專利名稱：一種自升式平臺樁靴底部吸附力試驗架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自升式鉆井平臺的試驗設(shè)備，尤其涉及一種自升式平臺樁靴底部吸附力試驗架。
背景技術(shù)：
自升式鉆井平臺是海洋石油開發(fā)的重要設(shè)備之一。在自升式鉆井平臺作業(yè)過程中，平臺插樁過深，樁靴底部土體長時間固結(jié)，容易導(dǎo)致平臺拔樁困難，給平臺造成不菲的經(jīng)濟(jì)損失，甚至是平臺事故。為盡可能避免這種情況，需要合理地評估平臺的拔樁阻力，進(jìn)而選擇適合的平臺，這對于保證平臺安全至關(guān)重要。研究表明，對于持力層為粘土層的情況，即拔樁困難頻發(fā)的情況，樁靴底部的吸附力可能占到拔樁阻力的1/2以上。吸附力的準(zhǔn)確計算于平臺拔樁阻力的確切評估至關(guān)重要。但由于影響拔樁阻力的因素較多，包括樁靴上部土體的重力、土體剪切阻力等，給吸附力的研究帶來了不便，以至相關(guān)規(guī)范中尚沒有關(guān)于吸附力以及平臺拔樁阻力的計算方法。為盡可能地減小拔樁阻力，工程中目前普遍采用沖樁的方式。然而，對于沖樁的作用機(jī)理，沖樁效果等，由于存在著復(fù)雜且眾多的影響因素，也長期缺乏相關(guān)研究。因此，設(shè)計并制造專門的實驗裝置，針對自升式鉆井平臺樁靴基礎(chǔ)吸附力、拔樁阻力及沖樁效果評估過程中所遇到的問題進(jìn)行相關(guān)研究，對于避免拔樁困難的尷尬甚至是平臺事故、避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失、確保平臺安全意義重大。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是需要克服現(xiàn)有技術(shù)單獨研究樁靴底部吸附力對拔樁阻力的影響有失片面的不足。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了自升式平臺樁靴底部吸附力試驗架， 包括框架、箱體(7)、桿(11)、樁靴模型(3)、筒體(5)、力傳感器(8)、位移傳感器(9)、孔隙水壓計(1)、土壓力盒(2)、箱蓋(12)、至少兩根升降桿對、固定板25以及螺桿33，其中所述箱體(7)固定連接在所述框架內(nèi)部，所述筒體(5)位于所述箱體(7)的內(nèi)部， 所述樁靴模型(3)位于所述筒體(5)的內(nèi)部并連接在所述筒體(5)的底端；所述桿(11)的第一端固定連接在所述樁靴模型(3)上，第二端穿出所述筒體(5) 的頂端，且穿出所述筒體(5)的部分安裝有所述力傳感器(8)及位移傳感器(9)；所述筒體(5)的上部通過所述螺桿(33)固定連接在所述桿(11)上；所述至少兩根升降桿(24)位于所述框架中且連接在所述框架上，固定連接所述箱蓋(12)；所述箱蓋(12)蓋在所述固定板(25)的上方，下表面固定連接所述桿(11)的第二端；所述孔隙水壓計(1)及土壓力盒(2)位于所述箱體(7)中。優(yōu)選地，所述框架包括底座(21)以及通過支撐板(23)連接至少兩根支撐立柱
3(22)；其中，所述至少兩根升降桿(24)穿過所述支撐板(23)。優(yōu)選地，所述樁靴模型(3)通過螺紋連接在所述筒體(5)的底端。優(yōu)選地，所述筒體(5)為有機(jī)玻璃材質(zhì)。優(yōu)選地，所述桿(11)與所述樁靴模型(3)的連接部位內(nèi)部，設(shè)置有所述孔隙水壓計(1)。優(yōu)選地，所述箱蓋(12)上表面固定連接加載機(jī)構(gòu)(26)。優(yōu)選地，所述樁靴模型(3)上有沖樁孔(31)，所述沖樁孔(31)的底部設(shè)置有透水石(32)。 優(yōu)選地，該試驗架還包括從所述筒體(5 )的頂端穿入所述筒體(5 )連接在樁靴模型(3 )上的水管，所述水管 (4)與所述沖樁孔 (31)相配合。鑒于現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有可用于模擬自升式鉆井平臺沖樁和拔樁過程的實驗設(shè)備， 本實用新型提出了一種適用于模擬樁靴底部吸附力的試驗架，用于模擬平臺拔樁時吸附力所產(chǎn)生的影響，分析沖樁對吸附力的消除效果，克服了現(xiàn)有技術(shù)單獨研究樁靴底部吸附力對拔樁阻力的影響有失片面的不足。本實用新型的實施例可以單獨研究拔樁時吸附力的作用大小，避免上部土重、土體破壞剪切力的影響。

圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示實施例中樁靴模型3處的局部放大圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1所示實施例的樁靴模型的局部放大圖。如圖1所示，本實用新型實施例的試驗架主要包括底座21、箱體7、桿11、樁靴模型3、筒體5、力傳感器8、位移傳感器9、孔隙水壓計1、土壓力盒2、箱蓋12、支撐立柱22、支撐板23、升降桿M、固定板25以及螺桿33，其中底座21和箱體7固定連接在一起。底座21上設(shè)置有三根支撐立柱22，支撐立柱 22通過支撐板23固定連接，與底座21成為框架。支撐板23中穿過三根升降桿M，升降桿 24的上部通過固定板25相連。箱蓋12蓋在固定板25的上方且固定鏈接在升降桿M上。 箱蓋12的上表面固定連接加載機(jī)構(gòu)沈(如液壓缸)，箱蓋12受壓于加載機(jī)構(gòu)沈從上方所施加的向下的壓力。在其他實施例中，支撐立柱的數(shù)量也可以是兩根，也可以是四根或者其他數(shù)量。同樣的，升降桿的數(shù)量也可以是兩根，四根或者其他數(shù)量。如圖1所示，箱體7中從下到上依次填有砂土 27和紅粘土觀，在砂土 27和紅粘土 28中放置有孔隙水壓計1和土壓力盒2，上方的紅粘土 28中還放置有筒體5。樁靴模型3位于筒體5的內(nèi)部，通過螺紋等固定連接方式連接在筒體5的底端。桿11的第一端固定連接在樁靴模型3上，第二端穿出筒體5的頂端固定連接在箱蓋12的下表面。筒體5的上部還通過螺桿33固定連接在桿11上。其中，桿11與樁靴模型3的連接部位，內(nèi)部還設(shè)置有孔隙水壓計1。本實施例中，筒體5為有機(jī)玻璃材質(zhì)，在保證筒體5強(qiáng)度的同時，方便觀察實驗過程。 筒體5連同樁靴模型3及桿11可一起置于箱體7的紅粘土觀中，筒體5的頂端冒出紅粘土觀。桿11在穿出筒體5頂端的部分，安裝有力傳感器8和位移傳感器9。位移傳感器9用于記錄拔樁過程中樁靴模型3的上拔位移，進(jìn)而可以獲得拔樁阻力(也即吸附力) 與上拔位移之間的對應(yīng)關(guān)系。在試驗應(yīng)用時，可按設(shè)計要求配置好砂土 27和紅粘土觀，通過離心機(jī)加載方式或自然沉積方式等方式，使樁靴模型3沉沒于紅粘土觀中一定深度，并在樁靴模型3周圍布置好土壓力盒2和孔隙水壓力計1，其中的孔隙水壓力計1用于測量拔樁過程中樁基土中的孔隙壓力。紅粘土 28的上方，還可盛裝水四。通過加載機(jī)構(gòu)沈在樁靴模型3上保持一定壓力，靜置或按預(yù)定方式調(diào)整加載壓力，等待紅粘土觀固結(jié)。在等待紅粘土觀固結(jié)的過程中，利用孔隙水壓計1測量孔隙水壓力值，利用土壓力盒2測量土壓力值，并根據(jù)測量結(jié)果得到插入樁靴模型3后產(chǎn)生的超孔隙水壓力以及固結(jié)消散規(guī)律信息。紅粘土觀固結(jié)完成后，逐漸增大加載機(jī)構(gòu)沈的上拉力，利用孔隙水壓計1獲得并記錄樁靴模型3周圍孔隙水壓力值，同時記錄力傳感器8的測量值，得出拔樁過程中樁靴模型底部的吸附力。在本實用新型的實施例中，還可以包括水管。水管從箱體7的外部穿入箱蓋12，并從筒體5的頂端穿入筒體5連接在樁靴模型3上。如圖2所示，樁靴模型3上有與水管相配合的沖樁孔31。沖樁孔31的底部設(shè)置有透水石32，防止對樁靴模型3加壓以及紅粘土 28固結(jié)時，紅粘土 28擠入沖樁孔31中，同時又便于水管中的水能流入到紅粘土觀中。通過水管可以向樁靴模型3的底部注水。在試驗應(yīng)用時，在紅粘土觀固結(jié)完成后，逐漸增大液壓缸的上拉力時，通過水管向樁靴模型3的底部充水，同時記錄力傳感器8、孔隙水壓力計1、充水的壓力(壓力表測量)和排量(流量計測量)等測量值，根據(jù)這些測量值獲得沖樁對吸附力的消除效果。本實用新型的實施例可以模擬平臺的沖樁、拔樁的各個過程，樁靴模型上的筒體能消除拔樁時樁靴上部土體重力、土體剪切阻力等影響，可用于研究拔樁時吸附力的影響。 本實用新型的實施例還能連接水管，可用于研究沖樁對吸附力的消除效果。本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單易造，制造成本較低。雖然本實用新型所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本實用新型而采用的實施方式，并非用以限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種自升式平臺樁靴底部吸附力試驗架，其特征在于，包括框架、箱體(7)、桿(11)、 樁靴模型(3)、筒體(5)、力傳感器(8)、位移傳感器(9)、孔隙水壓計(1)、土壓力盒(2)、箱蓋(12)、至少兩根升降桿(24)、固定板(25)以及螺桿(33)，其中所述箱體(7 )固定連接在所述框架內(nèi)部，所述筒體(5 )位于所述箱體(7 )的內(nèi)部，所述樁靴模型(3)位于所述筒體(5)的內(nèi)部并連接在所述筒體(5)的底端；所述桿(11)的第一端固定連接在所述樁靴模型(3)上，第二端穿出所述筒體(5)的頂端，且穿出所述筒體(5)的部分安裝有所述力傳感器(8)及位移傳感器(9)； 所述筒體(5)的上部通過所述螺桿(33)固定連接在所述桿(11)上； 所述至少兩根升降桿(24)位于所述框架中且連接在所述框架上，固定連接所述箱蓋 (12)；所述箱蓋(12)蓋在所述固定板(25)的上方，下表面固定連接所述桿(11)的第二端； 所述孔隙水壓計(1)及土壓力盒(2)位于所述箱體(7)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗架，其特征在于所述框架包括底座(21)以及通過支撐板(23)連接至少兩根支撐立柱(22)； 其中，所述至少兩根升降桿(24 )穿過所述支撐板(23 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗架，其特征在于 所述樁靴模型(3)通過螺紋連接在所述筒體(5)的底端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗架，其特征在于 所述筒體(5)為有機(jī)玻璃材質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗架，其特征在于所述桿(11)與所述樁靴模型(3)的連接部位內(nèi)部，設(shè)置有所述孔隙水壓計(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗架，其特征在于 所述箱蓋(12 )上表面固定連接加載機(jī)構(gòu)(26 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗架，其特征在于所述樁靴模型(3)上有沖樁孔(31)，所述沖樁孔(31)的底部設(shè)置有透水石(32)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的試驗架，其特征在于，該試驗架還包括從所述筒體(5)的頂端穿入所述筒體(5)連接在樁靴模型(3)上的水管，所述水管(4) 與所述沖樁孔(31)相配合。
專利摘要本實用新型公開了一種自升式平臺樁靴底部吸附力試驗架，克服現(xiàn)有技術(shù)單獨研究樁靴底部吸附力對拔樁阻力的影響有失片面的不足，該試驗架包括箱體固定連接在框架內(nèi)部，筒體位于箱體的內(nèi)部，樁靴模型位于筒體的內(nèi)部并連接在筒體的底端；桿的第一端固定連接在樁靴模型上，第二端穿出筒體的頂端，且穿出筒體的部分安裝有力傳感器及位移傳感器；筒體的上部通過螺桿固定連接在桿上；至少兩根升降桿位于框架中且連接在框架上，固定連接箱蓋；箱蓋蓋在固定板的上方，下表面固定連接桿的第二端；孔隙水壓計及土壓力盒位于箱體中。本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)單獨研究樁靴底部吸附力對拔樁阻力的影響有失片面的不足。
文檔編號G01L5/00GK202216789SQ20112031295
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者宋林松, 戴兵, 李昌亮, 段夢蘭, 王冬石, 王建軍, 王飛, 胡知輝, 趙軍, 趙天奉, 黎劍波 申請人:中國石油大學(xué)(北京), 中海油田服務(wù)股份有限公司