自升式鉆井平臺(tái)的樁腿貫入深度分析方法
【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)的樁腿貫入深度分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)自升式鉆井平臺(tái)在預(yù)定的插樁位置就位后，將樁靴緩慢地插入地基土中入泥， 此時(shí)地基土的極限承載力小于平臺(tái)樁靴所施加的壓力，平臺(tái)樁靴將繼續(xù)向下貫入，當(dāng)?shù)鼗?土的極限承載力大于或等于平臺(tái)樁靴所施加的壓力時(shí)，則平臺(tái)樁靴將停止貫入，穩(wěn)定在地 層的某一層位，此時(shí)平臺(tái)樁靴尖貫入深度即為平臺(tái)的插樁深度。
[0003] 自升式鉆井船以樁腿支撐上部結(jié)構(gòu)，提供軸向和徑向抗力，而樁腿入泥深度將直 接影響鉆井船的就位、轉(zhuǎn)移及作業(yè)期間的安全穩(wěn)定性。為給鉆井船的就位提供有效依據(jù)，并 保證后續(xù)作業(yè)的順利進(jìn)行，插樁深度的預(yù)測(cè)顯得尤為重要。
[0004] 由于插樁地點(diǎn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法利用外部設(shè)備準(zhǔn)確預(yù)報(bào)平臺(tái)插樁后的貫入深 度；由于樁靴入泥后受力復(fù)雜，目前尚沒有理論方法較準(zhǔn)確估算插樁后能夠產(chǎn)生的貫入深 度。
[0005] 現(xiàn)有的樁腿貫入深度分析方法有：利用承載力公式
[0008] 式中：AS為埋入泥線以下樁側(cè)總表面積；f為單位表面摩擦力；q(u，δ )為樁腿下 入動(dòng)載和群樁效應(yīng)影響下的單位樁端承載力；Apl為樁端（樁靴）橫向截面積；Ap2為樁靴有 效面積與樁腿有效面積之差；α為回填土壓力折減系數(shù)，通常取值0. 3~0. 6 ;ρ。為樁腳深 度處的有效上覆土壓力；u為樁腿下入速度影響系數(shù)，與樁腿下入的凈時(shí)間有關(guān)可，通過模 擬試驗(yàn)和多口井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際插樁校核統(tǒng)計(jì)反演得出；δ為群樁效應(yīng)影響系數(shù)，與樁腿下入 時(shí)間和下入速度有關(guān)，可通過模擬試驗(yàn)和多口井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際插樁校核統(tǒng)計(jì)反演得出；t jing 為樁腿下入凈時(shí)間即排除壓載作業(yè)過程中的靜止等候等非樁腿下入的時(shí)間；V為樁腿下入 速度；t為樁腿下入總時(shí)間。其考慮了樁腿貫入動(dòng)載荷因素、樁腿區(qū)域回填土因素以及群樁 效應(yīng)因素等的影響，這種計(jì)算方法比較傳統(tǒng)且保守，它依據(jù)的是API (美國(guó)石油協(xié)會(huì)）規(guī)范， 利用該方法計(jì)算Q十分繁瑣，而且其選用的參數(shù)都不是實(shí)測(cè)值，而是規(guī)范提供的經(jīng)驗(yàn)公式 值，規(guī)范中對(duì)各種土壤性質(zhì)參數(shù)的取值往往比較保守，這樣雖然能夠提高插樁的安全性，但 是這樣計(jì)算得到的結(jié)果對(duì)實(shí)際生產(chǎn)并非有利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中樁腿貫入深度分析方法計(jì)算十 分繁瑣等缺陷，提供一種自升式鉆井平臺(tái)的樁腿貫入深度分析方法。
[0010] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：
[0011] -種自升式鉆井平臺(tái)的樁腿貫入深度分析方法，其特點(diǎn)在于，其包括如下步驟：
[0012] Sl :計(jì)算所述自升式鉆井平臺(tái)的自重G，單位為t ;
[0013] S2 :計(jì)算樁靴基礎(chǔ)承載力Q，計(jì)算公式如下：
[0014] Q = qnXA+Y!XV
[0015] 其中，
[0016] Q -基礎(chǔ)入泥深度范圍內(nèi)總的極限承載力，單位為t ;
[0017] qn-為樁腿的單位面積極限承載力，單位為t/m2 ;
[0018] A一樁靴的最大平面積，單位為m2 ;
[0019] y !一由樁靴排出土的平均有效密度，單位為kg/m3 ;
[0020] V-樁靴排出土的體積，單位為m3 ;
[0021] 得到樁腿貫入深度與樁靴基礎(chǔ)承載力Q的關(guān)系；
[0022] S3 :當(dāng)所述自重G等于所述樁靴基礎(chǔ)承載力Q時(shí)，計(jì)算得到樁腿貫入深度。
[0023] 較佳地，在步驟S2的樁腿的單位面積極限承載力的計(jì)算公式如下：
[0024] a)對(duì)于不排水的粘性土 ：
[0025] qn = NcXSu, (Nc = 6X (1+0. 2XD/B) ^ 9)
[0026] 其中，
[0027] N。一不排水粘性土的無量綱承載力系數(shù)；
[0028] Su-基礎(chǔ)底面以下B/2深度內(nèi)的平均不排水抗剪強(qiáng)度，單位為t/m2 ;
[0029] D-樁腿入泥深度，單位為m ;
[0030] B一樁腿直徑（最寬截面），單位為m ;
[0031] b)對(duì)于排水的粒狀土：
[0032] qn = 0· 3RBNr+P。X (Nq-I)
[0033] 其中，
[0034] R-基礎(chǔ)底面以下地基土的平均有效密度，單位為kg/m3 ;
[0035] B一樁腿直徑（最寬截面），單位為m ;
[0036] 隊(duì)、Nq-排水粒狀土的無量綱承載力系數(shù)，按內(nèi)摩擦角而定；
[0037] P。一樁腿端部位置的有效上覆土壓力，單位為t/m2。
[0038] 其中，土壤性質(zhì)參數(shù)Su、隊(duì)、Nq，完全是根據(jù)實(shí)際測(cè)量得到的。采用工程地質(zhì)淺鉆 的方式，鉆探施工采用了巖芯管鉆進(jìn)，取土器重錘錘擊取土。取土間距按照設(shè)計(jì)要求，孔深 0-15米每米取一原狀土樣，15-40m每I. 5m取一原樣土樣，樣長(zhǎng)30cm。取得樣品主要為淤泥 質(zhì)土、粉土、粘性土和砂土，均采用固定活塞厚壁取土器。樣品取上來后，由專業(yè)技術(shù)人員負(fù) 責(zé)對(duì)樣品進(jìn)行描述，根據(jù)巖芯管土樣及取土器中采取的原狀樣，分回次進(jìn)行編錄，土層變化 時(shí)，注意分層界限。所取原狀樣經(jīng)過精心包裝，防止樣品擾動(dòng)，及時(shí)送往土工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行室 內(nèi)土工試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：土樣描述、分類定名、顆粒分析、含水量、密度、比重、飽和度、孔 隙比、液限、塑限、液性指數(shù)、塑性指數(shù)、直剪試驗(yàn)、固結(jié)實(shí)驗(yàn)、三軸試驗(yàn)。
[0039] 較佳地，對(duì)于不排水的粘性土，當(dāng)計(jì)算得出的樁腿的單位面積極限承載力qn大于9 倍 Su 時(shí)，qn = qmax = 9SU。
[0040] 較佳地，在SI步驟中，根據(jù)自升式鉆井平臺(tái)的吃水量，計(jì)算所述自升式鉆井平臺(tái) 的自重G。
[0041] 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。
[0042] 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)的樁腿貫入深度分析方法 相比現(xiàn)有的分析方法大為簡(jiǎn)化，而且得到的樁腿貫入深度也很準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0043] 圖1為本發(fā)明自升式鉆井平臺(tái)的樁腿貫入深度分析方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(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。
[0045] 1)平臺(tái)自重的計(jì)算
[0046] 將樁靴注滿水后，根據(jù)平臺(tái)的吃水等信息，準(zhǔn)確的估算平臺(tái)的自重G，此重量即為 平臺(tái)的插樁時(shí)的預(yù)壓載。
[0047] 2)樁靴基礎(chǔ)承載力計(jì)算
[0048] 對(duì)于自升式鉆井平臺(tái)插樁時(shí)的地基承載力，主要是考慮其樁端阻力，當(dāng)施加的基 礎(chǔ)荷載等于或大于土地極限承載力時(shí)樁靴貫入就會(huì)發(fā)生，近似于圓形或者方形基礎(chǔ)的極限 承載力Q，用下式計(jì)算：
[0049] Q = qnXA+Y!XV ①
[0050] 式中：
[0051] Q -基礎(chǔ)入泥深度范圍內(nèi)總的極限承載力；
[0052] qn-為樁腿的單位面積極限承載力；
[0053] A 一樁靴的最大平面積；
[0054] Y1-由樁靴排出土的平均有效密度；
[0055] V-樁靴排出土的體積；
[0056] qn值的計(jì)算方法如下：
[0057] a)對(duì)于不排水的粘性土質(zhì)：
[0058] qn = Nc X Su ^ qnax = 9SU ②
[0059] 式中：
[0060] Su-基礎(chǔ)底面以下B/2深度內(nèi)的平均不排水抗剪強(qiáng)度；
[0061] N。一不排水粘性土的無量綱承載力系數(shù)，=6X (1+0. 2XD/B)彡9 ;
[0062] qn的限制值，在較深的深度時(shí)使用；
[0063] 這里較深深度