扫测。

2.根据权利要求1所述的一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法，其特征在于：所述步骤S1中，海床扫描的落差不超过3m，单向倾斜度不大于0.5度。

3.根据权利要求1所述的一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法，其特征在于：所述步骤S2中，桩靴区域钻孔时，钻孔点数为每个桩腿2个，沿平台长度方向成十字交叉布置。

4.根据权利要求1所述的一种带下浮体的海洋平台插桩区域扫测方法，其特征在于：所述步骤S2中，下浮体坐底区域钻孔时，钻孔点数大于9个。