一种模拟自升式钻井平台插桩时桩腿土压力的测量装置

摘要

本发明涉及的一种模拟自升式钻井平台插桩时桩腿土压力的测量装置，其特征在于：它包括多个水平土压力计固定单元、多个竖直土压力计固定单元、多个土压力计和一数据采集处理系统；每一水平土压力计固定单元均包括两竖直间隔设置的第一固定杆，在两第一固定杆之间间隔均匀的设置有多个水平布置的第一固定环；在每一第一固定环内均可拆卸地连接一土压力计；每一竖直土压力计固定单元均包括两竖直间隔设置的第二固定杆，在两第二固定杆之间间隔均匀的设置有多个竖直布置的第二固定环；在每一第二固定环内均可拆卸地连接另一土压力计；数据采集处理系统与土压力计电连接，用于测量和检测插桩过程中桩腿周围土压力的数据。本发明结构简单，操作方便，可实现在浅海等复杂施工条件下的使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种力学测量装置，特别是关于一种模拟自升式钻井平台插桩时桩腿 土压力的测量装置。

背景技术

自升式钻井平台由于定位能力强、作业稳定性好，是浅海海洋油气田勘探开发最 主要的钻完井设备之一。由于浅海海底土层土质情况比较复杂，海底土的承载力计算 比较困难，因此导致自升式钻井平台升船就位时存在穿刺和滑移的风险。另外，自升 式钻井平台三个桩腿之间的群桩效应影响也是造成插桩事故的主要原因之一。因此为 了弄清自升式钻井平台插桩时，桩腿与海底土之间的作用机理，以及准确建立海底土 承载力的计算模型，就需要模拟自升式钻井平台插桩时桩腿周围土压力的力学测量实 验。实验中需要对在自升式钻井平台桩腿插入过程中，桩腿对周围土体径向土压力、 切向土压力和垂向土压力进行测量，然后计算出三个土压力之和，即为桩腿对周围土 体的总土压力的影响大小和方向。而现有的桩腿周围土压力的测量装置由于没有土压 力计固定装置，因此不能将土压力计在土体中进行准确定位，而且由于没有固定装置， 埋入土中的土压力计不能取出进行重复利用，不仅造成了海洋环境的污染而且增加了 检测成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确测量桩腿周围径向、切向和垂 向土压力的模拟自升式钻井平台插桩时桩腿土压力的测量装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种模拟自升式钻井平台插桩时桩 腿土压力的测量装置，其特征在于：它包括多个水平土压力计固定单元、多个竖直土 压力计固定单元、多个土压力计和一数据采集处理系统；每一所述水平土压力计固定 单元均包括两竖直间隔设置的第一固定杆，在两所述第一固定杆之间等间隔设置有多 个水平布置的第一固定环；在每一所述第一固定环内均可拆卸地连接一测量插桩时桩 腿周围垂向土压力的所述土压力计；每一所述竖直土压力计固定单元均包括两竖直间 隔设置的第二固定杆，在两所述第二固定杆之间等间隔设置有多个竖直布置的第二固 定环；在每一所述第二固定环内均可拆卸地连接另一测量插桩时所述桩腿周围径向土 压力和切向土压力的所述土压力计；所述数据采集处理系统与各所述土压力计电连接， 用于测量和检测插桩过程中所述桩腿周围土压力的数据。

包括至少六组由一个所述水平土压力计固定单元和两个所述竖直土压力计固定单 元构成的土压力计固定装置组。

所述第一固定环和所述第二固定环上均开设有多个螺纹孔，所述土压力计通过螺 合在所属螺纹孔中的螺栓固定在所述第一固定环和所述第二固定环内。

所述土压力计的量程为0.6MPa，直径为10cm,厚度为2.5cm。

所述第一固定环和所述第二固定环的内径比所述土压力计的直径大0.5～1cm；所 述第一固定环和所述第二固定环的厚度比所述土压力计的厚度小0.5cm。

当所述土压力计固定装置为六组时，各组所述土压力计固定装置分别布置在所述 桩腿外围的0.5、1、1.5、2、3和4倍距离处，且所述桩腿的每个径向方向上只埋设 一个所述水平土压力计固定单元或一个所述竖直土压力计固定单元。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于将土压力计固定 在水平土压力计固定单元和竖直土压力计固定单元上，因此可以精确定位土压力计的 埋入位置，提高了测量的准确性，并且实现了土压力计的重复利用。2、本发明由于将 固定环水平布置在水平土压力计固定单元的两固定杆上，因此可以测量插桩时桩腿周 围垂向土压力的数据。3、本发明由于将固定环竖直布置在竖直土压力计固定单元的两 固定杆上，因此可以测量插桩时桩腿周围径向土压力和切向土压力的数据。4、本发明 的每组水平土压力计固定单元和竖直土压力计固定单元由于分别布置在桩腿的外围 0.5、1、1.5、2、3和4倍距离处，且桩腿的每个径向方向上只埋设一个水平土压力计 固定单元或一个竖直土压力计固定单元，因此有效消除了各土压力计之间的相互影响， 提高了测量的准确性。5、本发明结构简单，操作方便，实用性强，可实现在浅海等复 杂施工条件下的使用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的水平土压力计固定单元的结构示意图；

图3是本发明的竖直土压力计固定单元的结构示意图；

图4是本发明的固定环的结构示意图；

图5是本发明的土压力计固定装置的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括多个水平土压力计固定单元1、多个竖直土压力计固定 单元2、多个土压力计3和一数据采集处理系统4。

如图2所示，每一水平土压力计固定单元1均包括两竖直间隔设置的固定杆11， 在两固定杆11之间等间隔焊接有多个水平布置的固定环5。在每一固定环5内均可拆 卸地连接一土压力计3，用于测量插桩时桩腿6周围垂向土压力的数据。

如图3所示，每一竖直土压力计固定单元2均包括两竖直间隔设置的固定杆21， 在两固定杆21之间等间隔焊接有多个竖直布置的固定环5。在每一固定环5内均可拆 卸地连接一土压力计3，用于测量插桩时桩腿6周围径向土压力和切向土压力的数据。

数据采集处理系统4与各土压力计3电连接，用于测量和检测插桩过程中桩腿6 周围土压力的数据。

上述实施例中，如图4所示，固定环5上开设有多个螺纹孔7，土压力计3通过螺合 在螺纹孔7中的螺栓8固定在固定环5内。

上述实施例中，土压力计3在土体中的埋设深度根据两个相邻的固定环5之间的距 离来确定。

上述实施例中，土压力计3的量程为0.6MPa，直径为10cm,厚度为2.5cm。可满 足0至20米深度内径向、切向和垂向土压力的测量。

上述实施例中，固定环5的内径比土压力计3的直径大0.5～1cm，固定环5的厚 度比土压力计3的厚度小0.5cm。

上述实施例中，在桩腿6的外围至少布置6组由水平土压力计固定单元1和竖直土压 力计固定单元2组成的土压力计固定装置组100。其中，每组包括1个水平土压力计固定 单元1和2个竖直土压力计固定单元2，6组土压力计固定装置组100分别布置在桩腿6的 外围0.5、1、1.5、2、3和4倍距离处(如图5所示)，且桩腿6的每个径向方向上，只 埋设一个水平土压力计固定单元1或一个竖直土压力计固定单元2，用于消除各土压力 计3之间的相互影响。

下面通过具体的实施例，用以说明本发明的技术效果。

实施例

首先在每一水平土压力计固定单元1上每隔1m焊接一个固定环5，共焊接7个固 定环5，在后六个固定环5中安装土压力计3；在每一竖直土压力计固定单元2上每隔 1m焊接一个固定环5，共焊接7个固定环5，在后六个固定环5中安装土压力计3。然 后在确定插桩的位置，将安装有土压力计3的六组土压力计固定装置组100分别布置 在桩腿6外围0.5、1、1.5、2、3和4倍距离的土体中。其中，每一水平土压力计固 定单元1和竖直土压力计固定单元2的最上层的固定环5内不安装土压力计3，以便 用于确定土压力计3的埋设深度和方向。在所有水平土压力计固定单元1和竖直土压 力计固定单元2安装完毕后，在土中静置10天，然后在设计好的插桩位置进行插桩， 并记录数据采集处理系统4中各个点得到的土压力值。最后，拔出桩腿6、水平土压 力计固定单元1和竖直土压力计固定单元2，拆下土压力计3以便重复使用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所 变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发 明的保护范围之外。