海洋平台(卷名：土木工程)
offshore platform
为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。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。活动式平台浮于水中或支承于海底，能从一井位移至另一井位，接支承情况可分为着底式和浮动式两类。近年来正在研究新颖的半固定式海洋平台，它既能固定在深水中，又具有可移性，张力腿式平台即属此类。
固定式平台 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。
重力式平台 ① 钢筋混凝土重力式平台。依靠自身重量维持稳定的固定式海洋平台。主要由上部结构、腿柱和基础三部分组成。基础分整体式和分离式两种。整体式基础一般是由若干圆筒形的舱室组成的大沉垫。沉垫也可采用平板分仓的蜂窝式结构，其侧表面可做成多波形或平板形。分离式基础用若干个分离的舱室做基础，它对地基适应性强，受力明确，抗动力性能好，腿柱间距大，在拖航及下沉作业时较安全。
② 钢重力式平台。也属于分离式基础型，由钢塔和钢浮筒组成，浮筒也兼作储油罐。
③ 钢-钢筋混凝土重力式平台。上部结构和腿柱用钢材建造，沉箱底座用钢筋混凝土建造，可充分发挥两种材料的特性。
以上三种重力式平台适用于较深海域。整体式基础多建造在密实的砂土上，避免建在松散砂或较厚的软土地基上。分离式基础由于基础面积视地质条件而定，立柱的间距随水深而变，故对地基和水深的适应性很强，可用于地质条件较差的场合。重力式平台的施工分两个阶段，前阶段在干坞中进行，后阶段在近岸可避风浪的深水区进行。施工程序是；在干坞中建造基础下部，至预定高度后向干坞中灌水，把已建成的基础下部连同起重设备一起浮运至能避风浪的深水区，并牢牢系泊，继续建造基础的上部及立柱，直至混凝土工程全部完成，再向基础内部灌水，使平台下沉，然后将预制的平台甲板构件用驳船运到立柱上，使基础排水，稍稍起浮，直至立柱恰好顶在平台甲板的预定位置。最后把立柱与平台甲板牢固地连在一起，形成平台。重力式平台设计时应防止基础舱壁失稳或压坏。当基础兼做储油罐时，应考虑由于内外温差所产生的温度应力。平台要有足够的整体稳定性。基础下边可设有插入地基的裙板，防止基础底座沿海底滑动。此外，结构的倾斜度，总沉降量及动力效应都要求不超过限值。
活动式平台 着底式平台 ① 坐底式平台。最早的活动平台采用钻井驳船。后来随着海洋石油钻探水深的不断增加，钻井驳船进一步发展成坐底式平台，它由沉垫、立柱和平台甲板三部分组成，适用于水深为5～30米而且海底比较平坦的场合。沉垫可以是整体式，也可以是分离式。向沉垫内灌水，平台即下沉坐落在海底。把水排出，平台就能浮起，故这种平台又有沉浮式之称，要求沉得下，坐得稳，浮得起。中国建成的胜利一号平台即属浅海坐底式平台。
② 自升式平台。由一个驳船式船体和若干能升降并能起支撑作用的桩腿组成，船体有足够的浮力以运载钻井设备和给养到达工作地点。作业时平台被桩腿支撑并抬升到海面以上。转移时，把桩腿拔起，驳船式船体下降浮于水面，即可拖运到另一地点。
自升式平台分为插桩自升式和沉垫自升式。桩腿可插入海底，也可在桩腿下面设置“桩靴”或独立的小沉垫。桩腿结构可以是封闭壳体式，也可以是构架式。桩腿升降机构，有电动液压式和电动齿轮齿条式。船体平面形状可以是三角形、矩形或五边形，其特点是浮运方便，作业时稳定性好，适用水深为5～90米。这种平台的应用较广。
浮动式平台 ① 钻井船。把钻井设备安装在船体上，靠锚系或动力定位，在漂浮的状态下钻井。一般都有自航能力，可在几百米或上千米水深的海域工作，但对风浪极为敏感，当风力超过7～8级，波高超过3～4米时就要停止作业。
② 半潜式平台。主要由上部结构、下潜体、立柱及斜撑组成，下潜体有靴式、矩形驳船船体式、条形浮筒式。其外形与坐底式平台相似，上部结构装设全部钻井机械、平台操作设备以及物资储备和生活设施、它是一个由顶板、底板、侧壁和若干纵横仓壁组成的空间箱形结构，水密性较高，能提供较大的浮力，作业时下潜体灌入压舱水使其潜入水下一定深度，靠锚缆或动力定位。拖航时排出压舱水，使下潜体浮在水面。在浅水区作业时可使下潜体坐落在海底，类似坐底式平台。它既可在10～600米深的海域工作，又能较好地适应恶劣的海况，但其经济水深一般为100～300米。
在深水海域中开发石油时，坐底式钻井平台不能满足要求；自升式平台虽然使用水深较大，但不经济；浮动式钻井船可适用于较大水深，然而受海况的影响，其开工率很低；而半潜式平台既可在很深的海域工作，又较能适应恶劣的海况，有良好的运动特性。因此，半潜式平台是目前深海钻井的主要装置。（见彩图）
半固定式平台 ① 张力腿式平台。上部结构是浮体，通过收紧锚固在海底的缆索，使浮体的吃水深度比静平衡状态大一些，浮力大于浮体重力，剩余浮力由缆索的张力来平衡。当平台受到扰动力时，缆索张力改变而产生弹性变形，因此，平台只产生微量位移。缆索可竖向或斜向布置。对于深水海域，如果采用固定平台，则造价随水深增大而剧增，海上安装工程也趋于困难，相应配备的工程船舶均需大型化，而张力腿式平台仅需加长缆索，对造价影响不大，这种平台在工作完成后可浮运到其他地点。施工时整座平台在工厂建造，工作地点定位，适用于开采周期较短的深水井小型油田。
② 拉索塔式平台。是一种新型的海洋平台结构，其支承塔架下端着地，上端一般用4～8根钢索张紧固定。这种平台用料少，工作水深大，适用于大深度水域。
各类平台的适用范围 活动式平台，由于机动性能好，故一般均用于钻井。坐底式平台特别适合于浅海(10米左右及岸边的潮间区)油田的钻井和采油工作。 自升式平台和半潜式平台主要是供钻井之用，当油田的规模很小而又不宜设置固定式平台时，也可做采油用。活动式平台整体稳定性较差，对地基及环境条件有一定的要求。
固定式平台整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。缺点是机动性能差，一经下沉定位固定，则较难移位重复使用。桩基平台属钻井、采油平台，工作水深一般在十余米到200米的范围内（个别平台超过300米），是目前世界上使用最多的一种平台。从设计理论和建造技术来衡量，它都是一种最成熟和最通用的平台型式。钢筋混凝土重力式平台是70年代初开始发展起来的一种新型平台结构，目前主要用于欧洲的北海油田。这种平台具有钻井、采油、储油等多种功能，水深在200米以内均可采用，最佳水深为100～150米。
半固定的张力腿式平台及拉索塔式平台是两种适合于大深度海域（200米以上）的平台结构。 是近年来发展起来的新结构型式，具有明显的优点。但仍处于研究试制的阶段。
参考书目
W.J.Graff，Introduction to Offshore Structures，Desiɡn， Fabrication， Installation， Gulf Pub.Co.，Houston，1981.