一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置，其包括试验土池，所述试验土池设置在所述加载和支撑装置下方，所述测量及冲桩系统和桩靴模型都设置在所述加载和支撑装置上；所述加载和支撑装置包括设置在地面上的水平导轨，以及滑动设置在所述水平导轨上的支撑架；所述水平导轨沿所述试验土池两侧的长度方向设置；所述支撑架由支撑柱及支撑横梁构成，相邻两根所述支撑柱之间都设置有所述支撑横梁，且所述支撑横梁位于所述支撑柱顶部。本实用新型专利技术采用分级压载的试验方法研究均质软黏土地层上压载速度对于地基承载力的影响以及冲桩对于降低地基承载力的作用，并通过与实际工况对比，验证了该实验系统及方法有效可靠。

A test device for grading ballast puncture in large pile boots self elevating platform clay

The utility model relates to a graded ballast puncture test device for clay of a large pile boot jack-up platform, which comprises a test soil pool, which is arranged under the loading and supporting device, and the measuring and punching pile system and the pile boot model are arranged on the loading and supporting device; and the loading and supporting device package. The horizontal guide rail is arranged on the ground and the support frame is sliding on the horizontal guide rail; the horizontal guide rail is arranged along the length direction on both sides of the test soil pool; the support frame is composed of the support column and the support beam, and the support beam is arranged between the adjacent two support columns, and the support is provided. The crossbeam is located at the top of the supporting column. The utility model adopts the graded ballast test method to study the influence of the ballast velocity on the bearing capacity of the foundation in homogeneous soft clay layer and the effect of punching piles on reducing the bearing capacity of the foundation. Compared with the actual working conditions, the experimental system and method are proved to be effective and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置
本技术涉及一种海上石油钻井作业中压载穿刺试验装置，特别是关于一种自升式钻井平台在压载过程中的大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置。
技术介绍
为了获得更大的地基承载力，减少自升式平台在某些软黏土海床区域插桩的入泥深度，提高作业适应性，某些新型自升式平台使用了大桩靴的设计。自升式钻井平台插桩的历史经验显示，穿刺仅发生在遇到上硬下软地层的情况。但是，随着海洋石油钻井作业区域的扩展，自升式钻井平台在某些无明显上硬下软地层的均质黏土海床上进行插桩压载时也会发生穿刺。国外对非连续压载过程进行了一定程度的研究，但相关结论的普遍适用性较差，更难以指导大桩靴的工程实践。而针对大桩靴的穿刺研究，国内外均很少有研究涉及。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置，其研究大桩靴在软黏土层中压载过程中的承载力特性与加载速度之间的关系，得出穿刺现象的发生与压载载荷加载的快慢相关，且冲桩操作可降低穿刺现象发生的风险，对于自升式钻井平台在均质黏土层的海底上进行压载操作具有较强的指导意义。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置，其特征在于：该装置包括试验土池、加载和支撑装置、测量及冲桩系统和桩靴模型；所述试验土池设置在所述加载和支撑装置下方，所述测量及冲桩系统和桩靴模型都设置在所述加载和支撑装置上；所述加载和支撑装置包括设置在地面上的水平导轨，以及滑动设置在所述水平导轨上的支撑架；所述水平导轨沿所述试验土池两侧的长度方向设置；所述支撑架由支撑柱及支撑横梁构成，相邻两根所述支撑柱之间都设置有所述支撑横梁，且所述支撑横梁位于所述支撑柱顶部。进一步，所述测量及冲桩系统包括竖直滑动导轨、水箱支架、滚动轴承、水箱、压力传感器、位移传感器、孔压传感器和数据采集设备；每个所述支撑柱上部都设置有所述竖直滑动导轨，位于所述竖直滑动导轨之间滑动设置有所述水箱支架；在所述竖直滑动导轨顶部设置有所述滚动轴承；所述水箱设置在所述水箱支架上，且所述水箱位于所述试验土池上方，通过冲桩管线与所述桩靴模型连接；所述压力传感器、位移传感器和孔压传感器均设置在所述桩靴模型上，将采集到的信号传输至所述数据采集设备。进一步，所述测量及冲桩系统还包括剪切仪，用于测量所述试验土池内原位土抗剪强度数值。进一步，所述数据采集设备采用型号为DH5923的动态数据采集仪。进一步，所述水箱采用四个。进一步，所述水箱通过加载管道与水泵出口端连接，所述水泵入口端通过加载管道与设置在地面上的储水池连接；位于所述水泵入口端与所述储水池之间的加载管道上设置有流量计，位于所述水泵出口端设置有压力表。进一步，所述水泵采用利欧XQm型水泵。进一步，所述桩靴模型包括连接杆以及设置在所述连接杆底部的桩靴；所述连接杆顶部与所述水箱支架底部连接，在所述连接杆上设置有所述位移传感器和压力传感器；位于所述桩靴底部内圈间隔设置有冲桩孔，所述冲桩管线与所述冲桩孔连接，位于所述桩靴底部外圈间隔设置有所述孔压传感器。进一步，所述孔压传感器为4个，所述冲桩孔设置为6个。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本技术的分级压载试验模拟了现场插桩过程，符合工况。2、本技术采用分级压载的试验方法研究均质软黏土地层上压载速度对于地基承载力的影响以及冲桩对于降低地基承载力的作用，并通过与实际工况对比，验证了该实验系统及方法有效可靠。3、本技术针对新型大桩靴自升式钻井平台，研究大桩靴在软黏土层中压载过程中的承载力特性与加载速度之间的关系，得出穿刺现象的发生与压载载荷加载的快慢相关，而冲桩能够有效的降低地基极限承载力，在地基承载力较大或穿刺风险较高的地层可以采用冲桩的方式降低穿刺风险，对于自升式钻井平台在均质黏土层的海底上进行压载操作具有较强的指导意义。附图说明图1是本技术的整体结构示意图；图2是本技术的储水池及水泵结构示意图；图3是本技术的测量及冲桩系统俯视图；图4是本技术的桩靴模型结构示意图；图5是图4的俯视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。如图1所示，本技术提供一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置，其针对新型大桩靴式平台在均质软黏土海床情况下的研究；本技术包括试验土池1、加载和支撑装置2、测量及冲桩系统3和桩靴模型4。试验土池1设置在加载和支撑装置2下方，测量及冲桩系统3和桩靴模型4都设置在加载和支撑装置2上。加载和支撑装置2包括设置在地面上的水平导轨5，以及滑动设置在水平导轨5上的支撑架6。水平导轨5沿试验土池1两侧的长度方向设置。支撑架6由支撑柱及支撑横梁构成，相邻两根支撑柱之间都设置有支撑横梁，且支撑横梁位于支撑柱顶部，以有效保证支撑架6的稳固性。如图1、图3所示，测量及冲桩系统3包括竖直滑动导轨7、水箱支架8、滚动轴承9、水箱10、压力传感器11、位移传感器12、孔压传感器13和数据采集设备；数据采集设备可以采用已有设备。在加载和支撑装置2中每个支撑柱上部都设置有竖直滑动导轨7，位于竖直滑动导轨7之间滑动设置有水箱支架8；在竖直滑动导轨7顶部设置有滚动轴承9，在滚动轴承9与竖直滑动导轨7的配合下，带动水箱支架8沿竖直方向进行上下垂直移动。水箱10设置在水箱支架8上，且水箱10位于试验土池1上方，通过冲桩管线与桩靴模型4连接，用于向试验土池1内注水实现对试验土池1垂直方向的载荷加载。压力传感器11、位移传感器12和孔压传感器13均设置在桩靴模型4上，将采集到的信号传输至数据采集设备。上述实施例中，测量及冲桩系统3还包括剪切仪，用于测量试验土池1内的原位土抗剪强度，并将测量结果传输至数据采集设备。在本实施例中，剪切仪采用便携式十字板剪切仪。上述各实施例中，数据采集设备采用型号为DH5923的动态数据采集仪进行数据采集，该数据采集仪共有32个数据通道，采集速度快，抗干扰能力强。在一个优选的实施例中，水箱10采用四个，实现对试验土池1进行四次分级加载。上述各实施例中，如图2所示，水箱10通过加载管道与水泵14出口端连接，水泵14入口端通过加载管道与设置在地面上的储水池15连接。位于水泵14入口端与储水池15之间的加载管道上还设置有流量计16，位于水泵14出口端设置有压力表17，进而由水泵14控制冲桩流量并测量冲桩压力。在本实施例中，水泵14采用利欧XQm型水泵14，其排量范围为0～25L/min，扬程最大0.2MPa，额定功率0.125kW。如图1、图3～图5所示，桩靴模型4包括连接杆18以及设置在连接杆18底部的桩靴19。连接杆18顶部与水箱支架8底部连接，在滚动轴承9和竖直滑动导轨7的配合运动下，由水箱支架8带动连接杆18进行上下垂直运动；在连接杆18上设置有位移传感器12和压力传感器11。位于桩靴19底部内圈间隔设置有冲桩孔20，冲桩管线与冲桩孔20连接，实现在对桩靴19分级压载的冲桩过程中，冲桩水通过冲桩管线对桩靴19下面的土壤进行喷冲；位于桩靴19底部外圈间隔设置有孔压传感器13。在本实施例中，孔压传感器13优选为4个，冲桩孔20优选设置为6个。上述实施例中，桩靴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置，其特征在于：该装置包括试验土池、加载和支撑装置、测量及冲桩系统和桩靴模型；所述试验土池设置在所述加载和支撑装置下方，所述测量及冲桩系统和桩靴模型都设置在所述加载和支撑装置上；所述加载和支撑装置包括设置在地面上的水平导轨，以及滑动设置在所述水平导轨上的支撑架；所述水平导轨沿所述试验土池两侧的长度方向设置；所述支撑架由支撑柱及支撑横梁构成，相邻两根所述支撑柱之间都设置有所述支撑横梁，且所述支撑横梁位于所述支撑柱顶部。

【技术特征摘要】
1.一种大桩靴自升式平台黏土中分级压载穿刺试验装置，其特征在于：该装置包括试验土池、加载和支撑装置、测量及冲桩系统和桩靴模型；所述试验土池设置在所述加载和支撑装置下方，所述测量及冲桩系统和桩靴模型都设置在所述加载和支撑装置上；所述加载和支撑装置包括设置在地面上的水平导轨，以及滑动设置在所述水平导轨上的支撑架；所述水平导轨沿所述试验土池两侧的长度方向设置；所述支撑架由支撑柱及支撑横梁构成，相邻两根所述支撑柱之间都设置有所述支撑横梁，且所述支撑横梁位于所述支撑柱顶部。2.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述测量及冲桩系统包括竖直滑动导轨、水箱支架、滚动轴承、水箱、压力传感器、位移传感器、孔压传感器和数据采集设备；每个所述支撑柱上部都设置有所述竖直滑动导轨，位于所述竖直滑动导轨之间滑动设置有所述水箱支架；在所述竖直滑动导轨顶部设置有所述滚动轴承；所述水箱设置在所述水箱支架上，且所述水箱位于所述试验土池上方，通过冲桩管线与所述桩靴模型连接；所述压力传感器、位移传感器和孔压传感器均设置在所述桩靴模型上，将采集到的信号传输至所述数据采集设...

【专利技术属性】
技术研发人员：段梦兰，谭瑞龙，袁烨，黎剑波，徐文祥，杨季理，张成良，陈冲，王飞，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11