专利名称：检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法
技术领域：
本发明涉及检测承载力的方法，尤其涉及一种检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法。属于海洋石油工程领域。
背景技术：
在海上石油平台打桩过程中，由于海洋地质环境的复杂性和多变性，即使桩被顺利打入到设计贯入深度，也不能保证该桩基的承载力一定会满足设计要求。因此，需要对桩基承载力进行检测复核。同时，在打桩过程中，也会出现拒锤现象，所谓拒锤是指锤击数已经达到或超过控制标准，桩体仍无法继续贯入达到设计深度。一旦发生拒锤后，应首先检测该桩基承载力，如果经检测拒锤时的桩基承载力已经满足设计要求，那么，可以采取截桩， 不再继续将桩打入到设计深度的工程措施。所以，在海上石油平台的桩基工程中，检测评估桩基设计承载力对桩基的施工和使用安全都是十分重要的。现在的规范中确定桩基承载力是以静载试验为依据，高应变动测在打完桩之后对桩基承载力进行复核。静载试验法是在陆地上进行检测桩基承载力的一种试验法。静载试验是，使用与实际工程相一致的桩，在桩顶逐级加载，记录桩变形稳定时每级荷载下桩顶的沉降量s，直到桩失稳为止。由试验结果绘制出荷载(P)与桩顶的沉降量(S)曲线，据此确定单桩承载力。但是，在建造海上石油平台的打桩工程中，桩基长度接近150米、桩径大多在2米以上、 单桩设计承载力接近万吨。加之在海上施工具有难度大、施工成本高等特点，这就决定了该桩基不可能采用静载试验法进行检测判断其承载力。高应变动测检测桩基承载力，是在打桩结束一定时间后进行复打，通过瞬时对桩顶施加一定能量的锤击动荷载，使桩处于高应力、高应变状态，以揭示桩-土相互作用在接近极限状态时的实际工作性能，从而对该状态下桩的承载力作出正确评价。但，采用高应变动测检测桩基承载力的方法，存在较大误差，其主要原因是①、该方法只能检测在“一定锤击能量”作用下的桩基承载力。但“一定锤击能量” 难以准确把握，因此，在锤击时的桩_ 土相互作用状态与桩基的极限承载力状态存在误差。②、该方法只能检测判断“锤击时刻”的桩基承载力。由于桩基的承载力随时间在不断恢复，如果选择的复打“锤击时刻”离打桩结束时间较短，很可能得出桩基承载力未达到设计承载力的错误结论；如果选择的复打“锤击时刻”离打桩结束时间过长，则有可能延误了海上施工工期，造成经济上的损失。所以，高应变动测检测桩基设计承载力的方法，存在准确性低、检测时间盲目、检测周期长、经济成本高的缺点。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其可以通过结合现场高应变动测和理论分析计算，求得桩基承载力随时间的变化规律，并以此作为检测判断桩基设计承载力的依据；本发明能够科学的评价在平台加荷载之前桩基承载力是否达到设计承载力的要求，在实施过程中具有操作简便、投入成本低、检测周期短和可靠性高的特点。本发明的目的是由以下技术方案实现的一种检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于采用以下步骤第一步，打桩前在桩基的检测截面，安装数对力和加速度传感器；第二步，在打桩结束后进行第一次复打检测，并估算该时刻桩基承载力；第三步，进行第二次复打检测，并估算该时刻桩基承载力；第四步，检验平台桩基设计承载力。所述传感器的安装位置为距离锤套下缘400mm IOOOmm范围内，且传感器上电
缆端方向与锤击方向相一致。所述第一次复打是在打桩结束后1小时内进行，第二次复打是在打桩结束后5 8天进行，每次复打锤击模式采用单击，进行3 8下的锤打；所述桩基承载力是随着时间而变化的，其变化规律可近似表达为R(t) = R(t0) X (l+Alog(t/t0))(1)式中，R(t)是在打桩结束后，间隔时间t的桩基承载力，(MN)；R (t0)是在打桩结束后，间隔时间、的桩基承载力，(MN)；A是与桩基结构和地质条件相关的待定参数；通过公式⑴确定待定参数A，最终得到该桩基承载力随时间变化的规律曲线，并依此评估桩基设计承载力。复打时刻桩基承载力的确定，如果使用大于打桩过程中最大桩身能量，小于1. 3倍打桩过程中最大桩身能量进行复打，且单下锤击桩产生的最终位移为3mm 12mm，此时，桩-土相互作用接近桩基该时刻的极限承载力状态，从打桩分析仪显示记录的3 8组实测的力和速度信号曲线中，筛选 1组实测的力和速度信号曲线作为模拟计算的对象，然后，采用实测曲线拟合法，调整模拟计算中与桩-土相互作用相关联的参数，使得计算模拟曲线与实测的力和速度信号曲线相耦合，则计算模拟曲线的数据所反映的桩_ 土阻力规律被认为是与实际桩_ 土阻力规律情况相吻合，进而将计算模拟曲线所确定的桩基的承载力作为该时刻桩基的实测承载力，依据计算模拟的桩基承载力由桩侧土阻力Rs和桩端土阻力Ru两部分组成，那么，实测的桩基承载力可表达为R(t) = Ru+Rs(2)复打时刻桩基承载力的确定，如果由于条件限制，复打锤击能量小于打桩过程中最大桩身能量，保证桩在单下锤击作用时产生了贯入位移，但位移小于3mm时，首先，从打桩分析仪记录获得的，打桩结束前的10组力和速度信号曲线中，筛选其中1组力和速度信号曲线作为打桩结束时被模拟的实测信号曲线，该组力和加速度信号曲线的锤击作用，使得桩体的贯入位移在3mm 12mm之间；然后，再从该次复打获得的3 8组力和速度信号曲线中，筛选其中1组力和速度信号曲线作为低能量复打时被模拟的实测信号曲线，再采用实测曲线拟合法，调整模拟计算中与桩-土相互作用相关联的参数，分别计算得到与打桩结束时被模拟实测信号曲线相耦合的计算模拟曲线1和与低能量复打时被模拟信号曲线相耦合的计算模拟曲线2，则计算模拟曲线1和计算模拟曲线2的桩基承载力分别为Rsl+Rul和Rs2+Ru2，则采用公式 (3)估算复打时刻的桩基承载力；R(t) = Rul+Rs 2(3)通过以上的分析过程则能确定复打时刻、和t2的桩基承载力分别为RU1)和 R(t2)；桩基承载力随时间变化曲线依据的公式为将经公式(2)，或经公式(3)，或经公式(2)和公式(3)确定出的Rai)和R(t2)代入公式(1)，则待定参数A值为由下式求得
权利要求
1.一种检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于采用以下步骤 第一步，打桩前在桩基的检测截面，安装数对力和加速度传感器；第二步，在打桩结束后进行第一次复打检测，并估算该时刻桩基承载力； 第三步，进行第二次复打检测，并估算该时刻桩基承载力； 第四步，检验平台桩基设计承载力。
2.根据权利要求1所述的检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于所述传感器的安装位置为距离锤套下缘400mm IOOOmm范围内，且传感器上电缆端方向与锤击方向相一致。
3.根据权利要求1所述的检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于所述第一次复打是在打桩结束后1小时内进行，第二次复打是在打桩结束后5 8天进行，每次复打锤击模式采用单击，进行3 8下的锤打。
4.根据权利要求1所述的检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于所述桩基承载力是随着时间而变化的，其变化规律可近似表达为R(t) = R(t0) X (l+Alog(t/t0))(1)式中，R(t)是在打桩结束后，间隔时间t的桩基承载力，(MN)； R(t0)是在打桩结束后，间隔时间、的桩基承载力，(MN)； A是与桩基结构和地质条件相关的待定参数；通过公式(1)确定待定参数A，最终得到该桩基承载力随时间变化的规律曲线，并依此评估桩基设计承载力。
5.根据权利要求1所述的检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于复打时刻桩基承载力的确定，如果使用大于打桩过程中最大桩身能量，小于1. 3倍打桩过程中最大桩身能量进行复打，且单下锤击桩产生的最终位移为3mm 12mm，此时，桩-土相互作用接近桩基该时刻的极限承载力状态，从打桩分析仪显示记录的3 8组实测的力和速度信号曲线中，筛选1 组实测的力和速度信号曲线作为模拟计算的对象，然后，采用实测曲线拟合法，调整模拟计算中与桩-土相互作用相关联的参数，使得计算模拟曲线与实测的力和速度信号曲线相耦合，则计算模拟曲线的数据所反映的桩-土阻力规律被认为是与实际桩-土阻力规律情况相吻合，进而将计算模拟曲线所确定的桩基的承载力作为该时刻桩基的实测承载力，依据计算模拟的桩基承载力由桩侧土阻力Rs和桩端土阻力Ru两部分组成，那么，实测的桩基承载力可表达为R(t) = Ru+Rs(2)
6.根据权利要求1所述的检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于复打时刻桩基承载力的确定，如果由于条件限制，复打锤击能量小于打桩过程中最大桩身能量，保证桩在单下锤击作用时产生了贯入位移，但位移小于3mm时，首先，从打桩分析仪记录获得的，打桩结束前的10组力和速度信号曲线中，筛选其中1组力和速度信号曲线作为打桩结束时被模拟的实测信号曲线，该组力和加速度信号曲线的锤击作用，使得桩体的贯入位移在3mm 12mm之间；然后，再从该次复打获得的3 8组力和速度信号曲线中，筛选其中1组力和速度信号曲线作为低能量复打时被模拟的实测信号曲线，再采用实测曲线拟合法，调整模拟计算中与桩-土相互作用相关联的参数，分别计算得到与打桩结束时被模拟实测信号曲线相耦合的计算模拟曲线1和与低能量复打时被模拟信号曲线相耦合的计算模拟曲线2，则计算模拟曲线1和计算模拟曲线2的桩基承载力分别为Rsl+Rul和Rs2+Ru2，则采用公式(3)估算复打时刻的桩基承载力；R(t)=Rul+Rs2(3)通过以上的分析过程则能确定复打时刻、和t2的桩基承载力分别为RU1)和R(t2)。
7.根据权利要求4、5或6所述的检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，其特征在于桩基承载力随时间变化曲线依据的公式为将经公式(2)，或经公式(3)，或经公式(2)和公式(3)确定出的Rai)和R(t2)代入公式(1)，则待定参数A值为由下式求得
全文摘要
一种检测评估海上石油平台桩基设计承载力的方法，采用以下步骤第一步，打桩前在桩基的检测截面，安装数对力和加速度传感器；第二步，在打桩结束后进行第一次复打检测，并估算该时刻桩基承载力；第三步，进行第二次复打检测，并估算该时刻桩基承载力；第四步，检验平台桩基设计承载力。本发明可以通过结合现场高应变动测和理论分析计算，求得桩基承载力随时间的变化规律，并以此作为检测判断桩基设计承载力的依据；科学的评价在平台加荷载之前桩基承载力是否达到设计承载力的要求，具有操作简便、投入成本低、检测周期短和可靠性高的特点。在锤击能量方面，提出了偏小能量锤击作用下的处理方法，使之估算结果更接近客观实际。
文档编号E02D33/00GK102268886SQ201010198940
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者于海龙, 卜庆斌, 朱绍华, 樊之夏, 秦立成, 董付庆, 黄山田 申请人:中国海洋石油总公司, 海洋石油工程股份有限公司