(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111585755.9 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 中铁大桥局集团第五工程有限公司 地址 332000 江西省九江市浔阳区白水湖 路20号 (72)发明人 叶绍其　刘华全　王宝强　潘胜平　 赵勇　何万虎　郭华　彭志南　 周松　刘剑　李元松　候瑛　 李昭宪　张鑫　 (74)专利代理 机构 江西省专利事务所 3 6100 代理人 张文 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种近海施工平台吸力桩基础承载力计算 方法 (57)摘要 本发明公开了一种近海施工平台吸力桩基 础承载力计算方法， 该计算方法是在吸力桩基础 在黏性土、 无黏性土和层状土层中贯入阻力计 算、 承载力计算、 桶体结构强度和稳定性计算及 相关参数的选取。 本发明通过准确估算负压沉贯 过程中的贯入阻力及控制负压来控制吸力桶沉 贯施工过程。 吸力桩基础的成功设计与应用为今 后海上结构系泊系统、 吸力锚、 牵引式沉垫平台 的阻滑桩、 防波堤、 平台基础及海上风电基础的 应用和发展开辟了前 景。 权利要求书3页 说明书5页 CN 114218653 A 2022.03.22 CN 114218653 A 1.一种近海施工平台吸力桩基础承载力计算方法， 其特征在于： 吸力桩基础设计的主 要目标是能安全沉 贯至指定深度， 满足承载力及稳定性要求， 具体包括以下步骤： (1)获取基础施工区域底层 分布、 岩土物 理力学性质与计算参数； 确定吸力桶顶部竖向 荷载、 水平荷载、 弯 矩以及荷载组合； 掌握桩位环境信息， 如水面标高、 泥面标高； (2)确定桶体尺寸： 确定桶体尺寸时， 应考虑桶的直径、 入土深度、 壁厚、 桩尖形式、 间 距、 数量、 几何特性、 位置、 泥面约束、 材 料强度、 安装方法； (3)贯入阻力计算： 桶 体的设计贯入深度应能使基础具有足够的能力， 以承受最大的计 算承载力； (4)承载力计算： 吸力桩基础承载 能力验算包括桶 ‑土系统对上部结构传递荷载的抵抗 能力； (5)稳定性验算： 吸力桩基础沉贯过程中与在位工作状态下吸力桶自身的强度与稳定 性验算。 2.根据权利要求1所述的近海施工平台吸力桩基础承载力计算方法， 其特征在于： 在步 骤3中， 所述贯入阻力计算： 是海上作业平台吸力桩基础设计的重要内容， 也是施工过程控 制的关键技 术环节， 包括静力平衡法和Based ‑CPTU法两种； A、 静力平衡法： 假定吸力桶内外侧壁摩擦系数相同， 并不考虑土塞效应。 给定贯入深度Hn的贯入阻力 按式(1)计算： 式中： n为分层计算的总层数； Qtot为总贯入阻力； Qside为沿桶侧壁摩擦阻力； Qtip为桶端 阻力； D0为吸力桶直径； △hi为第i层土厚度； Ki为第i层土的水平侧压力下系数； γ ’为土体 的有效重度； Atip为桶端圆环面积； hn为第n层土厚度； Sui为第i分层土体 不排水抗剪强度； Nci 为承载力系数， 其取值与计算目的有关， 当计算承载力时Nci取7.5； 当用于计算土体反 向破 坏时Nci取9.0； Nqi为承载力系数， 对于黏土， 一般取1.0； Suitip为桶端部不排水抗剪强度均 值； B、 Based‑CPTU法： 考虑到静力平衡法中物理参数获取的困难,Based ‑CPTU将摩阻力、 端阻力与锥尖贯入 阻力qc建立关系： 式中： kf、 kp分别为与qc相关的侧摩阻力和端阻力经验系数； qc(z)为桩基影响范 围内平 均贯入阻力比， 为z的函数。 3.根据权利要求1所述的近海施工平台吸力桩基础承载力计算方法， 其特征在于： 在步 骤4中， 所述承载力计算： 海上作业平台吸力桶承载力计算包括竖向承载力和水平承载力计 算； A、 竖向承载力计算： 海上作业平台竖向承载力验算式为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114218653 A 2式中： Qu(t＝tr)为t时刻吸力桶极限承载力， kN； 一般情况下， 吸力桶竖向承载力随时间延 长有所提高， 贯入终止时刻承载力为最小值； Qk为上部结构传递荷载标准值， 包括吸力桶自 重， kN； 对于工况A， 土塞效应系数取1： Qu(t＝tr)＝Qout+Qp， 其中Qout为桶壁外侧摩擦阻力， Qp为桶 端部土体的承载力； 对于工况B， 土塞效应系数取0： Qu(t＝tr)＝Qout+Qin+Qtip， 其中Qout为桶壁外侧摩擦力， Qin为 桶壁端部承载力， Qtip为桶端圆环面积。 B、 水平承载力计算： 海上作业平台水平承载力计算， 目前工程设计主要使用API  RP 2GEO和DNV GL‑RP‑C212 推荐的p‑y曲线法； (1)Cu≤96kPa的黏土， 黏土中水平允许抗力按式(4)计算： 式中， n为计算分层数； hi为第i分层高度， m； D为吸力桶计算直径， m； k为安全系数， 建议 值取1.5； pu为第i层土单位 面积的极限抗力， kPa， 其 值按式(5)计算确定： 其中： cu为原状黏土不排水抗剪强度标准值(kPa)； γ ’为土体有效容重(MN/m3)； J为无 因次常数， 一般取值在0.25 ‑0.5之间， 土体 较硬时取较小值； z为泥面以下的深度， 单位 为m； (2)砂土， 砂土中水平允许抗力按式(6)计算： 式中,pui为第i层土单位高度的极限抗力， k N/m， 按式(7)计算： 式中： c1、 c2、 c 3为随土体内摩擦角φ ’变化的系数。 4.根据权利要求1所述的近海施工平台吸力桩基础承载力计算方法， 其特征在于： 在步 骤5中， 所述桶体强度及稳定性计算： 海上作业平台吸力桶一般都是钢制薄壁圆筒， 沉贯过 程中需进行强度与稳定性校验。 A、 桶体强度计算： (1)计算单向力作用下， 桶体校验 截面的应力； (2)计算组合荷载作用下验算截面的Mises应力， 按式(8)计算材 料利用系数U.C：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114218653 A 3