吸力樁基礎置入階段
上世紀70年代起,挪威率先在北海油田使用了一種叫做裙式基礎的近海地基基礎。1994年挪威北海的Europipe16/11-E大型導管架平臺采用了四個直徑為12 m的吸力式桶形基礎來代替原來的裙式重力式基礎,這項工程標志著新型海洋平臺基礎——吸力基礎的誕生。我國于1994年9月在渤海曹妃甸1-6-1延長測試系統首次成功安裝了兩個直徑3.2 m,桶高6 m的吸力鋼桶形基礎。近年來,吸力基礎已在我國渤海及南海海域大量使用,具有廣闊的應用前景。
吸力基礎是一種頂端封閉、底端敞開的桶體結構,通過桶體側部與土壤的摩擦力來抵抗外力。由于吸力基礎施工簡便,安裝速度快捷,可根據需要進行重復利用,與傳統的固定式樁基結構相比,具有更好的技術經濟特性。因此,具有良好的發展前景。
根據用途,吸力基礎可分為吸力錨和吸力樁。吸力錨用于船舶或浮式平臺的錨泊系統,主要承受水平力及斜向上或垂直向上的拉力;吸力樁用于固定平臺及水下生產系統等基礎,主要承受垂向力及水平力。
吸力樁是一種典型的樁土作用基礎,主要依靠負壓原理進行安裝,樁的置入一般分為三個階段。
第一階段,吸力樁下放至海床后,依靠自身重力會沉入到泥面以下一定深度,這個階段稱為SWP(Self-weight penetration)。SWP階段應確保自重入泥后,樁體內部能夠形成一定的封閉空間,一般至少需要入泥0.5m可以達到此要求。入泥深度可由下式得到:
第二階段,由吸力泵向外泵出海水。吸力泵抽出的水量應大于經底部土壤滲透進入樁體內部的水量,從而可以降低樁體內部的壓力。當樁內外的壓差達到一定數值
,樁體頂部的豎向壓力大于土壤阻力時,樁體就不斷被壓入土中,直至達到設計入泥深度。負壓由下式[3]得到:
第三階段,將吸力泵從樁體移除,樁體內外的壓差逐漸消失,與周圍環境壓力趨于一致,最終依靠周圍土壤的阻力提供承載力。
置入過程中,吸力樁將承受較大的壓力及土體阻力,必須按照規范[5]要求對這些板殼結構進行屈曲校核,確保樁頂板及側壁能夠抵抗置入過程的外力作用。
吸力樁置入過程中,如果負壓過大,作用在樁內土體的向上的力0大于其阻力,有可能會出現土塞隆起現象,為吸力樁安裝帶來諸多困難。因此,為避免產生土塞隆起現象,負壓不能超過下述公式中定義的許用值[3]:
注:以上內容節選自論文《吸力樁基礎設計建造安裝關鍵技術研究》。
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