[发明专利]一种打桩锤与隔水导管匹配优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上石油勘探技术，特别是关于一种应用于海上石油勘探开 发过程中的打桩锤与隔水导管匹配优化设计方法。

背景技术

目前，对于锤入法打桩而言，海上常规的做法基本上都是参考以往的作业经 验选择打桩锤型号。在打桩的过程中打桩锤自始至终按照相同的锤击方式对隔水 导管进行锤击，即每击打一锤作用在隔水导管上的能量及锤落距都是相同的。但 是，这种锤击方式在现场施工中存在一定的缺点：对于上部浅层土壤时，隔水导 管贯入度比较大，这时如果以较大的能量作用在隔水导管上，可以很大程度的提 高作业效率。随着入泥深度的增大，隔水导管的贯入度会逐渐减小，此时如果还 是利用与上部土层相同的能量锤击隔水导管，就可能引起隔水导管的损坏，难以 保证隔水导管的承载能力，从而给海上施工带来风险。因此，如何选择最优的打 桩锤型号及确定最优的锤落距成为海上石油勘探开发技术中的一个亟待解决的问 题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能保证隔水导管不受损坏的打桩锤 与隔水导管匹配优化设计方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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；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。

在执行步骤2)时，其包括以下步骤：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：P_a＝Q_f+Q_p＝f·A_s+q_u·A_p，式中，P_a为隔水导管 所插入深度位置所对应的海底土极限承载力；Q_f为隔水导管桩侧壁摩阻力；Q_p为 隔水导管桩端阻力；A_s为隔水导管桩侧壁表面积；A_p为隔水导管横截面积；f为 隔水导管桩侧壁单位摩擦力；q_u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、 锤落距和锤帽重量等参数；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=nAQHKPa(KPa+nA)·Q+0.2qQ+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E_max选定最优打 桩锤型号。