无桩靴自升式平台插桩深度计算方法
海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算
海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算张浦阳;于晓洋;丁红岩【摘要】为了准确预测海上自升式钻井平台插桩阶段贯入深度,引入流-固耦合理论,建立了饱和黏土条件下土-桩靴系统的有限元模型,利用该模型对桩靴贯入均质与非均质黏土时的桩靴承载力系数进行了数值计算.结果表明,桩靴承载力系数的大小主要取决于土体强度和桩靴贯入深度:对土体强度非均匀系数较低的土体,桩靴承载力系数与桩靴贯入深度正相关,而土体强度非均匀系数较大的土体桩靴承载力系数与桩靴贯入深度呈负相关；当桩靴贯入深度为20 m左右时,桩靴的极限承载力系数为10.30(不考虑土体回流作用)和12.25(考虑土体回流作用).给出了插桩过程中桩靴承载力的计算方法,并利用此方法计算了渤海5号平台在特定土质条件下桩靴的贯入深度,提出的计算方法由于考虑了整个插桩过程中土-桩靴相互作用、土体的非线性特性、桩靴底面的端阻力和桩靴侧面阻力等影响,预测的桩靴贯入深度更为合理,与传统计算方法的结果相差20％左右.%To predict the penetration depth of the offshore jack-up drilling platform during the preloading process, the fluid-solid coupling theory was introduced to establish the finite element model of the soil-spudcan system in saturated clay. With this model, the spudcan bearing capacity factor was numerically calculated when spudcans penetrated into homogeneous and heterogeneous clay. The results show that, the spudcan bearing capacity factor is mainly decided by soil strength and spudcan penetration depth: for soil with lower strength heterogeneous coefficient, the spudcan bearing factor has a positive correlation with the spudcan penetration depth, while for soil with higher strength heterogeneous coefficients, the correlation is negative. When thespudcan penetration depth is about 20 m, the maximum bearing capacity factor of spudcan is 10.30 (not consider soil backflow) and 12.25 (consider soil backflow), respectively. The calculation method for spudcan bearing capacity during the preloading process was given. With this method, the penetration depth of spudcan under certain soil condition for the Bohai No. 5 platform was calculated. Because the proposed calculation method considers the influences of reaction between soil and spudcan, the nonlinear property of soil, end resistance at the bottom of spudcan, and lateral resistance of spudcan during the whole preloading process, the predicted spudcan penetration depth is more reasonable and has a difference of about 20% from the result of traditional calculation methods.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2011(038)005【总页数】7页(P613-619)【关键词】海上自升式钻井平台;桩靴;承载力;土体回流;孔穴高度【作者】张浦阳;于晓洋;丁红岩【作者单位】天津大学建筑工程学院;滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学);国核电力规划设计研究院;天津大学建筑工程学院;滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学)【正文语种】中文【中图分类】TU411由于海洋地质情况复杂，海上自升式钻井平台桩靴贯入深度的准确预测一直是海洋工程界急需解决的问题。
复杂地层条件下自升式平台桩腿插桩深度对比分析
ห้องสมุดไป่ตู้
ｔ ｅｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎ Ｉ Ｓ ｅｓ ｔ ａ ｂｌ ｉ ｓｈ ｅ ｄ ｃ ｏｍｐｒ ｅｈ ｅ ｎ ｓｉ ｖ ｅｌ ｙ， ａ ｎ ｄ ｃ ｏｍ ｐ ａ ｒ ｅｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ Ｉ ｔ ｉ ｓ ｄ ｅｍｏｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ
ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ Ｉ Ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ａ ｃ ｃ ｅ ｐ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ
自升式平台是海洋油气开发 的主要设备之一 ，
且 应用广泛 。但平 台拖航就位 作业风险和 难度较 大 ， 插桩过程 中可能 出现 以下问题 ：插桩 深度不 够 、持力
层贯穿 、不可控下沉和无法拔桩等 ，其 中持力层贯 穿 引发 的穿 刺破坏 比例 占平 台破坏 总 数 的 ５ ３ ％ 。因 此 ，为了保证 自升式平台作业过程 中的稳 定性和 安全
不 带桩靴桩腿在插桩过程 中 ，平 台桩 腿受到的土 体 阻力包括桩端部阻力和桩 腿的侧 摩阻力两部分 ，根
据Ａ Ｐ Ｉ 规 范旧 自升 式钻 井平 台单桩极 限承载力 ｑ可 以 由下 式计算 ：
Ｑ＝Ｑ ｐ ＋ ＝ｑ Ａ ＋ ｆ Ａ 。
ｇｎ ＝ ｐｏ Ｎｑ
ｌ
研 究 探讨
石 工 程 建设
复 杂 地 层 条 件 下 自升 式 平 台 桩 腿 插 桩 深 度 对 比 分 析
基于标贯数的自升式平台桩腿贯入深度预测方法研究
基于标贯数的自升式平台桩腿贯入深度预测方法研究祁磊;刘振纹;赵开龙;许浩【摘要】准确预测自升式平台插桩深度是保障平台安全作业的前提.结合海洋岩土工程调查方法,探讨一种新的基于标贯数的平台桩腿/桩靴贯入深度计算方法.在简要介绍了现有自升式平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法的基础上,详细论述了标贯数的确定、承载力计算方法、标准锤击数与现场锤击数的关系等基于标贯数的平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法.而后结合自升式平台在冀东油田多个井位的井场勘察数据,采用本方法对其多个井位、多种不同形式的平台进行了计算.结果表明,大部分井位的计算精度较高,但仍旧存在一些离散性,主要原因在于不同的海洋工程地质条件与本方法中所推荐的标贯锤击数影响系数不一样.同时还发现,在砂性土中计算结果较为准确,而黏性土计算结果相对离散,这主要是因为标贯试验对于饱和黏土的测试精度较差.该方法可作为传统计算方法的一种参考,可大大节约时间和费用.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2017(043)003【总页数】3页(P32-34)【关键词】自升式平台;插桩深度;预测方法;标贯数;承载力【作者】祁磊;刘振纹;赵开龙;许浩【作者单位】中国石油集团工程技术研究院,天津300451;中国石油集团海洋工程重点实验室,天津300451;中国石油集团工程技术研究院,天津300451;中国石油集团海洋工程重点实验室,天津300451;中国石油集团工程技术研究院,天津300451;中国石油集团海洋工程重点实验室,天津300451;中国石油集团工程技术研究院,天津300451;中国石油集团海洋工程重点实验室,天津300451【正文语种】中文随着滩浅海油气开发的拓展，自升式平台在海洋钻修井作业中发挥了越来越重要的作用。
自升式平台插桩压载作业是保障平台安全作业的前提，因而插桩深度预测的准确性非常重要。
目前插桩承载力主要根据土体参数进行计算[1]，土体参数的准确性对结果的影响非常大。
自升式钻井船插桩深度预测
・
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袖珍贯入试验
维普资讯
３８ １
学 术论 文
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现场 含水 率试验 现场 密度试验
・Leabharlann 当土样运 回陆地实 验室后 ，还 要进行 以下试验 ：
・
实验 室含水 率试验 实验 室密度试 验 液塑 限试验 粒 度分 析试验 不 固结． 水三轴 压缩 试验 不排 固结． 水 多级三轴 压缩 试验 排
土粒 比重 试验
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依据现场及实验室结果，可以选定设计强度参数 。主要的设计参数是： 对于粘性土：水下重度 （Ｎ／ 、不排水抗剪强度 Ｓ ｋ ａ ；对于无粘性土 （ ｋ ｍ） ｕ（Ｐ ） 粒状土） ：水下重度 Ｙ（Ｎ ｍ ） ｋ ／ 、有效内摩擦 角 ｏ。其 中，粘性土的设计不排水抗剪强度（ 一般取电动十字板和不固结． ） ） 不排水三轴压缩试验
当前 ，自升式钻井船主要为桩靴式，因而本文主要论述桩靴式钻井船的插桩深度预测。
桩靴式钻井船以桩腿支撑上部结构， 提供轴 向和横 向抗力，而桩脚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。 钻井船就位前需要对井场进行勘察，主要进行 ｌｍ￣ｌｍ 的工程物探调查和预定井位处的 １个 ｋ ｋ ４ｍ取样孔的工程地质调查， ０ 根据勘察结果可以评估钻井船在该井场就位 的可行性， 钻井船插桩深度
力系数： 为不排水粘土的无量纲承载力系数， 肛 ６１ ０ ／） ： （ ＋ ．Ｄ Ｂ ９ ＆为桩脚下 Ｂ２ ２ ／ 深度以内平均 不排水抗剪强度； 为由桩脚排 出土的平均有效重度 ； 为桩脚一 ／ ＦＢ２以内土 的平均有效重度；Ｂ为
自升式钻井平台插桩深度探析
受到 扰动 ， 而且 取样过 程 本 身 就是 一个 卸 荷 过程 ， 土体 的原 始 性 状 必 然 受 到 影 响 ３ １。因
此 ， 工 实 验 测 得 的 砂 土 内摩 擦 角 相 比 其 真 实 内 摩 擦 角 应 偏 低 。标 贯 试 验 虽 然 在 现 场 进 土
行 ， 验时砂 体上 覆压 力骤 减 ， 贯试验 过程 中砂 土发 生 振动 液 化 等 ， 试 标 导致 测 试结 果 所 反
ｃｏ ｉ ． ｃｎ ｎ
（ 素 兰 编辑） 杜
第 ３ 卷 Ｏ
陈建强 ， ： 等 自升 式 钻 井 平 台 插 桩 深 度 探 析
内摩 擦 角 而 定 的排 水 粒 状 土 无 量 纲 承 载 力 系 数 ； 为 桩 脚 Ｂ ｅ以 内 土 的平 均 有 效 重 度 。 ／ 对 于不排 水 粘性土 ：
映的 土体强 度低 于其 实际强 度 。
２ 根据 大直径 桩 靴下砂 层与 原始地 层 的物 理力 学 性 质 的对 比发现 ， 靴 下地 层 的 内 ） 桩 摩 擦角 、 压缩 模量 等参 数 有不 同程 度 的 提高 ｊ 。在静 压 插 桩 过 程 中， 随着 荷 载 的 逐渐 增
结合海 调资料 和平 台实 际 的插桩 深度 ， 用最 小二 乘法 求得 桩 靴对 地 层承 载力 的影 响 系 运
数 ， 而 对 Ｔ ｒａ ｈ 和 Ｐ ｃ 从 ｅｚｇ ｉ ｅｋ公 式 进 行 修 正 ， 高 插 桩 深 度 桩 深度 计 算
自升式钻井 平 台以桩腿支 撑平 台上部结 构 ， 提供 轴 向和 横 向抗力 。平 台 的插 桩深 度
式中，。 Ｐ 为桩脚深度处的有效上覆压力； ｑ ｔ Ｎ ｅ ａ （ 詈） ２Ｎ ＋１ ａ ： 依据 ｎ ｛＋ ， 一 （ ） ｎ 为 Ｎ ｔｇ
自升式平台插拔桩过程研究综述
自升式平台插拔桩过程研究综述摘要：自升式平台插拔桩过程主要研究海洋地基极限承载力，国内外学者对地基极限承载力问题进行了一系列试验研究，理论分析和数值分析，取得了一定的研究成果。
土工离心机模型试验和大变形有限元模拟是目前地基极限承载力研究中最常用的两种技术手段。
但是，土工离心机模型试验昂贵、费时，且结果仍然有限。
数值分析多采用的有限单元法，主要分析的是基础在竖向荷载作用下的力学特性，而对复合荷载作用下的承载力性能研究很少，并且土的本构模型多为简化模型，目前尚无能够准确反映各种情况下土体特性的本构模型。
而经验公式、滑移线场法以及极限分析得到的研究成果一般仅仅局限于简单的结构和边界条件，对于复合荷载作用下基础的承载力计算，会遇到较大的困难。
桩土贯入过程属于动态高度非线性，大变形问题。
因此，利用非线性弹塑性有限元法，针对复杂土体中的桩靴基础，综合考虑各种土体特性参数，桩靴外形结构，研究其在复合荷载组合作用下的承载力特性具有重要的意义。
关键词：自升式平台；数值分析；插拔桩过程1.引言自升式平台由于其所需钢材少、造价低、可移性强，既可用于钻井也可用于采油，在各种海况下几乎都具有持续工作、作业稳定、高效率等优点，因而广泛地作业在水深15～120米的海域中。
典型的自升式平台由上层船体平台、桩腿、桩靴以及升降机构组成。
桁架桩腿把平台的重力和环境荷载传递给倒置的锥形桩靴基础，或叫做桩脚箱或称纺锤形基础，桩靴基础的直径D一般在15～20米之间，最终入土深度可能高达2.5D。
自升式平台在插拔桩过程中平台桩腿承受升降机构传来的下降力，桩腿和土壤支持力和桩周摩擦力的作用，此外还可能存在桩端淤泥吸附力的作用。
为了防止桩腿出现不均匀下沉造成倾斜与倾覆，预压将桩腿下面地基的承载力预先压到风暴状态时所要求的地基承载力。
但当平台在复杂地层中安装时，如果上部土层的强度显著高于下卧土层，贯入阻力可能增加到某一峰值后迅速减小或接近恒定。
由于已经施加的预压荷载无法立即卸除，桩腿会不受控制地迅速沉降，穿过硬土层进入软土层，使地基土发生冲剪破坏，直到重新增加的贯入阻力和船体入水所增加的浮力的合力与预压荷载平衡，桩腿才停止下沉而达到稳定，这个过程称为穿刺。
浅谈自升式平台大桩靴技术
浅谈自升式平台大桩靴技术发表时间：2018-12-13T10:08:52.727Z 来源：《红地产》2017年2月作者：来宣朝[导读] 自升式钻井平台具有较大的作业水深和可变载荷，但由于其桩靴压强较大，难以适应软地层区域，导致类似区块的开发进度长期受阻。
因此，研究一种大桩靴自升式平台，助力油田开发成为必要。
自升式平台大桩靴的应用，解决了大桩靴带来的空间、结构及拔桩能力等问题，形成了大桩靴设计建造系列关键技术，并在油气田开发中取得了良好的应用效果。
1 大桩靴设计背景桩腿和桩靴是自升式钻井平台的重要结构之一，承受整个平台重量的结构。
其强度和刚度特性对自升式海洋平台整体的安全性具有极其重要的影响。
大型自升式钻井平台因其较大的作业水深和可变载荷，受到越来越多国内外船东的青睐，逐渐成为自升式钻井平台的主流。
但由于其桩靴压强过大，难以适应如东部、西部等软地层区域，导致类似区块的开发进度长期受阻，急需有更大桩靴的钻井平台进行作业。
2 大桩靴解决方案2.1 总体方案平台大桩靴设计，在行业内没有成熟经验可以借鉴，只能先期进行详实的可行性分析后，再着手进行建造。
对于桩靴进行的改进，同样没有经验可以借鉴。
本文主要探讨如采用矩形桩靴设计，在理论分析的基础上，是否可以解决改造对船体的影响及桩靴间相互干涉等问题。
如该技术成功应用，则会填补国内大桩靴自升式钻井平台的空白，优化公司船队结构，扩展平台使用范围，为软地层油气田开发提打下基础。
大型自升式钻井平台具有较大的船体和较长的桩腿，以适应大水深作业，这些特点导致平台自重通常在1万5千吨以上，桩靴底面压强可达到普通平台的两倍左右。
在如东海、南海等软地层油气田作业时，有可能导致泥深度增加、穿刺风险增大、拔桩困难等一系列问题。
因此需要对大型自升式平台的桩靴进行加大设计，降低压强。
桩靴作为自升式平台的重要结构之一，其大小受到船体空间以及相关结构强度的限制。
同时过大的桩靴可能导致对崎岖海底的适应性降低，增大平台滑移、拔桩困难及桩靴受力不均等风险。
自升式钻井平台插桩深度探析
自升式钻井平台插桩深度探析陈建强;王建会;李明海;张梁【摘要】针时目前带桩靴的自升式桩基平台插桩深度计算中存在的问题,通过考虑插桩过程中桩靴对地层物理力学性质的影响,运用最小二乘法求得桩靴对地层承载力的影响系数,从而时Terzaghi和Peck公式进行修正,提高插桩深度预测的准确性.【期刊名称】《海岸工程》【年(卷),期】2011(030)001【总页数】4页(P18-21)【关键词】大尺寸桩靴;静力沉桩;桩靴影响系数;最小二乘法【作者】陈建强;王建会;李明海;张梁【作者单位】中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280;中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280;中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280;中石油海洋公司钻井事业部,天津,300280【正文语种】中文【中图分类】TE54目前自升式钻井平台主要为桩靴式,桩端面积普遍很大,这已远远超出了桩基础的一般范畴,在应用Terzaghi和Peck公式进行插桩深度预测时所得的结果与实际插桩深度有较大出入。
本文通过考虑桩靴尺寸,分析插桩过程中桩靴对地层物理力学性质的影响,结合海调资料和平台实际的插桩深度,运用最小二乘法求得桩靴对地层承载力的影响系数,从而对Terzaghi和Peck公式进行修正,提高插桩深度预测的准确性。
1 插桩深度计算自升式钻井平台以桩腿支撑平台上部结构,提供轴向和横向抗力。
平台的插桩深度与地层的极限承载力直接相关,土质条件(土的物理、力学性质)和桩靴的尺寸、形状和埋深是影响地层承载力的主要因素。
自升式平台采用静力压载的方式(即平台自重和压载水重力)将桩腿插入海底面以下的土中,当施加的基础载荷等于或者大于地层的极限承载力时桩靴的贯入就会发生,直到土的极限承载力等于或者大于桩靴对土所施加的压力为止。
对于单桩极限承载力的计算常采用Terzaghi和Peck公式：式中,qn为桩脚的单位面积极限承载力;r1为由桩脚排出土的平均有效重度;A为桩脚的最大平面积;V为桩脚的体积。
自升式海上风电安装平台插桩深度计算方法
NA V AL ARCHITECTURE AND OCEAN ENGINEERING 船舶与海洋工程2018年第34卷第2期（总第120期）DOI：10.14056/ki.naoe.2018.02.001自升式海上风电安装平台插桩深度计算方法王徽华（江苏龙源振华海洋工程有限公司，江苏南通 226014）摘要：鉴于目前海上风机的安装主要借助自升式风电安装平台，为保证自升式风电安装平台吊装的安全性，开展平台插桩入泥深度的计算方法研究。
考虑到相邻土层的影响，提出海底多层土极限承载能力的计算方法，并将其与实际施工记录及有限元分析结果相对比，验证该方法的准确性，为海上风电装备的施工提供参考。
关键词：自升式海上风电安装平台；入泥深度；多层土；穿刺中图分类号：TU473.1; U674.38 文献标志码：A 文章编号：2095-4069 (2018) 02-0001-04Calculation of Leg Penetration Depth forJack-up Offshore Wind Turbine Installation PlatformWANG Hui-hua（Jiangsu Longyuan Zhenhua Marine Engineering Co., Ltd., Nantong 226014, China）Abstract: Considering the fact that majority of offshore wind turbines are installed by jack-up platforms, studies are carried out on the calculation method of platform leg mud penetration depth to ensure the safety of jack-up wind turbine installation platform. Then the method for calculation of the ultimate bearing capacity of multi-layered soil at sea bottom is proposed, taking into account the influence of the surrounding soil layers. The accuracy of the method is validated through the comparison between construction data and finite element result. The method provides reference for the installation operation of offshore wind turbines.Key words:jack-up offshore wind turbine installation platform; leg penetration depth; multi-layered soil; punch-through0引言随着环保要求日益严苛，风能作为一种绿色能源越来越受到重视。
自升式平台船极限承载力计算及穿刺分析
TECHNOLOGY AND INFORMATION科学与信息化2023年4月上 131自升式平台船极限承载力计算及穿刺分析王小军中国铁建港航局集团有限公司新能源分公司 广东 珠海 519000摘 要 本文结合“振江号”自升式平台船在大唐南澳勒门海上风电场施工为实例，通过对自升式平台驻位插桩前对持力土层的最大承载力进行分析，得出施工过程中出现的平台穿刺风险，保证自升式平台上人员及设备的安全。
此方法经大唐南澳勒门海上风电项目的实践，结果表明，该工艺方式有可靠的安全性，为自升式平台上的人员及设备变相地增加了安全保障措施，降低了自升式平台船的施工成本。
关键词 自升式平台；极限承载力；穿刺Ultimate Bearing Capacity Calculation and Puncture Analysis of Jack-Up Platform Ship Wang Xiao-junNew Energy Branch of CRCC Harbour and Channel Engineering Bureau Group Co., Ltd., Zhuhai 519000, Guangdong Province, ChinaAbstract Combined with the construction of the “Zhenjiang” jack-up platform ship in the Datang Nan’ao Lemen of fshore wind farm as an example, this paper analyzes the maximum bearing capacity of the holding soil layer before the jack-up platform is stationed and socketed, and obtains the platform puncture risk occurs during the construction process to ensure the safety of personnel and equipment on the jack-up platform. This method has been practiced by Datang Nan’ao Lemen offshore wind power project, and the results show that the process method has reliable safety, which indirectly increases the safety supporting measures for the personnel and equipment on the jack-up platform, and reduces the construction cost of the jack-up platform ship.Key words jack-up platform; ultimate bearing capacity; puncture引言海上自升式平台作为风机安装的主要设备，船体通过升降系统将桩腿伸入海底，同时将船身升离水面一定距离，为风机安装作业提供一个平稳的工作平台。
自升式钻井平台拔桩数值模拟分析
自升式钻井平台拔桩数值模拟分析海洋钻井平台是海上油气开发最重要的设备之一,它在海上油气勘探开发中发挥着重要的作用。
海上钻井平台的设计与建设,是国家科研和综合实力的象征,其资金投入大,技术难度高,是各国重点投入的科研方向。
对自升式钻井平台,插桩入泥深度过大,会导致后期拔桩非常困难,有时甚至会出现拔桩过程中破坏平台主体结构而造成巨大经济损失的问题。
同时,由于海上环境复杂,拔桩过程中不可避免的受到波浪循环荷载的作用。
因此,对自升式平台进行拔桩受力分析以及循环波浪荷载作用下的桩-土动力响应分析非常重要。
本文借助有限元软件ABAQUS,采用参数研究的方法模拟了无波浪荷载作用下的桩基上拔承载力与位移的响应,分析了土体弹性模量E,土体不排水强度Su,桩基不同埋深、桩靴直径对抗拔承载力的影响。
研究表明,随着弹性模量E的增加,上拔反力逐渐增加。
当弹性模量E>40000Su时,随着弹性模量E的增加,上拔反力几乎不变。
随着土体强度的增加,达到峰值上拔反力对应所需要上拔的位移越来越大。
随着桩基埋深的增加,桩基的抗拔承载力明显增加,桩基周围土体的应力分布区域逐渐向外扩张。
同时,模拟了波浪荷载作用下桩基周围土体应力和土体位移的分布,进一步分析土体强度的折减,进而分析承载力的弱化规律,得到有意义的结论。
波浪荷载作用下,随着距离桩基水平距离的增加,土体受到波浪循环荷载的影响越来越小;在竖直方向上,海床土体表面受到波浪循环荷载的影响较大,随着桩基埋深增加,桩基周围土体的竖向位移逐渐减小,受到波浪循环荷载的扰动越来越小。
土体的附加应力S11逐渐降低,当距离海床表面的距离大于14m时,水平应力S11很小,近似可以忽略。
结合土体强度折减规律,计算桩基在循环波浪荷载作用下的承载力,桩基竖向承载力的折减率为6.50%,水平承载力的折减率为26.79%,抗拔承载力的折减率为7.31%。
这表明波浪荷载的长期周期性对桩基的承载能力有着一定的影响。
自升式平台桩脚在含硬壳层地基中的插深分析
算方 法对海 底各 土层承 载力进 行初 步分 析 ， 即根 据各土 层 的物性 ， 分别选 用粘性 土或 砂性 土 的地基 承载力 计算公 式 ， 得 到整 个 土层 的承载 力 曲线 （ 图 １ 。对 于单 一地 层 的极 并 如 ） 限承 载力 ， 用美 国石 油协会关 于 固定式 近海平 台构造设 计 规范 （ Ｉ Ｐ ２ 一０ ０ 推荐 采 ＡＰ Ａ ２ ０ ） Ｒ 的方 法计算 ］ 。
理 、 用的。 实
关 键 词 ： 壳层 ； 硬 自升 式 钻 井 平 台； 基 承 载 力 ； 脚 入 泥深 度 地 桩 中 图分 类 号 ： ５ ＴＥ ４ 文献标识码 ： Ａ
自升 式钻井 平 台 由于其 定位 能力 强和作 业 稳定 性 好 ， 大陆 架 海域 的油气 勘 探开 发 在
第２ 卷第２ ９ 期
文 章 编 号 ：０ ２ ３ ８ （ ０ ０ ０ —０ １０ １ ０—６ ２ ２ １ ）２０ ３—７
海 岸 工 程
自升 式 平 台 桩 脚 在 含 硬 壳 层 地 基 中 的 插 深 分 析
李 洪 ，邓 金 根 孙 焱。 ， ，李 炎 军
（ ． 京石 油机 械厂 ， １北 北京 １０ ８ ；． ０ ０ ３ ２ 中国石 油大学 （ 北京 ）岩石 力学 实验 室 ， 京 １ ２ ４ ；． 国石化集 团 北 ０２９３中
Ｅ ｍａｌｌｈ ｎ １ ＠ ｙ ｈ ｏ ｔ ｍ． ｎ — ｉ：ｉｏ ５ ６ ａ ｏ ． ｏ ｃ
（ 张 骞 编辑 ）
桩靴基础自升式钻井平台在砂土层下伏粘土层中的插桩分析
船
海
工
程
第４ ２卷
坏模 式及 土壤 的 回填 情 况 进 行插 桩 计 算 ， 最 后 给
Ｄ —— 等效 基础 深度 ， Ｄ ＝ Ｄ＋日；
出插桩综合计算分析结果及建议。
在插 桩计 算 中 ， 主要 是 进 行 桩 靴 基 础 的极 限 承载 力 （ Ｑ） 的计 算 ， 这 就 首 先 需 判 断 桩 靴基 础 上 部土 壤 的 回填 情 况 ， 然 后 根 据 土壤 是 否 回填选 择 不 同 的极 限承 载力 （ Ｑ） 计算 公 式 进行 计 算 。一般 情况 下 ， 强度 从非 常软 到 软 的 粘性 土 较 易 发 生 回 填， 强度 从稍 硬 到硬 的粘性 土和 粒状 土不 易 回填 。
ｇ —— 桩 脚尖 的单 位面积 极 限承 载力 ， ｑ ＝ Ｓ ｕ Ｎ ， 用 于不 排水 （ 粘性 ） 土，
ｑ ＝ ０ ． ３ ｙ ２ Ｂ Ｎ ｒ ＋Ｐ ０ （ Ｎ ｑ一１ ） ， 用 于 排 水 粒状 土 ；
３ 案 例 分 析
以某 自升式 钻 井平 台为 例 ， 该 平 台桩 靴基 础 的最宽 部分 面积 为 ２ ５ ４ ｍ ， 有效直径为 １ ８ ． ０ ｍ。
Ｆ ＝ Ａ［ （ ａ＋ ｂ Ｂ ／ Ｔ＋１ ． ２ Ｄ ／ Ｂ） Ｓ ］ ＋ｙ （ ４ ）
式 中： Ｂ —— 等效 基础 直径 ， ｍ； 卜 软 粘土 层 的厚 度 ， ｍ；
１ ）一般 剪 切破坏 模式 下 ， 近似 于 圆形 或者 方 形 基础 的极 限 承载力 Ｑ用 下式计 算 。 Ｑ ＝ｑ ． Ａ＋ Ｖ （ 回填 情况 ） 式中： Ａ —— 桩脚 尖 的最大 平面 积 ， ｍ ； ｙ ， —— 由桩 脚 尖 排 出 土 的 平 均 有 效 重 度 ，
自升式平台插桩物理模型实验及分析
定性好 ，在大陆架海域 的油气 勘探、开发 中居重 要地位Ｌ １ Ｉ 。
目前 ， 据 Ｒ Ｉ Ｇ Ｚ ＯＮＥ 网站 统 计 ， 全 世界 海 上 可移 动钻 井 装 置
控制 区水平面保持与砂 土空气界面平齐 ，沉积静置 １ ４ ｄ，完 பைடு நூலகம்
有重要的意义 。 以 自升式平台插 拔桩为工程背景 ， 基于 自主研发 的 “ 流固土多项耦合六 自由度单双 向静动态加载仪 ” ， 对砂性 土海床进行 比尺实验 ，利 用物理手段研究平 台插桩过程 中土体与桩靴耦合作用机理。实验中给出了海床插桩 入泥深度与地基承载力的曲线 ，并且推导 出砂土力学性质 随桩靴深度变化公式 。实验 的破坏特征与海洋砂土地基实 际破坏一致 ，说明了模型试验 的正确性 ，同时也为层状穿刺试验提供 了实验基础 。 关键词 ：物 理模 型试验 ；耦合 ；静动态加载仪 ；变形规律 ；破坏机理 ； 自升式平 台
性 地 基 的 制 备 ，记 为 非饱 和地 基 模 型 ２号 。 根 据极 限 平衡 理 论 ，普 朗特 尔 得 到 地 基 承 载 力 基 本 解 ：
ｃ． ｒ Ⅳ 一ｌ １
７ ５ ％左右 【 ２ ｌ 。工程 实践中 ，自升式平 台灾难性 事故主 要有 ： 平 台倾覆、桩 腿过深拔桩 困难 、桩腿穿刺等 ，并于海洋地基 承载力及其稳定性 息息相 关Ｉ ３ 】 。
拔 桩 过 程 模 拟 物 理 模 型 实验 在 科 学研 究 和 解 决 工 程 实 际 问 题 方 面 具 有 独特 的 优 势 。
Ｎｇ ＝ｅ ｘ ｐ （ ｚｔ ａ ｎ ） ｔ ａ ｎ （ ４ ５ 。 ＋ ／ ２ ）
具桩靴自升式钻井船插桩过程有限元模拟研究
收稿日期：２０１７－０３－２７；修回日期：２０１７－１０－２４ 基金项目：中央级公益性科研院所科研创新基金项目：基于多源数据的南海岛礁工程环境与选址研究（ＴＫＳ１６０２２０） 作者简介：安永宁（１９８１－），男，甘肃省会宁人，高级工程师，主要从事海洋工程调查评估工作及研究。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＡＮＹｏｎｇｎｉｎｇ（１９８１－），ｍａｌｅ，ｓｅｎｉｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒ．
切破坏、冲剪破坏三种破坏形式；在均质砂土中，地基土的破坏形式主要表现为整体剪切破坏。插桩荷
载的影响深度约为 ３倍桩靴截面宽度。浅基础公式的计算结果与有限元模拟成果更为接近。
关键词：自升式钻井船；桩靴；插桩；有限元；承载力
中图分类号：ＴＥ９５１ 文献标识码：Ａ
文章编号：１００５－８４４３（２０１８）０２－０２载力系数，可查表求得。
（２）均质饱和软黏土。Ｓｋｅｍｐｔｏｎ研究了饱和软黏土地基的极限承载力计算，解决了 Ｔｅｒｚａｇｈｉ公式在 φ＝
０条件下难以应用的问题
Ｐｕ＝ＣｕＮｃ（１＋０．Ｌ２Ｂ）（１＋０．Ｌ２Ｄ）＋γＤ
（３）
式中：Ｃｕ为基础底面以下 ０．７０７Ｂ深度范围内的地基土不排水抗剪强度；Ｌ为基础的长度，对于大部分桩靴， Ｌ＝Ｂ；承载力系数 Ｎｃ取 ５．１４。
本文基于基础的极限破坏理论，应用有限元数值模拟手段，研究了具桩靴自升式钻井船插桩作用于均 质地基土时，地基土的破坏模式和插桩荷载影响深度，以及不同承载力计算公式的适用性，解决了具桩靴自 升式钻井船在实际应用中的工程技术疑难。
１ 自升式钻井船承载力计算现状
插桩式抢险打捞工程船插桩计算方法
插桩式抢险打捞工程船插桩计算方法发布时间：2021-09-14T09:20:33.406Z 来源：《科学与技术》2021年第14期5月作者：胡涛文吴振吴明哲[导读] 1200吨插桩式抢险打捞工程船（以下简称插桩船）是四桩腿液压插销式自升自航抢险打捞工程船，主要由船体、4个圆柱式桩腿、4套液压升降系统等组成。
胡涛文吴振吴明哲交通运输部上海打捞局上海 200082）引言 1200吨插桩式抢险打捞工程船（以下简称插桩船）是四桩腿液压插销式自升自航抢险打捞工程船，主要由船体、4个圆柱式桩腿、4套液压升降系统等组成。
采用流线型船艏，方型艉部，全焊接钢质船体，中部双层底的船型，具有一层连续甲板，艏部设生活楼和直升机起降平台，中部为通畅作业甲板，艉部左舷设1200t绕桩式全回转起重机，全电力驱动，艉部3台全回转推进器，艏部3台艏侧推，具有DP-2级动力定位能力。
主要用于上海打捞局辖区沿海及近海浅水水域应急清障和抢险打捞作业，具备起重、运输、储存及补给等抢险打捞作业支持功能，能够完成打捞作业现场的设备吊运、小型沉船整体打捞、大型沉船辅助打捞、沉船货物特别是危险品的卸货和舱内存油卸载以及现场作业人员的生活支持等工作。
同时可用于近海风电场风机基座、支撑塔架、机舱及叶片的运输和吊装，兼顾海底管线维修、平台维修、平台生活支持和近岸各类结构物的吊装等工作。
该船通过将桩腿插入海底来支撑船体结构进行海上风机的吊装，桩腿入泥深度直接影响平台的吊装性能，因此开展插桩船的入泥深度研究意义重大。
当前相关研究人员已针对海底土层承载力的计算开展较多工作，袁凡凡等开展层状地基土的承载力计算，在迈耶霍夫和汉纳成层土地基极限承载力计算的基础上进行改进，提出多层土的极限承载力计算。
杨军[2]采用数值模拟的方法开展自升式平台插拔桩土体数值模拟研究，得到入泥深度和拔桩力。
本文在经典土力学的基础上，采用层状土的承载能力计算理论开展插桩船插桩入泥深度的计算，并将其与实际的施工记录及非线性有限元分析结果相对比，验证方法的准确性。
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无桩靴自升式平台插桩深度计算方法探讨
摘要：在海上油田的勘探开发过程中，无桩靴自升式平台采用国家规范规定的方法进行的插桩计算结果与实际情况出现较大的
出入，影响了平台的作业。
本文通过分析国内目前通常计算方法及其缺陷，并提出初步解决办法和计算方法，即采用“spt计算法”，能较好的与实际情况吻合。
关键词：海洋钻井平台插桩深度计算规范计算方法 spt计算法
一、引言
渤海是我国油气资源勘探开发的重要区域，先后发现储量在几千万吨甚至上亿吨的油田就有数个。
在资源勘探与开发中，自升式平台发挥了重要的作用。
在这些平台中，一类是有桩靴的，例如胜利5、6、7、8、9号，中油海5、6、7、8、9、10号和中海油4、6、8、10、12号；另一类是无桩靴的，例如中油海1号、63号，中海油5、7、9号。
通过近二十年来在胜利、大港、冀东、辽河等海区海上平台插桩作业的反馈信息表明，针对胜利5号等桩腿带桩靴的钻井平台进行了相应的插桩计算，理论插桩深度与平台的实际插桩情况基本吻合；而针对中油海1号等桩腿无桩靴的钻井平台进行的理论计算的插桩深度与平台实际插桩深度出现了较大的出入。
出现此种情况的井场都具有大致相同的特点：井场水深较浅、井场土质上部（一般为10m左右）为近中密～中密～中密以上粒状土（以粉
砂为主）。
以下选取了具有类似地层的冀东油田南堡4-8井、南堡4-3a、南堡4-2b井进行研究对比分析。
二、平台常规插桩理论计算情况
目前我国海上钻井平台的桩脚贯入单桩极限承载力分析计算依
据《海上平台场址工程地质勘察规范》gb 17503—98（简称“规范”）进行。
此规范中关于桩脚贯入单桩极限承载力分析计算公式，大量借鉴了美国石油学会《海上固定平台的规划、设计和建造推荐作法—荷载和抗力系数设计法》api rp 2a-lrfd（简称“api规范”）给出了较为详细的计算参数取值。
下面是依据该规范作出相应的计算结果。
表1：南堡4-8井位“中油海1号”平台单桩极限承载力计算表（通常算法）
表2：np4-3a井位“中油海1号”平台单桩极限承载力计算表（通常算法）
表3：np4-3b井位“中油海1号”平台单桩极限承载力计算表（通常算法）
三、无桩靴平台有关计算方法的初步探讨研究
针对此种情况，经过采取多种方法反复对比进行复核性计算摸索，初步形成了一种计算方法：
针对冀东油田现海上开发区块海底土质上部10米之内存在巨厚
（大于5.0米）中密以上粒状土的井位，利用土质调查时现场标准贯入试验（spt）实测击数n估算平台桩腿单桩极限承载力的方法进行插桩验算，“中油海1号”钻井平台就位计算插桩深度与实际插桩深度较吻合。
简称“spt计算法”。
标准贯入试验（spt）实测击数n与单桩极限承载力q（kpa）对照见表3。
采用“spt计算法”计算结果见表5、6、7。
表4：标准贯入试验（spt）实测击数n与桩腿单桩极限承载力（kpa）对照表
注：表中所列数据详见《工程地质手册》p264、p276。
表5：南堡4-8井位“中油海1号”平台单桩极限承载力计算表（“spt计算法”）
表6：np4-3a井位“中油海1号”平台单桩极限承载力计算表（“spt计算法”）
表7：np4-3b井位“中油海1号”平台单桩极限承载力计算表（“spt计算法”）
四、工程对策
综合以上分析，如计划采用“中油海1号”等无桩靴自升式钻井平台在海上开发区块就位作业，对井场土质调查提出了新的内容要求，即需要：
（1）进行现场试验，论证采用新型勘察设备（如水冲标准贯入
试验系统—提高spt测试精度、内环刀取砂器—采取原状砂样进行室内高压固结试验，摸索粒状土受压排水固结强度增大规律等）获取更为可观、科学、准确地土质参数；
（2）广泛全面收集“中油海1号”等无桩靴自升式钻井平台在大港油田、冀东油田、辽河油田海上区块具有相类似土质特征（上段为较大厚度粒状土分布）的井场土质调查资料、平台就位插桩施工班报及实际插桩深度资料等，结合前期开展的工作，摸索出较为理想的、对相类似土质特征井场具有较充分代表性的科学的单桩极限承载力验算方法。
新验算方法的应用要经过专家的论证鉴定；（3）针对平台桩腿入泥实际深度不一致的实际情况，应增加井场土质调查钻孔数量，较合理的数量为1个40m深钻孔，3个15～20m浅钻孔，其中3个浅钻孔分布在桩腿分布区域。
五、结束语
通过分析研究，我们找到了“中油海1号”等无桩靴钻井平台插桩深度计算的方法，并提出进一步验证的方案和工程施工的措施，可为“中油海1号”等无桩靴钻井平台插桩深度计算提供可靠的计算模式，确保平台的作业安全。
[参考文献]
[1]《海上平台场址工程地质勘察规范》（gb 17503—98）
[2]《工程地质手册》第三版，中国建筑工业出版社
[3]《岩土工程勘察规范》（gb50021-2001）
（作者单位：胜利油田信科海洋勘察测绘有限公司山东东营）。