自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明特別涉及一種自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)自升式鉆井平臺(tái)完成該井位的工作需要轉(zhuǎn)移到其他井位工作時(shí)，平臺(tái)需要降到水面處于漂浮狀態(tài)，并收起樁腿(稱(chēng)之為拔樁)，由拖船拖到下一井位繼續(xù)工作。
[0003]由于樁靴入泥深度較深，且需要的上浮力非常大，無(wú)法利用外部?jī)x器或設(shè)備測(cè)量拔樁需要的上浮力；由于樁靴入泥后受力復(fù)雜，目前尚沒(méi)有理論方法較準(zhǔn)確估算拔樁所需要的上浮力。
[0004]現(xiàn)有的拔樁力分析都相當(dāng)簡(jiǎn)單，通常都是利用上船體浮力來(lái)拔樁，在計(jì)算拔樁力時(shí)，只考慮了樁靴浮力F1、平臺(tái)最大浮力F2以及樁靴內(nèi)壓載水重量F3，總的拔樁力利用公式F=F1+F2-F3，這種方法是一種很粗略的拔樁力計(jì)算方法，沒(méi)有對(duì)樁靴上的覆土重量及樁靴側(cè)壁摩擦力進(jìn)行研究，而只是認(rèn)為利用上船體浮力足夠拔起樁腿，從而簡(jiǎn)單計(jì)算得出一個(gè)吃水深度T，對(duì)平臺(tái)拔樁安全性考慮不夠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中拔樁力分析過(guò)于簡(jiǎn)單粗略，對(duì)平臺(tái)拔樁的安全性考慮不足，提供一種自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題:
[0007]—種自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法，其特點(diǎn)在于，其包括以下步驟:
[0008]S1:計(jì)算自升式鉆井平臺(tái)的樁腿在平臺(tái)吃水Im時(shí)產(chǎn)生的上浮力F，單位為t/m ；
[0009]S2:計(jì)算單樁的抗拔力R，單位為t，計(jì)算公式為:
[0010]R=P I+FI+F2
[0011]其中，Pl為樁靴上覆土體的重量，單位為t，計(jì)算公式為:
[0012]Pl=0.25 31 (XrH)D2X80%
[0013]r——插樁深度以上各層土體的浮容重，單位為kN/m3 ；
[0014]H——插樁深度以上各層土體的厚度，單位為m;
[0015]D-樁靴最大截面等效圓直徑，單位為m ;
[0016]Fl為樁靴側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力，單位為t ；
[0017]F2為插樁深度以上各土層土體破壞所需要的剪切力，單位為t ；
[0018]S3:計(jì)算拔樁時(shí)所需平臺(tái)過(guò)量吃水T2，單位為m，計(jì)算公式為:
[0019]T2=R/f
[0020]f為單根樁腿的上浮力，單位為t/m，計(jì)算公式為:
[0021]f=F/n
[0022]η——樁腿的數(shù)量。
[0023]較佳地，在步驟SI中，根據(jù)自升式鉆井平臺(tái)的自重和平臺(tái)處于漂浮狀態(tài)對(duì)應(yīng)的吃水T1，計(jì)算平臺(tái)每增加I米的吃水時(shí)，所有樁腿產(chǎn)生的上浮力總和F，單位為t/m，計(jì)算公式為:
[0024]F=AZT1
[0025]A——自升式鉆井平臺(tái)自重。
[0026]較佳地，根據(jù)拔樁時(shí)所需平臺(tái)過(guò)量吃水T2和平臺(tái)處于漂浮狀態(tài)對(duì)應(yīng)的吃水T1，計(jì)算拔樁時(shí)所需平臺(tái)總吃水T，計(jì)算公式為:
[0027]T=T^T2O
[0028]較佳地，F(xiàn)l為樁靴側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力，計(jì)算公式為:
[0029]Fl= Ji DLC
[0030]L——樁靴側(cè)面高度，單位為m ；
[0031]C——樁靴側(cè)面高度內(nèi)土體的內(nèi)聚力，單位為kPa。
[0032]較佳地，F(xiàn)2為插樁深度以上各土層土體破壞所需要的剪切力，單位為t，計(jì)算公式為:
[0033]F2 = 31 D ( Σ HC) X 80%
[0034]H——插樁深度以上各土層厚度，單位為m ；
[0035]C——插樁深度以上各土層內(nèi)聚力，單位為kPa。在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
[0036]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明的自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法考慮樁靴上的覆土重量及樁靴側(cè)壁摩擦力等因素，使得拔樁力的計(jì)算更加準(zhǔn)確，保證平臺(tái)拔樁的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明的自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0039]自升式鉆井平臺(tái)的拔樁是依靠平臺(tái)本身過(guò)量吃水而產(chǎn)生的上浮力拔起的，當(dāng)平臺(tái)產(chǎn)生的上浮力大于總抗拔力時(shí)平臺(tái)才能夠拔起,反之,則平臺(tái)拔不起來(lái)。
[0040]I)平臺(tái)拔樁能力參數(shù)計(jì)算
[0041]自升式鉆井平臺(tái)自重為A噸，計(jì)算此時(shí)平臺(tái)處于漂浮狀態(tài)對(duì)應(yīng)的吃水T1，當(dāng)平臺(tái)每增加I米的吃水時(shí)，η個(gè)樁腿產(chǎn)生的上浮力總和為F，即
[0042]F=AZT1
[0043]每根樁腿產(chǎn)生的上浮力為:
[0044]f=F/n ①
[0045]2)抗拔力的計(jì)算
[0046]拔樁力的計(jì)算方法是根據(jù)自升式平臺(tái)樁腿插入海底之后，考慮到拔樁時(shí)的實(shí)際情況，拔樁力的大小受覆土重量、樁靴側(cè)面摩擦力以及土壤性質(zhì)的影響，根據(jù)自升式平臺(tái)拔樁的特殊條件結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，引入“拔樁系數(shù)”，即公式中的系數(shù)80%。
[0047]由于自升式平臺(tái)樁腿為桁架結(jié)構(gòu)，樁側(cè)摩擦力較小，可以忽略不計(jì)，所以在計(jì)算中只考慮了樁靴側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力。此外，平臺(tái)樁靴底部與下部地層的粘著力和吸附力，因靴底部具有高壓噴水孔，因此在總抗拔力計(jì)算中未予考慮。
[0048]平臺(tái)拔樁時(shí)單樁的總抗拔力R主要由以下幾方面力所組成。
[0049]a)樁靴上覆土體的重量
[0050]Pl=0.25 31 (XrH)D2X80% ②
[0051]其中，
[0052]r——插樁深度以上各層土體的浮容重，單位為kN/m3
[0053]H——插樁深度以上各層土體的厚度，單位為m
[0054]D-樁靴最大截面等效圓直徑，單位為m
[0055]80%即為“拔樁系數(shù)”，是考慮自升式平臺(tái)拔樁的特殊條件結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)得出的系數(shù)。
[0056]b)樁靴側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力
[0057]Fl= 31DLC ③
[0058]其中，
[0059]L——樁靴側(cè)面高度，單位為m
[0060]C——樁靴側(cè)面高度內(nèi)土體的內(nèi)聚力，單位為kPa
[0061]c)插樁深度以上各土層土體破壞所需要的剪切力
[0062]F2 = 31 D ( Σ HC) X 80% ④
[0063]其中，
[0064]H——插樁深度以上各土層厚度，單位為m
[0065]C——插樁深度以上各土層內(nèi)聚力，單位為kPa
[0066]這樣當(dāng)自升式鉆井平臺(tái)在某升樁位置插樁，將公式②、③、④代入到公式⑤中，得到總抗拔力R為:
[0067]R=P I+FI+F2 ⑤
[0068]3)拔樁時(shí)所需平臺(tái)過(guò)量吃水T2的計(jì)算
[0069]將公式①和⑤代入到公式⑥中，得到拔樁時(shí)所需的平臺(tái)過(guò)量吃水T2為:
[0070]T2=R/F ⑥
[0071]4)拔樁時(shí)所需平臺(tái)總吃水T的計(jì)算
[0072]將T1和公式⑥代入到公式⑦中，得到拔樁時(shí)所需平臺(tái)總吃水T為:
[0073]T=T^T2 ⑦
[0074]因此，通過(guò)上述計(jì)算可以得到，當(dāng)平臺(tái)總吃水為T(mén)時(shí)，可以將樁腿拔起。
[0075]實(shí)施例
[0076]上海外高橋建造JU2000E型自升式平臺(tái)擬在上海臨港水域進(jìn)行插拔樁實(shí)驗(yàn)，根據(jù)勘查的升樁位置的地層情況，當(dāng)樁腳箱最大截面入土深度為9.4m(樁尖入泥深度為10.6m),其單樁總抗拔力計(jì)算如下:
[0077]a)樁腳箱上覆土體的重量為:
[0078]Pl=0.25 31 (Σ r H) D2X 80%=14398kN=1469t
[0079]b)樁腳箱側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力
[0080]Fl= 3i DLC=724kN=74t
[0081]c)插樁深度以上各土層土體破壞所需要的剪切力
[0082]F2= D (Σ HC) X 80%=5680kN=580t
[0083]這樣當(dāng)自升式平臺(tái)在該升樁位置插樁，樁尖入泥深度在10.5m時(shí)，其總抗拔力R為:
[0084]R=Pl+Fl+F2=1469+74+580=2123to
[0085]JU2000E自升式鉆井平臺(tái)空船自重18000t，空船吃水?\=5.25m，當(dāng)平臺(tái)過(guò)量吃水Im時(shí)，可產(chǎn)生上浮力F為3400t/m，由于有三根樁腿，即單樁拔樁力f為1133t/m。
[0086]由上述計(jì)算得出的單樁總抗拔力數(shù)值與平臺(tái)過(guò)量吃水T2=R/f=l.87m時(shí),所提供的單樁拔樁力相近，因此，平臺(tái)在該插樁位置拔樁時(shí)，需總吃水Τ=?\+Τ2=7.12m才能將平臺(tái)樁腿拔起。
[0087]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書(shū)限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法，其特征在于，其包括以下步驟: 51:計(jì)算自升式鉆井平臺(tái)的樁腿在平臺(tái)吃水Im時(shí)產(chǎn)生的上浮力F,單位為t/m ； 52:計(jì)算單樁的抗拔力R，單位為t，計(jì)算公式為:R=PI+FI+F2 其中，Pl為樁靴上覆土體的重量，單位為t，計(jì)算公式為:Pl=0.25 31 (XrH)D2X80% r——插樁深度以上各層土體的浮容重，單位為kN/m3 ； H——插樁深度以上各層土體的厚度，單位為m ； D-樁靴最大截面等效圓直徑，單位為m ； Fl為樁靴側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力，單位為t ； F2為插樁深度以上各土層土體破壞所需要的剪切力，單位為t ； 53:計(jì)算拔樁時(shí)所需平臺(tái)過(guò)量吃AT2，單位為m，計(jì)算公式為: T2=R" f為單根樁腿的上浮力，單位為t/m，計(jì)算公式為: f=F/n η-樁腿的數(shù)量。2.如權(quán)利要求1所述的自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法，其特征在于，在步驟SI中，根據(jù)自升式鉆井平臺(tái)的自重和平臺(tái)處于漂浮狀態(tài)對(duì)應(yīng)的吃水T1，計(jì)算平臺(tái)每增加I米的吃水時(shí)，所有樁腿產(chǎn)生的上浮力總和F，單位為t/m，計(jì)算公式為:F=AZT1 A——自升式鉆井平臺(tái)自重。3.如權(quán)利要求2所述的自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法，其特征在于，根據(jù)拔樁時(shí)所需平臺(tái)過(guò)量吃水T2和平臺(tái)處于漂浮狀態(tài)對(duì)應(yīng)的吃水T1，計(jì)算拔樁時(shí)所需平臺(tái)總吃水T，計(jì)算公式為:τ=?\+τ2。4.如權(quán)利要求1所述的自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法，其特征在于，F(xiàn)l為樁靴側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力，計(jì)算公式為:Fl=JiDLC L——樁靴側(cè)面高度，單位為m; C——樁靴側(cè)面高度內(nèi)土體的內(nèi)聚力，單位為kPa。5.如權(quán)利要求1所述的自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法，其特征在于，F(xiàn)2為插樁深度以上各土層土體破壞所需要的剪切力，單位為t，計(jì)算公式為:F2 = JiD (Σ HC) X80% H——插樁深度以上各土層厚度，單位為m ； C——插樁深度以上各土層內(nèi)聚力，單位為kPa。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法，其包括以下步驟：S1：計(jì)算自升式鉆井平臺(tái)的樁腿在平臺(tái)吃水1m時(shí)產(chǎn)生的上浮力F；S2：計(jì)算單樁的抗拔力R=P1+F1+F2，P1為樁靴上覆土體的重量，F(xiàn)1為樁靴側(cè)面與周?chē)馏w間的摩阻力，F(xiàn)2為插樁深度以上各土層土體破壞所需要的剪切力；S3：計(jì)算拔樁時(shí)所需平臺(tái)過(guò)量吃水T2。本發(fā)明的自升式鉆井平臺(tái)的碼頭拔樁分析方法考慮樁靴上的覆土重量及樁靴側(cè)壁摩擦力等因素，使得拔樁力的計(jì)算更加準(zhǔn)確，保證平臺(tái)拔樁的安全性。
【IPC分類(lèi)】E02D9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104947671
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410114742
【發(fā)明人】莫建, 曾驥, 袁洪濤, 周瑞佳
【申請(qǐng)人】上海外高橋造船有限公司, 上海外高橋造船海洋工程設(shè)計(jì)有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2014年3月25日