渤海某油田防沉板極限承載力計(jì)算

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2112-5042-3486

摘 要：防沉板是樁基式平臺(tái)導(dǎo)管架部分重要的組成部件，在導(dǎo)管架坐底過程中，防沉板對導(dǎo)管架安裝過程中的穩(wěn)定性起至關(guān)重要的作用，因此，準(zhǔn)確計(jì)算防沉板在海底面的極限承載力也就顯得尤為重要。該文將多種理論公式、API規(guī)范等進(jìn)行總結(jié)并闡述應(yīng)用條件，以渤海某油田為例，計(jì)算了在實(shí)際工況下防沉板基礎(chǔ)的極限承載力，對設(shè)計(jì)和施工提供一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：水下生產(chǎn)系統(tǒng) ?防沉板基礎(chǔ) ?導(dǎo)管架平臺(tái) ?極限承載力

中圖分類號(hào)：TE95???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??文章編號(hào)：1672-3791（2022）04（b）-0000-00

Calculation on the Ultimate Bearing Capacity of Subsea Mudmat in An Oilfield of Bohai Sea

WANG Hugang

（China Oilfield Services Limited，?Tianjin 300459，?China ）

Abstract：?The?subsea mudmat is an important component of the jacket platform.?It plays an important role in the stability of jacket installation during the process of jacket setting， Therefore， it is particularly important to calculate the ultimate bearing capacity of subsea mudmat on the seabed surface accurately. In this paper， a variety of theoretical formulas and API specifications are summarized and the application conditions are described. Based on an oilfield in Bohai Sea， the ultimate bearing capacity of subsea mudmat foundation under the actual working condition is calculated， which provides certain guidance for design and construction

Key Words：?The subsea production system;?The subsea mudmat foundation;?Jacket?platform; Ultimate bearing capacity

常見的水下生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)形式有防沉板、樁基礎(chǔ)以及吸力樁3種。防沉板基礎(chǔ)以其結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、性能可靠和安裝方便的特點(diǎn)，被廣泛用作水下生產(chǎn)系統(tǒng)各設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在近海導(dǎo)管架平臺(tái)的建設(shè)中防沉板通常作為臨時(shí)性的支撐結(jié)構(gòu)用于輔助導(dǎo)管架平臺(tái)的安裝，且能有效防止導(dǎo)管架在安裝過程中發(fā)生不均勻沉降。而在深海油氣資源的開發(fā)中，鋼制的防沉板承擔(dān)著水下生產(chǎn)系統(tǒng)各個(gè)組塊（如水下井口、管匯節(jié)點(diǎn)、管匯終端等）的荷載并將其遞傳到地基當(dāng)中，屬于永久性支撐結(jié)構(gòu)，是水下生產(chǎn)系統(tǒng)各組塊的基礎(chǔ)。

防沉板基礎(chǔ)按其形狀可分為矩形基礎(chǔ)、方形基礎(chǔ)、圓形基礎(chǔ)、六邊形基礎(chǔ)和格柵基礎(chǔ)等，這些基礎(chǔ)均可根據(jù)需要設(shè)置裙板和開孔。六邊形基礎(chǔ)與格柵基礎(chǔ)目前僅限于研究當(dāng)中，矩形、方形和圓形基礎(chǔ)在實(shí)際工程中比較常用。

防沉板極限承載力早期計(jì)算主要借鑒了Pramdtl、Skemption、Meyerhof、Hansen、Davis和Booker等對淺基礎(chǔ)承載力研究的半經(jīng)驗(yàn)半理論方法，通過修正系數(shù)實(shí)現(xiàn)不同條件下防沉板基礎(chǔ)承載力的計(jì)算，美國石油協(xié)會(huì)在這些理論方法的基礎(chǔ)上將其收入API RP 2A及API RP 2GEO行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范。

該文結(jié)合相關(guān)理論方法、API規(guī)范和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)防沉板極限承載力計(jì)算的相關(guān)方法，并將其應(yīng)用于渤海某油田實(shí)際工程計(jì)算中。

1 ?理論方法

防沉板基礎(chǔ)埋深一般小于其橫向最小尺寸，通常被認(rèn)為是一種淺基礎(chǔ)。在防沉板設(shè)計(jì)時(shí)必須保證下部土體能夠承受防沉板及上部結(jié)構(gòu)的荷載而不發(fā)生破壞或沉降，即能夠處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

影響防沉板極限承載力的因素有很多，除了土體的性質(zhì)以外，還與防沉板的形狀、尺寸、所受荷載、埋深、基礎(chǔ)傾斜、海床表面傾斜等有關(guān)。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式和API規(guī)范，通常對防沉板極限承載力的計(jì)算主要考慮以下3種情況。

式中，為基礎(chǔ)破壞時(shí)的土體單位面積極限承載力（kPa），為土地平均不排水抗剪強(qiáng)度（kPa），實(shí)際應(yīng)用中一般平均到基礎(chǔ)底面以下/2深度內(nèi)，為基礎(chǔ)的埋深（m），為基礎(chǔ)的寬度（m），為基礎(chǔ)長度。

2??應(yīng)用實(shí)例

2.1A平臺(tái)

根據(jù)渤海某A平臺(tái)工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，海底表層土質(zhì)參數(shù)如表1所示。按照上文中提出的方法，當(dāng)防沉板放置在海底泥面處時(shí)，防沉板單位極限承載力可由下列公式表示。

=（30.00+3.13）×（1+0.2/） ≤4.8m ???????????????????（7）

=（36.83+1.70）×（1+0.2/） >4.8m ??????????????????（8）

其中，為基礎(chǔ)破壞時(shí)的土體單位面積極限承載力（kPa），為防沉板寬度或直徑（m），為防沉板長度（m）。公式（7）采用的是Skempton方法，公式（8）采用的是Davis&Booker方法。對于三角形防沉板來說，為三角形的最小高，為三角形的最長邊。對于矩形防沉板，和為長短邊長。

2.2B平臺(tái)

根據(jù)渤海某B平臺(tái)工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，海底表層土質(zhì)參數(shù)如表2所示。按照上文中提出的方法，當(dāng)防沉板放置在海底泥面處時(shí)，防沉板單位極限承載力可由下列公式表示。

=109.76×（1-0.4/） ????????????????????????????????????????（9）

其中，為基礎(chǔ)破壞時(shí)的土體單位面積極限承載力（kPa），為沉板寬度或直徑（m），為防沉板長度（m）

3 ?結(jié)??論

（1）該文中總結(jié)了3種不同海底土質(zhì)條件下，防沉板極限承載力的計(jì)算公式及參數(shù)的選取。并結(jié)合實(shí)際工況條件，計(jì)算得到渤海某A平臺(tái)防沉板的極限承載力為7.6×10N，某B平臺(tái)防沉板的極限承載力為43.9×10N，可為設(shè)計(jì)施工提供一定的指導(dǎo)作用。

（2）該文中公式是基于基礎(chǔ)靜荷載條件下考慮的，快速的基礎(chǔ)安裝可能會(huì)引起較大的沉降。

（3）在根據(jù)文中公式選擇防沉板的尺寸時(shí)，建議至少考慮 2.0 的安全系數(shù)。

（4）海底泥面0～2m的土質(zhì)對防沉板極限承載力計(jì)算及防沉板設(shè)計(jì)非常重要，因此，工程地質(zhì)勘察應(yīng)高度重視海底表層取樣或原位測試的質(zhì)量及可靠性。

（5）在海洋工程勘察中，防沉板基礎(chǔ)極限承載力對后期工程的影響是不容忽視的，應(yīng)根據(jù)建設(shè)工程的需要、地基的復(fù)雜程度等綜合多種方法確定給出合理的極限承載力。

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作者簡介：王虎剛（1986—），男，本科，工程師，主要從事海洋工程地質(zhì)方面研究。