[发明专利]海洋平台打入式钢管桩土塞深度测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋平台设计、施工技术，尤其是海洋平台钢管桩设计、施工技术。

背景技术

随着我国海洋石油工业的迅速发展，对海洋平台的桩基础提出了更高的要求，目前海洋平台的钢管桩基础越来越多地采用了超大直径(2m左右)超长(100m左右)桩，钢管桩分为开口钢管桩和闭口钢管桩，开口钢管桩较闭口桩更易打入到设计深度，而且沉桩后由于土塞的作用，开口桩在静荷载作用下表现同闭口桩类似，可以满足承载力要求，所以在海洋钻井平台中应用较广。与本发明有关的是开口钢管桩。

开口钢管桩在被打入土层的过程中，大量的土体涌入管内，形成土塞。土塞效应对于海上大直径超长桩的打入性及打桩完成后土塞对桩基承载力都有显著的影响。

在海上打桩过程中，根据土塞是否与桩内壁发生相对运动，将土塞分成闭塞、不闭塞和部分土塞三种状态。在闭塞状态，土塞所起到的作用完全同闭口桩那样，桩端土体不能继续涌入管内。要选择适合的打桩设备及锤型，以便将桩顺利地贯入到设计深度，并满足承载力的要求，必须预先进行动力沉桩的可打入性分析。这就要判断土塞在打桩过程中的状态及其对桩的可打入性分析的影响，所以土塞效应的正确判断直接影响到桩的可打入性分析正确与否。

另外，土塞效应对桩端土体极限承载力的计算是非常关键的。API 2006规范中的桩基承载力公式也考虑了土塞对桩端承载力的影响。如果不能反映真实的土塞效应，就会误导设计者对土塞是否处于闭塞状态做出错误判断，影响桩基承载力的设计。

因此，要准确进行打桩分析，准确计算桩端极限承载力，就要合理确定土塞效应判断方法，影响土塞效应的关键因素是打桩结束后海洋平台钢管桩内土塞相对于海底泥面线的高度，由于目前海洋平台的钢管桩基础越来越多地采用了超大直径超长桩，所以在打桩过程中，无法准确确定土塞高度，只能通过经验估计管体内土塞的高度，这样就不能真实反映土塞效应，从而影响桩基承载力的设计，因此，怎么准确确定打入式钢管桩内土塞高度一直是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

为了准确分析土塞效应对桩基承载力及桩的可打性的影响，本发明提供一种海洋平台打入式钢管桩土塞深度测试装置，这种装置可以应用于现场，进行实时测试打桩过程及打桩结束后海洋平台钢管桩内土塞相对钢管外泥线的高度。

为达到上述目的，本发明测试装置的结构是：它是在开口钢管桩的管体内外分别置有两个重量不同的球，管体内为重球，管体外为轻球，两个球通过一根绕过管体顶部的柔性钢丝绳相连，管体外壁上设有高度标注；重球、轻球和钢丝绳的重量应保证柔性钢丝绳始终处于拉紧状态。

优选要求：轻球的重量至少等于钢丝绳的重量，保证轻球能拉紧柔性钢丝绳；重球重量在减去海水浮力后仍大于轻球的重量，保证重球始终沉在管体内的海底泥面上并能拉紧柔性钢丝绳；钢丝绳的长度应保证打桩前和结束后轻球始终处于海水面以上。

利用上述装置测试钢管桩中土塞高度的方法如下：

第一步：在打桩开始前，将重球置于管体内，轻球置于管体外，重球靠自身重力下落到海底泥面上，此时记录管体外轻球的初始标高，用b表示；

第二步：打桩开始，开口钢管桩在被打入土层的过程中，管内形成土塞，其泥面标高会发生变化，重球的标高随之变化，轻球标高也发生变化，在管体外壁的高度标注上显示出即时标高，打桩完成记录最终标高，用c表示；

第三步：通过打桩前后管外轻球的两次标高，计算出管体内土塞相对于管外泥面线的高度，计算公式如下：a＝b-c-d其中：

a表示管内土塞相对管外泥线的高度，负值表示低于管外泥面线，正值表示高于管外泥面线；

d表示钢管桩的贯入深度；可通过水面线处打桩前后的标高获得。

下面根据本发明的工作机理说明本发明的优点：在打桩过程中，管内重球在重力作用下随土塞移动，从而拖动管外轻球上下移动，记录轻球前后标高，即可计算出管内土塞相对管外泥面线的高度，反映出打桩过程的土塞效应。总之，本发明为打入式钢管桩内土塞的高度检测提供了一种精确的测试装置，为设计者对打入式桩基的土塞状态做出准确判断提供了依据，解决了长期以来人们一直渴望解决但始终未能解决的技术难题，其积极效果远远超过了现有技术，具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

图1是本发明的结构及打桩前的示意图；

图2是本发明打桩后的示意图，图中以土塞低于海底泥面线为例。

图中：1-管体，2-重球，3-轻球，4-钢丝绳，5-高度标注，6-土塞。

具体实施方式