一种打桩锤与隔水导管匹配优化设计方法

摘要

本发明涉及一种打桩锤与隔水导管匹配优化设计方法，它包括预测设计和实时设计两个部分，其包括以下步骤：1)进行海底土质调查及土质分析，得到海洋工程调查资料；2)根据海洋工程调查资料的海底土特性以及隔水导管的尺寸，利用公知打桩公式与能量方程计算与隔水导管相匹配的最优打桩锤参数，对最优打桩锤型号进行预测设计；3)根据海洋工程调查资料的海底土特性和步骤2)中预测设计的打桩锤参数，以及根据实测贯入度对最优落锤距进行实时设计。本发明根据海洋工程调查资料的海底土特性和预测设计的最优打桩锤参数，以及根据实测贯入度对最优落锤距进行实时设计，实现了可现场实时调节锤落距的功能，从而进一步保证了隔水导管不受损坏。本发明可广泛应用于海上石油勘探开发领域中。

主权项

一种打桩锤与隔水导管匹配优化设计方法，其特征在于：它包括预测设计和实时设计两个部分，其包括以下步骤：1)进行海底土质调查及土质分析，得到海洋工程调查资料；2)根据海洋工程调查资料的海底土特性以及隔水导管的尺寸，利用公知打桩公式与能量方程计算与隔水导管相匹配的最优打桩锤参数，对最优打桩锤型号进行预测设计，其具体包括以下步骤：①据预打的隔水导管尺寸以及海洋工程调查资料的海底土特性，可求出隔水导管的入土深度与海底土极限承载力关系，海底土极限承载力由下式确定：Pa＝Qf+Qp＝f·As+qu·Ap，式中，Pa为隔水导管所插入深度位置所对应的海底土极限承载力；Qf为隔水导管桩侧壁摩阻力；Qp为隔水导管桩端阻力；As为隔水导管桩侧壁表面积；Ap为隔水导管横截面积；f为隔水导管桩侧壁单位摩擦力；qu为隔水导管桩端部单位面积承载力；②按照预打桩地区的作业经验，初步选定一种型号的打桩锤，并记录其锤击能量、锤心重量、锤落距和锤帽重量；③根据初步选定的打桩锤型号，利用格尔谢万诺夫打桩公式进行打桩贯入度预测，贯入度预测值e应满足下式： e = nAQH KP a ( KP a + nA ) · Q + 0.2 q Q + q , 式中：e为打桩贯入度，其单位为m；n为根据桩材料和桩垫所定的系数，由钢管制成的隔水导管钢桩无桩垫，取n＝500000kg/m2；A为桩身横截面积，其单位为m2；Q为锤心重量，其单位为kg；q为桩重，包括送桩、桩帽及锤非冲击部分的重量，其单位为kg；K为桩体承载力安全系数，其取值范围为1.5～2.0；H为锤落距，其单位为m；④根据打桩锤打桩所作的功瞬间的能量转换关系，确定最优的锤击能量，最优锤击能量由下式确定：E＝(R·e+Q·h)/(1‑α)，式中：E为最优锤击能量，其单位为KJ；e为击锤一次时，桩的入土距离，即贯入度；R为相应于贯入度为e时，桩的贯入阻力，其单位为KN；Q为锤心质量，其单位为t；h为打桩锤的反弹高度，其单位为m；α为能量消耗系数，对于钢桩而言，α的取值范围为0.1＜α＜0.3；⑤根据最优锤击能量中的最大值Emax选定最优打桩锤型号；3)根据海洋工程调查资料的海底土特性和步骤2)中预测设计的打桩锤参数，以及根据实测贯入度对最优落锤距进行实时设计，其具体包括以下步骤：①根据海洋工程调查资料的海底土特性及打桩现场施工情况，利用监测仪器实时记录打桩贯入度ei；②根据打桩锤打桩所作的功瞬间的能量转换关系，确定下一击最优的锤落距，最优锤落距由下式确定：H＝((R·ei+Q·h)/(1‑α))/Q，式中：H为下一击最优打桩锤落距，其单位为m；ei为实时监测到的贯入度，其单位为m；R为相应土深度桩的贯入阻力，其单位为KN；Q为锤心质量，其单位为t；h为打桩锤的反弹高度，其单位为m；α为能量消耗系数，对于钢桩而言，α的取值范围为0.1＜α＜0.3；③根据所得到的最优锤落距调节打桩锤落距，进行下一击，然后依次类推，记录下一击的实测贯入度，再返回到步骤②进行再下一击的最优锤落距计算。