1.3自升式海洋平台桩靴简介

1.3.1桩靴功能简介

自升式海洋平台可以通过桩腿的支撑使整个平台主体离开海面，免受海浪和海流的干扰，从而使其工作环境相对安逸，这也是自升式平台区别于其它海洋平台的地方。自升式海洋平台由于诸多优点得到广泛应用，在世界四种常用活动式平台中，它的数量占总数的三分之二以上[2]。自升式平台从结构上来说由平台结构、桩腿结构和桩靴结构组成。当自升式平台的作业水生超过50米时，则必须有桩靴结构。它是自升式海洋平台不可缺少的一部分，它主要负责承受整个平台主体的重量，确保桩腿牢固的嵌入海床，所以桩靴结构的强度和可靠性对于维持整个自升式平台的结构的稳定性起着至关重要的作用。由于自升式平台为钢结构，其自重十分庞大，需要装备桩靴来降低插桩时撞腿的入泥深度，便于维持海洋平台的稳性同时又降低插拔桩的难度。桩靴的结构的合理性和强度对于整个自升式平台的稳定性非常重要，尤其是在插桩和平台抬升的过程中，桩靴能确保整个自升式平台安全平稳的立在海床上，避免造成桩腿的倾斜而导致的桩腿的破坏，并能确保桩腿准确的插入至海底的持力层，以此确保整个平台主体能够稳定的进行钻井工作或者其余工作的展开，更能确保平台在风暴的情况下不至倾覆。故桩靴的结构的合理性和实用性以及它的结构强度，将直接影响到整个自升式平台的安全及性能。[3]

1.3.2国内外研究现状

自升式海洋平台无论是在何种工况之下都会受到各种环境载荷的干扰，所以在自升式平台建造和设计的时候，为了能确保平台在各种工况下都能平稳的进行各种作业，就必须要将所有的环境载荷考虑在内，以及自升式海洋平台自身的结构强度。在进行强度校核的时候，由于自升式海洋平台是结构复杂而且体积庞大的海洋结构物，若是采用结构分析法，那么分析计算的过程将非常繁琐。而有限元分析法的运用很好地解决了这一问题，在有限元软件内对平台进行建模，然后模拟工况来施加各类载荷，可准确且便捷对平台进行结构强度的校核。[15]

国内外关于自升式海洋平台的研究方向有很多，但是可以大致分为三类：对自升式平台的环境载荷研究，对自升式平台的结构-桩-土互相作用的问题研究、对自升式平台的桩靴性能研究。本文将主要针对自升式平台的桩靴展开研究，为某Liftboat自升式平台设计桩靴。国内外对桩靴的性能研究主要可以分为以下几个方向：桩靴的承载力的研究、桩靴的穿刺现象研究、桩靴拔桩问题研究等。[15]自升式海洋平台的桩靴在预压载工况的时候则会有非常明显的贯入海都土层的过程，在此工况下就要主要考虑它在这一深度的时候最大的平均承载能力。对于桩靴的最大平均承载力的计算国际上也有非常多的计算方法，且海洋平台审计规范也对桩靴的最大平均承载力的计算编辑了一系列的规定，所有方法中最简单的方法就是先估算出作用于桩腿的最大载荷，以最大载荷除以桩靴的水平投影面积来求得最大平均承载力。自升式平台桩靴周围的土体有时会出现回流现象，它会导致桩靴在竖直方向的承载力变弱，还会造成桩靴底部产生吸力。可以运用有限元软件来对桩靴周围孔穴的形成的过程进行模拟分析，以此来研究土体失效的机制。桩靴的穿刺现象换言之就是桩靴快速入泥，这种现象通常发生于较为坚硬的土质下方存在较为软的土层的时候，很多文献都对其作出了详细的分析，桩靴持力层的承载力的计算方法也非常多，比如有平均强度参数法、有限元分析法和极限分析法以及更多的方法。自升式海洋平台在一个工作地点往另一个地点转移的时候有可能遇到拔桩受阻的难题，很多的研究数据都表明桩靴的最大拔桩力与很多因素都有很大的关系，例如桩靴周围土质特征、桩靴的几何形状以及桩靴贯入土层的深浅。[15]