专利名称：海洋平台打入式钢管桩土塞深度测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及海洋平台设计、施工技木，尤其是海洋平台钢管桩设计、施工技术。
背景技术：
随着我国海洋石油エ业的迅速发展，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，钢管桩分为开ロ钢管桩和闭ロ钢管桩，开ロ钢管桩较闭ロ桩更易打入到设计深度，而且沉桩后由于土塞的作用，开ロ桩在静荷载作用下表现同闭ロ桩类似，可以满足承载カ要求，所以在海洋钻井平台中应用较广。与本实用新型有关的是开ロ钢管桩。开ロ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カ都有显著的影响。在海上打桩过程中，根据土塞是否与桩内壁发生相对运动，将士塞分成闭塞、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ロ桩那样，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，并满足承载カ的要求，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カ的计算是非常关键的。API 2006规范中的桩基承载カ公式也考虑了土塞对桩端承载カ的影响。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，影响桩基承载カ的设计。因此，要准确进行打桩分析，准确计算桩端极限承载カ，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，从而影响桩基承载カ的设计，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カ及桩的可打性的影响，本实用新型提供ー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高度。为达到上述目的，本实用新型测试装置的结构是它是在开ロ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，两个球通过ー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。、[0009]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井能拉紧柔性钢丝绳；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歩在打桩开始前，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，开ロ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闻，打粧完成记录最终标闻，用c表不；第三歩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。下面根据本实用新型的工作机理说明本实用新型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，本实用新型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終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。
图I是本实用新型的结构及打桩前的示意图；图2是本实用新型打桩后的示意图，图中以土塞低于海底泥面线为例。图中ト管体，2-重球，3-轻球，4-钢丝绳，5-高度标注，6-土塞。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型测试装置的结构是它是在开ロ钢管桩的管体I内外分别置有两个重量不同的球，管体内为重球2，管体外为轻球3，两个球通过ー根绕过管体顶部的柔性钢丝绳4相连，管体I外壁上设有高度标注5，要求轻球3的重量至少等于钢丝绳4的重量，保证轻球3能拉紧柔性钢丝绳4 ;要求重球2的重量在减去海水浮力后仍大于轻球3的重量，保证重球2始终沉在管体内的海底泥面上井能拉紧柔性钢丝绳4 ;柔性钢丝绳4的长度应保证打桩前和结束后轻球3始終处于海水面以上。利用上述装置测试钢管桩中土塞高度的方法如下第一歩在打桩开始前,将重球2置于管体I内，轻球3置于管体Iタト,重球2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，如图I所示的b ；第二步打桩开始，开ロ钢管桩在被打入土层的过程中，管内形成土塞6，其泥面标高会发生变化，重球2的标高随之变化，轻球3随着管体I下移和重球2变化而变化，在管体外壁的闻度标注5上显不出即时标尚，打粧完成记录最终标尚，用c表不，如图2所不的C ;第三步通过打桩前后管外轻球3的两次标高，计算出管体内土塞6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6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，如图2所示的d，可通过水面线处打桩前后的标高获得。
权利要求1.ー种海洋平台打入式钢管桩土塞深度测试装置，其特征在于，它是在开ロ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，两个球通过ー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。
2.如权利要求I所述的测试装置，其特征在于，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；要求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井能拉紧柔性钢丝绳；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。
专利摘要本实用新型公开了一种海洋平台打入式钢管桩土塞深度测试装置，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。本实用新型可以应用于现场，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高度，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。
文档编号E02D33/00GK202519712SQ20122007646
公开日2012年11月7日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者张玉哲, 王腾, 管志川 申请人:中国石油大学(华东)