海洋工程装备概论：桩式海洋平台汇报论文

桩式海洋平台

当今世界面临着人口、资源和环境三大问题。随着世界人口的增长和陆地资源因加速开采而日渐枯竭，海洋资源的开发、海洋环境的保护与利用已成为世界各国普遍关注的问题。

世界上第一座固定式海洋平台建于1887年，它安装在美国加利弗尼亚的油田上，实际上是一座木结构的栈桥。二战后，用于战争中的许多先进科学技术成果被应用到海洋开发中。1947年在美国墨西哥湾水深6米处成功地安装了世界上第一座设备齐全的钢质导管架平台。开创了海洋开发的新时期。此后，海洋平台得到了迅速的发展。上世纪七十年代末，钢制导管架平台已经安装于300多米的海域，而到了1990年具有486米高的巨型导管架平台也已工作与墨西哥湾400多米的水深中。这种导管架式平台在随后的多年中逐渐地扩展到更深的水域和更恶劣的海洋环境中。这些平台以勘探、开发海洋资源为主，其中尤以开发、储藏石油和天然气的平台占多数。

自上世纪四十年代美国安装使用了世界上第一座钢质导管架式平台(Steel Jacket Offshore Platform)以来，这种结构已经成为中浅海海洋平台的主要结构型式。随着海洋石油开发的迅速发展，导管架式海洋平台被广泛用于海上油田开发、海上观光以及海洋科学观测等方面。迄今为止，世界上建成的大、中型导管架式海洋平台约有2000余座。工作水深已达到四、五百米。结构形式“导管架”的取名基于管架的各条腿柱作为管桩的导管这一实际。固定式钢质导管架海洋平台主要由两部分组成: 一部分是由导管架腿柱和连接腿

柱的纵横杆系所构成的空间构架。腿柱(或称导管)是中空的，钢管桩是一根细长的焊接圆管，它通过打桩的力一法固定于海底，由若干根单桩组成的群桩基础把整个平台牢牢地固定于海床。腿柱和桩共同作用构成了用来支撑上部设施一与设备的支撑结构:另一部分由甲板及其上面的设施与设备组成，是收集和处理油气、生活及其它用海洋工作平台按其结构特性和工作状态可分为固定式、活动式和半固定式三大类。固定式平台的下部由桩、扩大基脚或其他构造直接支承并固着于海底，按支承情况分为桩基式和重力式两种。

桩基式平台：①导管架型平台。在软土地基上应用较多的一种桩基平台。由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。对深海平台，还需进行结构动力分析。结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安全操作。并应考虑防腐蚀及防海生物附着等问题。导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点的破坏而引起。管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用谱分析技术分析管结点的应力，取得较好的结果。导管架由

导管（即立柱）和导管间的水平杆和斜杆焊接组成，钢桩沿导管打入海底。打桩完毕后，在两者的环形空隙内用水泥浆等胶结材料固结，使桩与导管架形成一个整体，以承受巨大的竖向和水平荷载。若桩的承载能力不能满足要求时，可在立柱之间和角立柱的周围增设钢桩。这种平台施工时一般先在陆地上预制导管架,再用驳船拖运就位进行安装,通过调节压舱水使驳船倾斜，然后用卷扬机将导管架送入水中，由其自身浮力悬浮在水中，再向导管架立柱内灌水，同时用起重船把导管架竖立就位于海底井址，再将桩逐段连续打入海底土层固定。用于深海的导管架高度很大，整体运输困难，可采用分段制造，分段下水连接而成。

②塔架型平台。另一种适于软土地基的桩基平台。由腿柱（通常直径达6米）、水平杆和斜杆及大梁(圆形或箱形)组成。为减小挡水面积，桩均设置在腿柱内,排成圆形，桩顶与腿柱焊接，空隙内灌入水泥浆，以防止薄壁腿柱发生局部压屈，并使桩固定在腿柱下端。施工时将塔架侧放并拖运就位,注入压舱水，使塔架直立,然后打桩，最后安装平台甲板。在自然条件恶劣的深水区，目前多采用导管架和塔架的组合方式。

桩式海洋平台是我们重点介绍的对象。

1、群桩式平台

群桩式平台要求先在海上打好群桩，然后在桩上拼装平台甲板与设备。由于此式平台，在海上的工作量大，施工期长，因受海上环境的限制，已很少采用。

2、桩基式(导管架式)平台

桩基式平台用钢桩固定于海底。钢桩穿过导管打入海底，并由若干根导管组合成导管架。导管架先在陆地预制好后，拖运到海上安放就位，然后顺着导管打桩，桩是打一节接一节的，最后在桩与导管之问的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与导符连成一体固定于海底。这种施工方式，使海上工作量减少。平台即设于导管架的顶部，高于作业的波高，具体高度须视当地的海况而定，一般大约高出4～5米，这样可避免波浪的冲击。桩基式的整体结构刚性大，能适用于各种土质，是目前最主要的固定式平台。但其尺度、重量随水深增加而急骤增加，所以在深水中的经济性较差。

3、腿柱式平台

桩基式平台由于杆件多，间距小，如在冰区作业，不利于流水的移动，且承受冰挤压的面积较大，导致整个平台的受力状态恶化。乃改用腿柱式，其特点为弦杆的数量少。例如采用四腿柱式的，其撑材数量大为减少，甚至在潮差带这一区域常不设撑材，使承受冰挤压的面积大为减少，冰对腿柱的作用力也减小，平台的受力状态大为改善。所谓弦杆即腿柱，一般直径为5～6米，每根腿柱内要打若干根桩，以加强腿柱，立管也设在腿柱内，受到较好的保护。腿柱式的整体造构刚性不及桩基式，仅适用于冰区。

下面重点介绍应用最广的桩式海洋工作平台，导管架式平台。“导管架”的取名基于管架的各条腿柱作为管桩的导管这一实际。固定式钢质导管架海洋平台主要由两部分组成: 一部分是由导管架腿柱

和连接腿柱的纵横杆系所构成的空间构架。腿柱(或称导管)是中空的，钢管桩是一根细长的焊接圆管，它通过打桩的力一法固定于海底，由若干根单桩组成的群桩基础把整个平台牢牢地固定于海床。腿柱和桩共同作用构成了用来支撑上部设施一与设备的支撑结构:另一部分由甲板及其上面的设施与设备组成，是收集和处理油气、生活及其它用途的场所。

导管架式平台，主要由四大部分组成：导管架、桩、导管架帽和甲板。在一般情况下，甲板由模块组成。模块：也称组块。由各种组块组成平台甲板。平台可以是一个多层甲板组成的结构，也可以是单层甲板组成的结构，视平台规模大小而定。如钻井区域的模块可称为钻井模块；机械动力区可称为动力模块；生活区称为生活模块等。在许多情况下，导管架帽和甲板模块合二为一，所以这时导管架式平台仅分为导管架、桩和甲板模块三部分。

导管架式海洋工作平台有着很多优势，主要包括三个方面：

（1）技术成熟、可靠；

（2）在浅海和中深海区使用较为经济；

（3）海上作业平稳和安全，具有适应性强、安全可靠、结构简单、造价低。

当然缺点也有，主要包括四个方面：

（1）随着水深的增加费用显著增加；

（2）海上安装工作量大；

（3）制造和安装周期长；