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(duì)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(duì)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

　　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(jiǎn)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[2]。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)[3-4]。

　　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[5]。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(duì)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(guó)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[6]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[7-8]，即能夠處于相對(duì)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(duì)防沉板極限承載力的計(jì)算主要考慮以下3種情況。

　　式中，qu為基礎(chǔ)破壞時(shí)的土體單位面積極限承載力(kPa)，Su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B/2深度內(nèi)，D為基礎(chǔ)的埋深(m)，B為基礎(chǔ)的寬度(m)，L為基礎(chǔ)長(zhǎng)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。

　　qu =(30.00+3.13B)×(1+0.2B/L) B≤4.8m (7)

　　qu =(36.83+1.70B)×(1+0.2B/L) B>4.8m (8)

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

　　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。

　　qu =109.76×B(1-0.4B/L) (9)

　　其中，qu為基礎(chǔ)破壞時(shí)的土體單位面積極限承載力(kPa)，B為沉板寬度或直徑(m)，L為防沉板長(zhǎng)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7.6×106N，某B平臺(tái)防沉板的極限承載力為43.9×106N，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(duì)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(cè)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(duì)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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