海洋平台桩基周围冲刷过程及冲刷机理分析

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1、第37卷第4期2007年4月中国海洋大学学报PERIODICALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINA37(4):636~640July,2007海洋平台桩基周围冲刷过程及冲刷机理分析1,222孙永福,宋玉鹏,边淑华(1.中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛266100;2.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061)摘要:对埕岛油田典型平台周边多年的水深地形资料进行分析对比,研究平台桩基周围冲刷过程,探讨桩柱周围形成冲刷坑的冲刷深度、几何形态和分布特征,分析其冲刷机理。结果表明,平台建成初期桩基冲刷剧

2、烈,周围海底形成以平台为中心的盆状地形,经历近1年的时间逐步达到冲淤平衡。冲刷坑形态特征主要由水动力条件控制。关键词:桩基周围冲刷;冲刷坑几何形态;冲刷机理中图法分类号:P753文献标识码:A文章编号:16725174(2007)0463605以桩柱结构为基础的石油平台在海洋工程中占据目前对于桩基冲刷的研究由于现场监测数据缺了很大的比重。平台的建立改变了此区域原来的水动乏,主要通过模型试验来开展。现有的模型试验中,很力条件,在桩柱前方形成二次流并在其周围形成漩涡,难能够依靠建立的比尺模型精确描述波浪、潮流作用桩柱周围流

3、速加快,会对周围的海底产生局部冲刷,形下的桩基实际冲刷过程和形成冲刷坑的几何尺寸,同成冲刷坑,进而影响平台稳定性。桩基冲刷的问题最时在海洋工程中很难把模型试验得到的结果直接应用早在1960年代末由Palmer[1]提出,他现场监测了波浪到设计中。将试验数据运用到工程中去的一个主要限与水流联合作用下单桩周围海底的冲刷坑形成过程与制是缺乏恰当的运动学与动力学方面的比尺准则[6]。[6]。局部冲刷速率,得出了当土体的中值粒径范围在0.12另外,对于试验得出的桩基最大冲刷深度计算公式,也~0.63mm范围内时,冲刷坑的形态和最

4、大深度与土缺乏足够可靠的现场实测数据加以验证。目前桩基冲体特性无关的结论。1970年代以后,随着桩基冲刷问刷研究主要针对的底质类型多以砂为主,而对于底质题越来越受关注,对此领域的研究投入逐渐增多。为粉粘土的情况却所知甚少。Chow和Herbich[2]通过室内试验研究了不同组合桩在[2]通过室内试验研究了不同组合桩在埕岛油田现有平台70余座,年产石油200多万波、流作用下的冲刷过程,发现相对冲刷深度S/H(S吨,平台目前也面临着桩基冲刷的问题。国家海洋局为稳定后冲刷深度,H为波高)随着波陡H/L以及相第一海洋研究所于1

5、988~2000年期间,对黄河三角洲对深度h/gT2(L为波长,h为水深,g为重力加速度,北部埕岛海域CB25C和CB12C2个井组平台桩柱周T为波周期)的增加而增大。Sumer等[3]通过细致的围的局部和区块水深进行了多次测量,并获取了底质、试验观测了单纯波浪作用下的圆桩基础的冲刷状况,潮流等实测资料。本文通过运用以上资料,对典型平同时还考虑了时间比尺的影响。Atilla和Magnus[4]通[4]通台桩基冲刷过程及冲刷坑分布特征进行论述,进而分过对波浪作用下桩基冲刷长期监测所得数据进行分析桩基冲刷机理。析,认为桩柱

6、周围形成冲刷坑的深度主要受参数K.C影响,而对于冲刷坑的宽度,则主要取决于桩的几何形1研究区地理位置及地形地貌特征状及海流的特征,与其他参数无关。国内关于桩基冲 埕岛油田地处渤海湾的南侧湾口,与莱州湾和渤刷的研究最早始于1980年代初,首先是从栈桥式码头的桩基冲刷开始的。中国学者王汝凯[5]与合作者在美海中央区相连接,海区位于现代黄河三角洲的前缘,118!43∀E~119!02∀E,38!06∀N~38!18∀N,油井分国得克萨斯农工大学进行了波浪与恒定流联合作用下布范围达500km2。地势西南高、东北低,是黄河195

7、3小直径桩柱周围的局部冲刷试验,发现波流联合作用 ~1964年神仙沟流路和1964~1976年刁口流路走河时的局部冲刷深度比单纯波或单纯流作用时的冲刷深期间形成的2个亚三角洲。度大,提出了普遍冲刷深度、局部冲刷深度和总 埕岛油田现有50多座井组平台分布在水下岸坡冲刷深度的概念,并提出了最大冲刷深度计算公式。 和海底平原上,平台的建立改变了附近海区原有的水动收稿日期:20060604;修订日期:20070312作者简介:孙永福(1964),男,博士生,研究员,主要从事海洋工程环境研究。Email:sunyongfu@fi

8、o.org.cn4期孙永福,等:海洋平台桩基周围冲刷过程及冲刷机理分析637力条件,对海底产生了较强烈的侵蚀作用,在受底质差异的影响下,形成了冲刷坑和冲刷坑外围的冲刷沟槽、纹状沙波、沙斑等海底微地貌类型。本文通过分析多次现场勘测所得的CB25C及CB12C井组平台区水深地形资料以及地貌形态特征,重点讨论两组平台的桩基冲刷过程,并对