自升式平臺在多層土質上地基承載力計算

，，，

(中船重工船舶設計研究中心有限公司，大連 116001)

自升式平臺在多層土質上地基承載力計算

冷述棟，尹勇，于斌，白銳利

(中船重工船舶設計研究中心有限公司，大連 116001)

基于工程應用較為廣泛的單層土的地基承載力的計算方法，提出一種多層土中地基承載力的計算方法，采用從底至上的逐步雙層土修正。與實測數據對比分析表明，吻合較好。該方法能夠較好地解決自升式平臺在多層土質上插樁深度計算問題，并對擠壓和穿刺問題進行較好的預測。

地基承載力；多層土質；穿刺

影響自升式平臺安全作業的因素很多，其中地質條件是最基礎因素。海域地質條件復雜，自升式平臺在這種復雜條件下工作經常會發生穿刺的危險，造成樁腿的損壞，平臺船體發生傾斜甚至翻沉工作。因此，自升式鉆井平臺在作業過程中的地基承載力預測分析工作尤為重要。

SNAME規范中[1]的研究方法對單層土和雙層土的地基承載力有較好預測，但是對3層以上土的地基承載力計算并沒有較好的方法。數值計算的方法操作較為復雜[2-4]，難以滿足實際工程項目的需求。

為此，考慮采用將單層土計算和雙層土修正相結合方法，實現對多層土中地基承載力的計算。

1 計算原理

采用單層土地基承載力的計算方法進行多層土承載力的初步計算，根據2層土接觸面之間的承載力關系，判定擠壓的壓潰和刺穿現象，采用相應的雙層土承載力計算方法進行由下而上的逐一修正，從而獲取到修正后的多層土地基承載力計算結果。

對于單層土數據的計算方法以及雙層土的修正方法，可以根據需要采用不同方法，較為常用的為SNAME規范推薦的方法，也可采用H Pan[5-7]等提出的最新方法進行修正計算，這對多層土的計算方法并不會產生影響。

2 計算詳細步驟與流程

4)依據此方法進行修正后，就可以將這2層土作為1層處理，逐步向上1層修正到頂層。根據3)修正的結果，繪制多層土地基承載力圖。

具體流程見圖1。

圖1 計算流程

采用如上方法進行多層圖地基承載力計算，為了獲取合理的預測結果，有如下幾點需要注意。

1)某些土層特別薄，在計算時候可適當考慮進行簡化。一般來講，土層厚度小于0.5 m的都可以忽略。

2)當樁靴插樁到臨界2層交界口時，樁靴的有效承載面積需要合理考慮與處理。

3)所提供的計算方法并不僅僅局限于粘土和砂土的計算。對于其他類型土質，也可采用此方法進行計算，只是單層計算方法應適當考慮。

3 算例與分析

Dutt[8]對墨西哥灣某自升平臺插樁進行了預測分析。本計算中采用現場實測數據，土質數據見表1。粘土是上層軟質，向下逐漸增強。中間有3 m的砂土層。樁靴數據見表2。

表1 土質數據

表2 樁靴數據

計算結果見圖2。

圖2 三層土中地基承載力計算結果

由于第2層為砂土，地基承載力較強，而第3層粘土的地基承載力較弱,這2層為“蛋殼”地質，容易發生刺穿的現象，在計算中該現象得到很好預測。第1層粘土和第2層砂土之間容易發生擠壓現象。計算結果和實測結果對比，說明該方法還是能夠較好的計算多層土的地基承載力。

結果仍有一定的偏差，分析原因如下：雙層土的擠壓修正方法的選取，不同修正方法對結果影響較大；樁靴插到臨界面是的面積修正因素，在該計算中并沒有進行面積修正；平均抗剪強度計算方法的影響，本計算中的平均抗剪強度計算方法來自SNAME規范，規范中也說明此方法的精度并沒有得到完全驗證。

4 結論

1)如何根據地質數據選擇較為合適的計算修正方法，有待進一步研究；

2)當樁靴接近臨界面時，需要適當考慮樁靴受力面積的計算；

3)粘土計算中，平均抗剪強度的計算方法仍有待于提高與驗證。

[1] WILLIAM T. Recommended practice for site specific assessment of mobile jack-up units[M]. Third Version. Jersey City: SPE,2007.

[2] 王鵬.自升式鉆井平臺插樁數值模擬研究[D].天津:天津大學,2012.

[3] 張愛霞.方形樁靴自升式平臺地基極限承載力及結構抗穿刺研究[D].大連:大連理工大學,2013.

[4] 林一.自升式平臺樁靴/地基承載力的數值分析[J].船舶工程,2015,37(8):83-88.

[5] Pan Hu. The Resistance Profile of a Penetrating Sand Overlying Clay[J]. Canadian Geotechnical Journal,2014(51):1151-1164.

[6] HOSSAIN M S. Cavity ability and bearing capacity of spudcan foundations on clay[C]. Offshore Technology Conference, Houston: SPE,2006:51-63.

[7] NEBZUES DAVUD. Comparison of jack-up rig spudcan penetration methods in clay[C]. Offshore Technology Conference, Houston: SPE,2008:101-112.

[8] DUTT R N, INGRAM W B. Jackup rig siting in calcareous soils[C]. Annual Offshore Technology Conference, Houston, TX, USA: Society of Petroleum Engineers,1984:58-66.

Prediction of Bearing Capacity in Multiple Soil Layers for Jack-up Unit

LENGShu-dong,YINYong,YUBin,BAIRui-li

(China Ship Design and Research Center, Dalian Liaoning 116001, China)

Based on the single layer soil methods adopted commonly in practice, the design method was proposed, aiming at solving the spudcan penetration problem in soils with multiple layers. This method adopt bottom-up correction for every two layer gradually.The proposed method was verified with published data obtain in site. The jack-up unit penetration in multiple layers, as well as the soil squeezing and punch-through problems, can be well solved by this method.

bearing capacity; multiple soil; punch through

U674.38;P751

A

1671-7953(2017)05-0046-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.05.014

2016-10-13

修回日期：2016-11-09

工信部高技術艦船科研項目2014

冷述棟(1988—)，男，碩士，工程師

研究方向：海洋結構物設計