套筒桁架樁腿樁靴基礎(chǔ)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種套筒桁架樁腿樁靴基礎(chǔ)，是在現(xiàn)有桁架樁腿內(nèi)嵌入10?20m高的套筒，并將套筒的底部與樁靴固定連接，并在套筒的頂部封裝蓋板。本發(fā)明對土的塑性回流以及海床表層土的塌陷起到支撐作用，可以有效的增加基礎(chǔ)的地基承載力，降低樁腿的插樁深度，有利于鉆井平臺安裝與長期作業(yè)穩(wěn)定性。而且套筒可以隨著桁架樁腿自由升降，在拖航的過程中，該套筒樁腿內(nèi)縮在主船體里面，不會引起額外的水流阻力以及風(fēng)阻力。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用到海洋自升式鉆井平臺獨(dú)立樁腿樁靴結(jié)構(gòu)在復(fù)雜土層的安裝和作業(yè)中，對促進(jìn)中國海洋油氣的安全開發(fā)有著重大的社會意義以及經(jīng)濟(jì)價值。
【專利說明】
套筒桁架樁腿樁靴基礎(chǔ)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種自升式鉆井平臺的獨(dú)立粧腿，具體涉及一種套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋自升式鉆井平臺在現(xiàn)場安裝過程中，獨(dú)立桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)在自重和預(yù)壓荷載的作用下一步步插入海底基床中，此時大量的泥土被粧靴擠壓并回流進(jìn)入粧靴頂部桁架格子粧腿內(nèi)部，同時，一部分泥土被桁架結(jié)構(gòu)擋在外面，在長期的風(fēng)浪荷載作用下，被擋在外面的泥土?xí)蝗凰葸M(jìn)入桁架粧腿里面，給粧靴基礎(chǔ)增加了額外的荷載，降低了地基的承載力，導(dǎo)致整個粧腿粧靴發(fā)生額外的突然沉降，通常會造成單個或多個桁架粧腿的損壞，嚴(yán)重的會引起整個鉆井平臺的傾斜甚至翻沉，造成極大的生命財(cái)產(chǎn)損失。
[0003]目前應(yīng)用比較多的下拉式裙桶粧靴基礎(chǔ)，是沿著粧靴最大直徑外圍往下延伸一個裙桶結(jié)構(gòu)，該往上延生的套筒粧靴基礎(chǔ)，其過長的裙桶在平臺拖運(yùn)過程中會大大增加粧腿的水流阻力，導(dǎo)致平臺失穩(wěn)傾覆，不利于自升式鉆井平臺的拖航穩(wěn)定性。在插粧過程中，裙桶基礎(chǔ)會過早的擾動粧靴底部土層，當(dāng)遇到上覆土層大于下覆土層強(qiáng)度易發(fā)生穿刺破壞的雙層土層時，地基的承載力不會增加反而減少了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)，包括桁架粧腿和粧靴，所述桁架粧腿內(nèi)嵌套有套筒，所述套筒的底部與粧靴固定連接，所述套筒的頂部具有蓋板，所述套筒的高度為10-20m。
[0006]作為優(yōu)選，所述桁架粧腿具有豎直的主弦管，相鄰的主弦管在立面上連接有斜拉筋。
[0007]當(dāng)桁架粧腿是三角形桁架粧腿時，所述套筒包括焊接于相鄰主弦管間的第一平面、第二平面和第三平面，相鄰的平面之間連接有內(nèi)部水平撐管。
[0008]當(dāng)桁架粧腿是正方形桁架粧腿時，所述套筒包括焊接于相鄰主弦管間的第一平面、第二平面、第三平面和第四平面。
[0009]本發(fā)明同時提出上述套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)的制造方法，包括以下步驟:
[0010]步驟I，將套筒板焊接在相鄰的主弦管之間；
[0011 ]步驟2，在相鄰主弦管之間焊接斜拉筋，在相鄰套筒板之間焊接內(nèi)部水平撐管；
[0012]步驟3，在套筒頂部焊接鋼板對套筒進(jìn)行封口；
[0013]步驟4，整個粧腿與粧靴進(jìn)行焊接與插粧合攏。
[0014]本發(fā)明的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)的使用方法，拖航時套筒桁架粧腿內(nèi)縮在主船體中，安裝時套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)在自重和預(yù)壓荷載的作用下插入海底基床中，套筒阻擋插粧過程中及使用時海底基床泥土的塑性回流。
[0015]有益效果:本發(fā)明通過在桁架粧腿內(nèi)套設(shè)套筒，形成套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)，可以有效的阻擋插粧過程中導(dǎo)致的大量的土的塑性回流，既可以增加基礎(chǔ)的地基承載力，減少基礎(chǔ)的插粧深度，也可以增加平臺的安裝和作業(yè)穩(wěn)定性。
[0016]首先，套筒粧腿的增加不會減少鉆井平臺基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性，因此不需要對整個平臺的結(jié)構(gòu)進(jìn)行再改造。套筒直接焊接在已有的弦管上，最后與桁架粧腿作為一個整體再與粧靴進(jìn)行焊接與插粧合攏，對與之相連的桁架粧腿以及粧靴沒有額外的設(shè)計(jì)要求。
[0017]其次，以粧靴基礎(chǔ)為基面，由于土的塑性運(yùn)動主要集中在粧靴基礎(chǔ)以上部分的地基土，往上延生的套筒粧靴基礎(chǔ)對土的塑性回流以及海床表層土的塌陷起到支撐作用，可以有效的增加基礎(chǔ)的地基承載力，降低粧腿的插粧深度，有利于鉆井平臺安裝與長期作業(yè)穩(wěn)定性。
[0018]而且套筒可以隨著桁架粧腿自由升降，在拖航的過程中，該套筒粧腿內(nèi)縮在主船體里面，不會引起額外的水流阻力以及風(fēng)阻力。
[0019]本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用到海洋自升式鉆井平臺獨(dú)立粧腿粧靴結(jié)構(gòu)在復(fù)雜土層的安裝和作業(yè)中，對促進(jìn)中國海洋油氣的安全開發(fā)有著重大的社會意義以及經(jīng)濟(jì)價值。
[0020]除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)所能解決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)合附圖做出進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中粧腿粧靴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1的俯視圖；
[0023]圖3是插粧導(dǎo)致的土體塑性流動的示意圖；
[0024]圖中:三角形桁架粧腿I，三角形套筒2，粧靴基礎(chǔ)3，主弦管4，斜拉筋5，內(nèi)部水平撐管6。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例:
[0026]本實(shí)施例的三角形套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)如圖1和圖2所示，由三部分組成，第一部分為已有的獨(dú)立三角形桁架粧腿I，可以自由升降，主要用來連接底部粧靴基礎(chǔ)和自升式鉆井平臺的頂部船體，其橫截面是一個等邊三角形，立面是X型桁架形式，立面高度可以達(dá)150m的作業(yè)水深；第二部分是本發(fā)明增加的三角形套筒2，該三角形套筒2的厚度一般為
0.lm-0.2m，緊緊內(nèi)焊在三角形桁架粧腿I里面，三角形套筒2與三角形桁架粧腿I一起焊接在粧靴基礎(chǔ)3的頂面，為了方便拖航，三角形套筒2往上延升的高度與自升式鉆井平臺船體本身的高度接近，大概為10-15m，最高不超過20m，遠(yuǎn)小于三角形桁架粧腿I的高度。其頂部封裝蓋板，避免泥土塌陷進(jìn)入其中。第三部分為直徑大概為10-20m的粧靴基礎(chǔ)3，有圓形、方形和多邊形等平面形狀，粧靴與套筒桁架粧腿相連，可以自由升降，用來支撐主船體。所有相關(guān)的結(jié)構(gòu)材料以及焊接與檢驗(yàn)應(yīng)滿足中國船級社(CCS)《材料與焊接規(guī)范-2016》的要求。
[0027]三角形桁架粧腿I主要由主弦管4、斜拉筋5和水平撐管6組成。主弦管4的材料為ASTM A514 GR.Q，屈服極限為690MPa，抗拉強(qiáng)度為770MPa/930MPa，主弦管4的厚度0.15m，夕卜直徑0.65m。斜拉筋5采用材質(zhì)為API 5LX 52的無縫鋼管，最小屈服強(qiáng)度為360MPa，斜拉筋5的厚度0.022m，外直徑0.25m。水平撐管6材料為ASTM A106 GR.B,最小屈服強(qiáng)度為240MPa，水平撐管6的厚度0.01m，外直徑0.15m。
[0028]三角形套桶粧腿2采用ASTM A514 GR.Q的鋼板，屈服極限為690MPa，抗拉強(qiáng)度為77010^/93010^。套筒板厚度0.15111，圍成一個等邊三角形結(jié)構(gòu)，套筒長度15111，分兩段焊接在主弦管上，每段長度7.5m。每段套筒與主弦管4焊接完成之后，再焊接已有的斜拉筋5和內(nèi)部水平撐管6，最后在套筒頂部焊接鋼板對套筒進(jìn)行封口。當(dāng)整個粧腿焊接完成并達(dá)到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之后，將整個粧腿與粧靴基礎(chǔ)3進(jìn)行焊接與插粧合攏。焊接要求應(yīng)滿足CCS《材料與焊接規(guī)范-2016》的規(guī)定。
[0029]包括粧靴在內(nèi)，粧腿的設(shè)計(jì)全長130m，其中粧靴高度為4.3m，桁架粧腿長度為126.Sm。以粧靴與粧腿的焊接面為基面，基面垂直高度15m以下的主弦管分兩段接長，每段長度7.5m，與套筒的長度一致。
[0030]海洋自升式鉆井平臺在現(xiàn)場安裝過程中，改進(jìn)過的三角形套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)在自重以及預(yù)壓荷載的作用下慢慢的插入到海底深處，尤其是在軟粘土中，為了達(dá)到設(shè)計(jì)的單粧承載力，插粧深度往往達(dá)到2-3倍的粧靴直徑，深達(dá)30m-40m，在插粧過程中，粧靴底部大量的淤泥被擠壓向粧靴頂部回流，在三角形套筒的阻擋作用下，回流的淤泥被阻擋在套筒外面，當(dāng)插粧深度超過套筒高度時，如圖3所示，粧靴周圍土的回流已經(jīng)基本穩(wěn)定局限在粧靴周圍，不會影響到上覆海床表面土的運(yùn)動，在三角形桁架粧腿的阻擋作用下，海底表面的土部分被阻擋在桁架粧腿外面，部分塌陷進(jìn)入桁架內(nèi)部套筒頂部，最終在套筒頂部形成一個穩(wěn)定的坑洞深度H。
[0031]在軟土地基中，插粧深度往往要達(dá)到30m甚至更深，如果沒有三角形套筒粧腿的支撐，大量的土回流到粧靴基礎(chǔ)頂部，給基礎(chǔ)帶來了額外的上覆荷載，大大降低了基礎(chǔ)的地基承載力，需要更深的插粧深度以滿足平臺承載力的需求;在硬土地基中，插粧深度要求比較低，插粧導(dǎo)致的地基土塑性回流以及海床表面土層的塌陷全部被套筒粧腿所阻擋，有效的提高了粧靴基礎(chǔ)的地基承載力。如果沒有套筒粧腿的作用，硬土強(qiáng)度比較大，插粧完成后大部分土將被阻擋在桁架粧腿外面，形成一個比較深的臨時的穩(wěn)定坑洞深度。但是，在長期風(fēng)浪荷載作用下，鉆井平臺在作業(yè)的過程中，該坑洞隨時有塌陷的危險(xiǎn)，大量泥土將塌陷進(jìn)入坑洞內(nèi)，導(dǎo)致粧腿以及平臺發(fā)生突然沉降，不利于粧腿以及平臺的長期作業(yè)穩(wěn)定性。
[0032]某海洋自升式鉆井平臺，粧腿的設(shè)計(jì)全長130m，其中粧靴高度為4.3m，面積150m2，粧靴體積為360m3，桁架粧腿長度為126.8m。三角形套筒長度為15m，套筒橫截面積為60m2。作業(yè)海底土層為超固結(jié)粘土，土體有效重度為6kN/m3，土層表面強(qiáng)度為5kPa，土體強(qiáng)度隨著深度的增加線性增加，增加率為2kPa/m，。為了達(dá)到鉆井平臺的荷載要求，單粧承載力要求不少于32麗。
[0033]當(dāng)插粧深度達(dá)到15m時，有三角形套筒粧腿的情況下:
[0034]單粧承載力=9Χ20Χ 1δΟ+6Χ l5X60+6X360 = 27000+5400+2l60 = 34560kN =34.56MN
[0035]當(dāng)插粧深度達(dá)到15m時，沒有三角形套筒粧腿的情況下:
[0036]單粧承載力=9X 20 X 150+6 X 360 = 27000+2160 = 29160kN=29.16MN
[0037]單粧承載力提高了(34.56_29.16)/29.16= 18.5%
[0038]如以上計(jì)算可知，在三角形套筒粧腿的作用下，土的塑性流動都被擋在套筒以外，無法回流到粧靴頂部，當(dāng)插粧深度達(dá)到套筒頂部的時候，地基承載力提高了 18.5%。
[0039]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)，包括桁架粧腿和粧靴，其特征在于:所述桁架粧腿內(nèi)嵌套有套筒，所述套筒的底部與粧靴固定連接，所述套筒的頂部具有蓋板，所述套筒的高度為1-20π?ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)，其特征在于:所述桁架粧腿具有豎直的主弦管，相鄰的主弦管在立面上連接有斜拉筋。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)，其特征在于:所述桁架粧腿是三角形桁架粧腿，所述套筒包括焊接于相鄰主弦管間的第一平面、第二平面和第三平面，相鄰的平面之間連接有內(nèi)部水平撐管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)，其特征在于:所述桁架粧腿是正方形桁架粧腿，所述套筒包括焊接于相鄰主弦管間的第一平面、第二平面、第三平面和第四平面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)的制造方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟I，將套筒板焊接在相鄰的主弦管之間； 步驟2，在相鄰主弦管之間焊接斜拉筋，在相鄰套筒板之間焊接內(nèi)部水平撐管； 步驟3，在套筒頂部焊接鋼板對套筒進(jìn)行封口 ； 步驟4，整個粧腿與粧靴進(jìn)行焊接與插粧合攏。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)的使用方法，其特征在于包括以下步驟:拖航時套筒桁架粧腿內(nèi)縮在主船體中，安裝時套筒桁架粧腿粧靴基礎(chǔ)在自重和預(yù)壓荷載的作用下插入海底基床中，套筒阻擋插粧及使用時海底基床泥土的塑性回流。
【文檔編號】E02B17/00GK106049392SQ201610383952
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】李玉萍
【申請人】河海大學(xué)