靜力觸探（CPT）在自升式鉆井船插樁分析中的應用

王艷秋

【摘 要】 CPT測試作為巖土工程勘察中一項重要的原位測試技術，因其能在現場直接、連續、快捷地對巖土層的工程特性參數進行測試，并且避免了取樣和室內試驗對土樣所造成的擾動等影響，故在國外及國內陸地巖土工程勘察領域已得到廣泛應用。以南海某井場海底淺層土質工程地質特性的資料為基礎，借鑒國內外CPT解釋技術的經驗，對海洋石油941號鉆井船在南海某井場插樁深度進行了分析。

【關鍵詞】 靜力觸探 自升式鉆井船 承載力分析 插樁深度

【Abstract】 Cone penetration test is a very important in-situ testing technique ， it has been broadly used in geotechnical survey because of its fieldly，continunously and fastly testing the parameters of engineering properties and avoiding the samples being disturbed. The penetration depth of jack-up rig Haiyangshiyou-941 is analysized based on the experience of the interpretation of CPT at a certain site of South China Sea.

【Keywords】 Cone penetration test Jack up rig Bearing capacity analysis Penetration depth

隨著海洋資源的開發和利用，靜力觸探技術在國內外海洋地質工程中的使用越來越普遍。靜力觸探實驗不僅具有準確、快速、經濟及節省人力等優點，而且該技術對土體擾動小，可以更好地反映土體的原始應力、應變狀態。近幾年來已經在南海、東海等海域進行了許多CPT測試，通過對測試數據進行處理與解釋，可獲得被測試土層相關的物理及力學性質參數，為基礎工程分析計算提供依據，在平臺的樁基礎分析和鉆井船的插樁深度分析方面取得了很好的效果。

1 國內外研究現狀

目前，國外用于海上作業的靜力觸探測試技術已比較成熟，應用越來越廣泛。國外公司不僅對海底土的靜力觸探技術及相應的設備進行了系統的開發研究，能提供整套的靜力觸探技術和靜力觸探施工設備，同時也能提供從事海上靜力觸探勘察工作服務。總體上說歐美國家在該技術領域處于領先地位，如：荷蘭由于其自身的地理位置關系，在保護海岸、治理低洼國土以及防洪大壩構筑方面有大量投入，推動了其靜力觸探技術的蓬勃發展。美國自20世紀70年代以來在應用海上靜力觸探實驗方面發展也比較快，如：制造了應用于海洋勘探的圓錐靜力觸探儀，并在水深超過1200m的圣地亞哥海溝中的海底松軟沉積物中成功地進行了實驗[1]。

我國海上靜力觸探技術的研究應用起步比較晚，目前尚屬于起步階段，技術與國外差距比較大。2007年6月我國中海油田服務股份有限公司物探事業部工程勘察中心從國外引進了中國大陸第一套井下深海靜力觸探系統，并進行了第一次完全由國內技術人員參與的深海靜力觸探實驗。靜力觸探技術在我國海上主要應用于油氣田開發、鉆井船插樁、海底管道及海底電纜（光纜）路由調查等海洋勘察工程，其使用的探頭和儀器主要由國外研制。海洋工程地質勘察中平臺的樁基礎分析和鉆井船插樁深度分析主要是基于土的參數而進行的。現今國內海洋工程地質勘察主要采取常規鉆孔取樣和CPT測試相結合的方式來確定土的參數，進而使用美國API RP 2A規范中推薦的樁基礎和淺基礎的計算方法來進行平臺的樁基礎分析和鉆井船的插樁深度分析。

2 CPT實測原始參數

CPT原始數據是由Wison-APB downhole CPT系統所帶測試數據采集軟件（GoOnsite）所采集的，所測得的錐尖阻力、側摩阻力和孔隙水壓力是地基土物理力學性質和物理性質的綜合反映，圖2.1為CPT探頭貫入粘性土中所產生的三個指標隨深度變化的曲線示意圖。圖2.2給出了本井場CPT測試的三條曲線： 錐端阻力、側摩阻力和孔隙水壓力隨土深度變化曲線。從而得到土體各深度的錐端阻力、側摩阻力和孔隙水壓力。通過對原始數據的解釋和結合工程地質調查得到的土質資料給出了自升式鉆井船插樁所需的參數。

3 CPT資料解釋

國內CPT測試結果主要用于劃分土層、估算粘性土的不排水抗剪強度和粒狀土的相對密實度。土層中所測得的錐尖阻力和通過試驗室土質試驗能得到粘性的不排水抗剪強度。摩阻比和超孔隙水壓力數據一般支持對粘性土和砂性土的分類，同時還能直觀地判定出砂土與粘土迭層和互層土。

3.1 粘性土抗剪強度估計

4.5 鉆井船承載力分析

海洋石油941號鉆井船插樁深度分析時，對于1.8m到7.3m的土層，進行承載力分析時，按照排水條件和不排水條件來考慮。按照此種土體破壞模型得出如下結果：上限：1.8m到7.3m的土層按照排水條件考慮，海洋石油941號鉆井船在112.2MN（11436t）的單樁最大預壓載下樁腳尖部的入泥深度為4.7m；下限：1.8m到7.3m的土層按照不排水條件考慮，海洋石油941號鉆井船在112.2MN（11436t）的單樁最大預壓載下樁腳尖部的入泥深度為9.5m。實際的插樁結果為：三個樁腿的入泥深度分別為9.0m、5.1m和9.5m，與計算的結果較吻合（如圖4.2）。

5 結語

在鉆井船插樁入泥深度分析中，最主要的兩個步驟為土質參數的確定以及承載力分析方法的選擇，對于粘性土和粒狀土組成的迭層土或互層土，土的破壞模型還與鉆井船樁靴的壓載速率有關，鉆井船采取多級低增量緩慢壓載時，迭層土破壞模式表現為排水性質；鉆井船采取多增量快速壓載時，迭層土破壞模式表現為不排水性質。文中通過CPT測試得出的粘性土的不排水抗剪強度、靈敏度、超固結比和砂土的相對密實度以及土的包含物的確定給出了該井場土質的設計參數。采用Skemptom公式，通過TehKL方法較為準確的預測了海洋石油941號鉆井船的插樁入泥深度。

參考文獻：

[1]陳培雄，劉奎，等.靜力觸探技術在東海陸架工程勘察中的應用研究.海洋學研究，2011（4）.

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