专利名称：一种自升式平台桩靴底部吸附力试验架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自升式钻井平台的试验设备，尤其涉及一种自升式平台桩靴底部吸附力试验架。
背景技术：
自升式钻井平台是海洋石油开发的重要设备之一。在自升式钻井平台作业过程中，平台插桩过深，桩靴底部土体长时间固结，容易导致平台拔桩困难，给平台造成不菲的经济损失，甚至是平台事故。为尽可能避免这种情况，需要合理地评估平台的拔桩阻力，进而选择适合的平台，这对于保证平台安全至关重要。研究表明，对于持力层为粘土层的情况，即拔桩困难频发的情况，桩靴底部的吸附力可能占到拔桩阻力的1/2以上。吸附力的准确计算于平台拔桩阻力的确切评估至关重要。但由于影响拔桩阻力的因素较多，包括桩靴上部土体的重力、土体剪切阻力等，给吸附力的研究带来了不便，以至相关规范中尚没有关于吸附力以及平台拔桩阻力的计算方法。为尽可能地减小拔桩阻力，工程中目前普遍采用冲桩的方式。然而，对于冲桩的作用机理，冲桩效果等，由于存在着复杂且众多的影响因素，也长期缺乏相关研究。因此，设计并制造专门的实验装置，针对自升式钻井平台桩靴基础吸附力、拔桩阻力及冲桩效果评估过程中所遇到的问题进行相关研究，对于避免拔桩困难的尴尬甚至是平台事故、避免不必要的经济损失、确保平台安全意义重大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是需要克服现有技术单独研究桩靴底部吸附力对拔桩阻力的影响有失片面的不足。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了自升式平台桩靴底部吸附力试验架， 包括框架、箱体(7)、杆(11)、桩靴模型(3)、筒体(5)、力传感器(8)、位移传感器(9)、孔隙水压计(1)、土压力盒(2)、箱盖(12)、至少两根升降杆对、固定板25以及螺杆33，其中所述箱体(7)固定连接在所述框架内部，所述筒体(5)位于所述箱体(7)的内部， 所述桩靴模型(3)位于所述筒体(5)的内部并连接在所述筒体(5)的底端；所述杆(11)的第一端固定连接在所述桩靴模型(3)上，第二端穿出所述筒体(5) 的顶端，且穿出所述筒体(5)的部分安装有所述力传感器(8)及位移传感器(9)；所述筒体(5)的上部通过所述螺杆(33)固定连接在所述杆(11)上；所述至少两根升降杆(24)位于所述框架中且连接在所述框架上，固定连接所述箱盖(12)；所述箱盖(12)盖在所述固定板(25)的上方，下表面固定连接所述杆(11)的第二端；所述孔隙水压计(1)及土压力盒(2)位于所述箱体(7)中。优选地，所述框架包括底座(21)以及通过支撑板(23)连接至少两根支撑立柱
3(22)；其中，所述至少两根升降杆(24)穿过所述支撑板(23)。优选地，所述桩靴模型(3)通过螺纹连接在所述筒体(5)的底端。优选地，所述筒体(5)为有机玻璃材质。优选地，所述杆(11)与所述桩靴模型(3)的连接部位内部，设置有所述孔隙水压计(1)。优选地，所述箱盖(12)上表面固定连接加载机构(26)。优选地，所述桩靴模型(3)上有冲桩孔(31)，所述冲桩孔(31)的底部设置有透水石(32)。 优选地，该试验架还包括从所述筒体(5 )的顶端穿入所述筒体(5 )连接在桩靴模型(3 )上的水管，所述水管 (4)与所述冲桩孔 (31)相配合。鉴于现有技术中尚没有可用于模拟自升式钻井平台冲桩和拔桩过程的实验设备， 本实用新型提出了一种适用于模拟桩靴底部吸附力的试验架，用于模拟平台拔桩时吸附力所产生的影响，分析冲桩对吸附力的消除效果，克服了现有技术单独研究桩靴底部吸附力对拔桩阻力的影响有失片面的不足。本实用新型的实施例可以单独研究拔桩时吸附力的作用大小，避免上部土重、土体破坏剪切力的影响。
图1是本实用新型实施例的结构示意图。图2是图1所示实施例中桩靴模型3处的局部放大图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。图1为本实用新型实施例的结构示意图，图2是图1所示实施例的桩靴模型的局部放大图。如图1所示，本实用新型实施例的试验架主要包括底座21、箱体7、杆11、桩靴模型3、筒体5、力传感器8、位移传感器9、孔隙水压计1、土压力盒2、箱盖12、支撑立柱22、支撑板23、升降杆M、固定板25以及螺杆33，其中底座21和箱体7固定连接在一起。底座21上设置有三根支撑立柱22，支撑立柱 22通过支撑板23固定连接，与底座21成为框架。支撑板23中穿过三根升降杆M，升降杆 24的上部通过固定板25相连。箱盖12盖在固定板25的上方且固定链接在升降杆M上。 箱盖12的上表面固定连接加载机构沈(如液压缸)，箱盖12受压于加载机构沈从上方所施加的向下的压力。在其他实施例中，支撑立柱的数量也可以是两根，也可以是四根或者其他数量。同样的，升降杆的数量也可以是两根，四根或者其他数量。如图1所示，箱体7中从下到上依次填有砂土 27和红粘土观，在砂土 27和红粘土 28中放置有孔隙水压计1和土压力盒2，上方的红粘土 28中还放置有筒体5。桩靴模型3位于筒体5的内部，通过螺纹等固定连接方式连接在筒体5的底端。杆11的第一端固定连接在桩靴模型3上，第二端穿出筒体5的顶端固定连接在箱盖12的下表面。筒体5的上部还通过螺杆33固定连接在杆11上。其中，杆11与桩靴模型3的连接部位，内部还设置有孔隙水压计1。本实施例中，筒体5为有机玻璃材质，在保证筒体5强度的同时，方便观察实验过程。 筒体5连同桩靴模型3及杆11可一起置于箱体7的红粘土观中，筒体5的顶端冒出红粘土观。杆11在穿出筒体5顶端的部分，安装有力传感器8和位移传感器9。位移传感器9用于记录拔桩过程中桩靴模型3的上拔位移，进而可以获得拔桩阻力(也即吸附力) 与上拔位移之间的对应关系。在试验应用时，可按设计要求配置好砂土 27和红粘土观，通过离心机加载方式或自然沉积方式等方式，使桩靴模型3沉没于红粘土观中一定深度，并在桩靴模型3周围布置好土压力盒2和孔隙水压力计1，其中的孔隙水压力计1用于测量拔桩过程中桩基土中的孔隙压力。红粘土 28的上方，还可盛装水四。通过加载机构沈在桩靴模型3上保持一定压力，静置或按预定方式调整加载压力，等待红粘土观固结。在等待红粘土观固结的过程中，利用孔隙水压计1测量孔隙水压力值，利用土压力盒2测量土压力值，并根据测量结果得到插入桩靴模型3后产生的超孔隙水压力以及固结消散规律信息。红粘土观固结完成后，逐渐增大加载机构沈的上拉力，利用孔隙水压计1获得并记录桩靴模型3周围孔隙水压力值，同时记录力传感器8的测量值，得出拔桩过程中桩靴模型底部的吸附力。在本实用新型的实施例中，还可以包括水管。水管从箱体7的外部穿入箱盖12，并从筒体5的顶端穿入筒体5连接在桩靴模型3上。如图2所示，桩靴模型3上有与水管相配合的冲桩孔31。冲桩孔31的底部设置有透水石32，防止对桩靴模型3加压以及红粘土 28固结时，红粘土 28挤入冲桩孔31中，同时又便于水管中的水能流入到红粘土观中。通过水管可以向桩靴模型3的底部注水。在试验应用时，在红粘土观固结完成后，逐渐增大液压缸的上拉力时，通过水管向桩靴模型3的底部充水，同时记录力传感器8、孔隙水压力计1、充水的压力(压力表测量)和排量(流量计测量)等测量值，根据这些测量值获得冲桩对吸附力的消除效果。本实用新型的实施例可以模拟平台的冲桩、拔桩的各个过程，桩靴模型上的筒体能消除拔桩时桩靴上部土体重力、土体剪切阻力等影响，可用于研究拔桩时吸附力的影响。 本实用新型的实施例还能连接水管，可用于研究冲桩对吸附力的消除效果。本实用新型的结构简单易造，制造成本较低。虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求1.一种自升式平台桩靴底部吸附力试验架，其特征在于，包括框架、箱体(7)、杆(11)、 桩靴模型(3)、筒体(5)、力传感器(8)、位移传感器(9)、孔隙水压计(1)、土压力盒(2)、箱盖(12)、至少两根升降杆(24)、固定板(25)以及螺杆(33)，其中所述箱体(7 )固定连接在所述框架内部，所述筒体(5 )位于所述箱体(7 )的内部，所述桩靴模型(3)位于所述筒体(5)的内部并连接在所述筒体(5)的底端；所述杆(11)的第一端固定连接在所述桩靴模型(3)上，第二端穿出所述筒体(5)的顶端，且穿出所述筒体(5)的部分安装有所述力传感器(8)及位移传感器(9)； 所述筒体(5)的上部通过所述螺杆(33)固定连接在所述杆(11)上； 所述至少两根升降杆(24)位于所述框架中且连接在所述框架上，固定连接所述箱盖 (12)；所述箱盖(12)盖在所述固定板(25)的上方，下表面固定连接所述杆(11)的第二端； 所述孔隙水压计(1)及土压力盒(2)位于所述箱体(7)中。
2.根据权利要求1所述的试验架，其特征在于所述框架包括底座(21)以及通过支撑板(23)连接至少两根支撑立柱(22)； 其中，所述至少两根升降杆(24 )穿过所述支撑板(23 )。
3.根据权利要求1所述的试验架，其特征在于 所述桩靴模型(3)通过螺纹连接在所述筒体(5)的底端。
4.根据权利要求1所述的试验架，其特征在于 所述筒体(5)为有机玻璃材质。
5.根据权利要求1所述的试验架，其特征在于所述杆(11)与所述桩靴模型(3)的连接部位内部，设置有所述孔隙水压计(1)。
6.根据权利要求1所述的试验架，其特征在于 所述箱盖(12 )上表面固定连接加载机构(26 )。
7.根据权利要求1所述的试验架，其特征在于所述桩靴模型(3)上有冲桩孔(31)，所述冲桩孔(31)的底部设置有透水石(32)。
8.根据权利要求7所述的试验架，其特征在于，该试验架还包括从所述筒体(5)的顶端穿入所述筒体(5)连接在桩靴模型(3)上的水管，所述水管(4) 与所述冲桩孔(31)相配合。
专利摘要本实用新型公开了一种自升式平台桩靴底部吸附力试验架，克服现有技术单独研究桩靴底部吸附力对拔桩阻力的影响有失片面的不足，该试验架包括箱体固定连接在框架内部，筒体位于箱体的内部，桩靴模型位于筒体的内部并连接在筒体的底端；杆的第一端固定连接在桩靴模型上，第二端穿出筒体的顶端，且穿出筒体的部分安装有力传感器及位移传感器；筒体的上部通过螺杆固定连接在杆上；至少两根升降杆位于框架中且连接在框架上，固定连接箱盖；箱盖盖在固定板的上方，下表面固定连接杆的第二端；孔隙水压计及土压力盒位于箱体中。本实用新型克服了现有技术单独研究桩靴底部吸附力对拔桩阻力的影响有失片面的不足。
文档编号G01L5/00GK202216789SQ20112031295
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者宋林松, 戴兵, 李昌亮, 段梦兰, 王冬石, 王建军, 王飞, 胡知辉, 赵军, 赵天奉, 黎剑波 申请人:中国石油大学(北京), 中海油田服务股份有限公司