專利名稱：海洋平臺打入式鋼管樁土塞深度測試裝置及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋平臺設(shè)計、施工技術(shù)，尤其是海洋平臺鋼管樁設(shè)計、施工技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著我國海洋石油工業(yè)的迅速發(fā)展，對海洋平臺的樁基礎(chǔ)提出了更高的要求，目前海洋平臺的鋼管樁基礎(chǔ)越來越多地采用了超大直徑(2m左右)超長(100m左右)樁，鋼管樁分為開口鋼管樁和閉口鋼管樁，開口鋼管樁較閉口樁更易打入到設(shè)計深度，而且沉樁后由于土塞的作用，開口樁在靜荷載作用下表現(xiàn)同閉口樁類似，可以滿足承載力要求，所以在海洋鉆井平臺中應(yīng)用較廣。與本發(fā)明有關(guān)的是開口鋼管樁。開口鋼管樁在被打入土層的過程中，大量的土體涌入管內(nèi)，形成土塞。土塞效應(yīng)對于海上大直徑超長樁的打入性及打樁完成后土塞對樁基承載力都有顯著的影響。在海上打樁過程中，根據(jù)土塞是否與樁內(nèi)壁發(fā)生相對運動，將土塞分成閉塞、不閉塞和部分土塞三種狀態(tài)。在閉塞狀態(tài)，土塞所起到的作用完全同閉口樁那樣，樁端土體不能繼續(xù)涌入管內(nèi)。要選擇適合的打樁設(shè)備及錘型，以便將樁順利地貫入到設(shè)計深度，并滿足承載力的要求，必須預(yù)先進行動力沉樁的可打入性分析。這就要判斷土塞在打樁過程中的狀態(tài)及其對樁的可打入性分析的影響，所以土塞效應(yīng)的正確判斷直接影響到樁的可打入性分析正確與否。另外，土塞效應(yīng)對樁端土體極限承載力的計算是非常關(guān)鍵的。API 2006規(guī)范中的樁基承載力公式也考慮了土塞對樁端承載力的影響。如果不能反映真實的土塞效應(yīng)，就會誤導設(shè)計者對土塞是否處于閉塞狀態(tài)做出錯誤判斷，影響樁基承載力的設(shè)計。因此，要準確進行打樁分析，準確計算樁端極限承載力，就要合理確定土塞效應(yīng)判斷方法，影響土塞效應(yīng)的關(guān)鍵因素是打樁結(jié)束后海洋平臺鋼管樁內(nèi)土塞相對于海底泥面線的高度，由于目前海洋平臺的鋼管樁基礎(chǔ)越來越多地采用了超大直徑超長樁，所以在打樁過程中，無法準確確定土塞高度，只能通過經(jīng)驗估計管體內(nèi)土塞的高度，這樣就不能真實反映土塞效應(yīng)，從而影響樁基承載力的設(shè)計，因此，怎么準確確定打入式鋼管樁內(nèi)土塞高度一直是本領(lǐng)域急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了準確分析土塞效應(yīng)對樁基承載力及樁的可打性的影響，本發(fā)明提供一種海洋平臺打入式鋼管樁土塞深度測試裝置，這種裝置可以應(yīng)用于現(xiàn)場，進行實時測試打樁過程及打樁結(jié)束后海洋平臺鋼管樁內(nèi)土塞相對鋼管外泥線的高度。為達到上述目的，本發(fā)明測試裝置的結(jié)構(gòu)是它是在開口鋼管樁的管體內(nèi)外分別置有兩個重量不同的球，管體內(nèi)為重球，管體外為輕球，兩個球通過一根繞過管體頂部的柔性鋼絲繩相連，管體外壁上設(shè)有高度標注；重球、輕球和鋼絲繩的重量應(yīng)保證柔性鋼絲繩始終處于拉緊狀態(tài)。優(yōu)選要求輕球的重量至少等于鋼絲繩的重量，保證輕球能拉緊柔性鋼絲繩；重球重量在減去海水浮力后仍大于輕球的重量，保證重球始終沉在管體內(nèi)的海底泥面上并能拉緊柔性鋼絲繩；鋼絲繩的長度應(yīng)保證打樁前和結(jié)束后輕球始終處于海水面以上。利用上述裝置測試鋼管樁中土塞高度的方法如下第一步在打樁開始前，將重球置于管體內(nèi)，輕球置于管體外，重球靠自身重力下落到海底泥面上，此時記錄管體外輕球的初始標高，用b表示；第二步打樁開始，開口鋼管樁在被打入土層的過程中，管內(nèi)形成土塞，其泥面標高會發(fā)生變化，重球的標高隨之變化，輕球標高也發(fā)生變化，在管體外壁的高度標注上顯示出即時標聞，打粧完成記錄最終標聞，用c表不；第三步通過打樁前后管外輕球的兩次標高，計算出管體內(nèi)土塞相對于管外泥面線的高度，計算公式如下a = b-c-d其中a表示管內(nèi)土塞相對管外泥線的高度，負值表示低于管外泥面線，正值表示高于管外泥面線；d表示鋼管樁的貫入深度；可通過水面線處打樁前后的標高獲得。下面根據(jù)本發(fā)明的工作機理說明本發(fā)明的優(yōu)點在打樁過程中，管內(nèi)重球在重力作用下隨土塞移動，從而拖動管外輕球上下移動，記錄輕球前后標高，即可計算出管內(nèi)土塞相對管外泥面線的高度，反映出打樁過程的土塞效應(yīng)?？傊?，本發(fā)明為打入式鋼管樁內(nèi)土塞的高度檢測提供了一種精確的測試裝置，為設(shè)計者對打入式樁基的土塞狀態(tài)做出準確判斷提供了依據(jù)，解決了長期以來人們一直渴望解決但始終未能解決的技術(shù)難題，其積極效果遠遠超過了現(xiàn)有技術(shù)，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及打樁前的示意圖；圖2是本發(fā)明打樁后的示意圖，圖中以土塞低于海底泥面線為例。圖中1-管體，2-重球，3-輕球，4-鋼絲繩，5-高度標注，6-土塞。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明測試裝置的結(jié)構(gòu)是它是在開口鋼管樁的管體I內(nèi)外分別置有兩個重量不同的球，管體內(nèi)為重球2，管體外為輕球3，兩個球通過一根繞過管體頂部的柔性鋼絲繩4相連，管體I外壁上設(shè)有高度標注5，要求輕球3的重量至少等于鋼絲繩4的重量，保證輕球3能拉緊柔性鋼絲繩4 ;要求重球2的重量在減去海水浮力后仍大于輕球3的重量，保證重球2始終沉在管體內(nèi)的海底泥面上并能拉緊柔性鋼絲繩4 ;柔性鋼絲繩4的長度應(yīng)保證打樁前和結(jié)束后輕球3始終處于海水面以上。利用上述裝置測試鋼管樁中土塞高度的方法如下第一步在打樁開始前,將重球2置于管體I內(nèi)，輕球3置于管體I夕卜,重球2靠自身重力下落到海底泥面上，此時記錄管體外輕球的初始標高，用b表示，如圖I所示的b ；第二步打樁開始，開口鋼管樁在被打入土層的過程中，管內(nèi)形成土塞6，其泥面標高會發(fā)生變化，重球2的標高隨之變化，輕球3隨著管體I下移和重球2變化而變化，在管體外壁的聞度標注5上顯不出即時標聞，打粧完成記錄最終標聞，用c表不，如圖2所不的c ；
第三步通過打樁前后管外輕球3的兩次標高，計算出管體內(nèi)土塞6相對于管外泥面線的高度，計算公式如下a = b-c-d其中a表示管內(nèi)土塞6相對管外泥線的高度，負值表示低于管外泥面線，正值表示高于管外泥面線；d表示鋼管樁的貫入深度，如圖2所示的d，可通過水面線處打樁前后的標高獲得。
權(quán)利要求
1.一種海洋平臺打入式鋼管樁土塞深度測試裝置，其特征在于，它是在開口鋼管樁的管體內(nèi)外分別置有兩個重量不同的球，管體內(nèi)為重球，管體外為輕球，兩個球通過一根繞過管體頂部的柔性鋼絲繩相連，管體外壁上設(shè)有高度標注；重球、輕球和鋼絲繩的重量應(yīng)保證柔性鋼絲繩始終處于拉緊狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的測試裝置，其特征在于，要求輕球的重量至少等于鋼絲繩的重量，保證輕球能拉緊柔性鋼絲繩；要求重球重量在減去海水浮力后仍大于輕球的重量，保證重球始終沉在管體內(nèi)的海底泥面上并能拉緊柔性鋼絲繩；鋼絲繩的長度應(yīng)保證打樁前和結(jié)束后輕球始終處于海水面以上。
3.一種利用權(quán)利要求I或2所述的裝置測試鋼管樁中土塞深度的方法，其特征在于，步驟如下第一步在打樁開始前，將重球置于管體內(nèi)，輕球置于管體外，重球靠自身重力下落到海底泥面上，此時記錄管體外輕球的初始標高，用b表示；第二步打樁開始，開口鋼管樁在被打入土層的過程中，管內(nèi)形成土塞，其泥面標高會發(fā)生變化，重球的標高隨之變化，輕球標高也發(fā)生變化，在管體外壁的高度標注上顯示出即時標聞，打粧完成記錄最終標聞，用c表不；第三步通過打樁前后管外輕球的兩次標高，計算出管體內(nèi)土塞相對于管外泥面線的高度，計算公式如下a = b-c-d,其中a表示管內(nèi)土塞相對管外泥線的高度，負值表示低于管外泥面線，正值表示高于管外泥面線；d表示鋼管樁的貫入深度；可通過水面線處打樁前后的標高獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海洋平臺打入式鋼管樁土塞深度測試裝置以及利用該裝置測試土塞高度的方法，它是在開口鋼管樁的管體內(nèi)外分別置有兩個重量不同的球，管體內(nèi)為重球，管體外為輕球，兩個球通過一根繞過管體頂部的柔性鋼絲繩相連，管體外壁上設(shè)有高度標注；重球、輕球和鋼絲繩的重量應(yīng)保證柔性鋼絲繩始終處于拉緊狀態(tài)。本發(fā)明可以應(yīng)用于現(xiàn)場，進行實時測試打樁過程及打樁結(jié)束后海洋平臺鋼管樁內(nèi)土塞高度，為打入式鋼管樁內(nèi)土塞的高度檢測提供了一種精確的測試裝置，為設(shè)計者對打入式樁基的土塞狀態(tài)做出準確判斷提供了依據(jù)。
文檔編號E02D33/00GK102587423SQ20121005353
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者張玉哲, 王騰, 管志川 申請人:中國石油大學(華東)