Deep penetration of spud-can foundations on sand and clay

Abstract

A critical review is presented which draws together results from model tests and computations on the mechanisms by which the spud-can foundation of an independent leg offshore jack-up structure can penetrate deeply into the seabed through both uniform and stratified deposits. Particular consideration is given to the so-called punch-through mode in layered soil profiles, where a strong stratum overlies a weaker one. Little evidence has been found to support the mechanical basis of two methods of analysis commonly used in the offshore industry where foundations often have dimensions in excess of 10 m while conventional laboratory models have rarely exceeded 100 mm. New model tests performed in a centrifuge with stresses appropriate to offshore foundations are reported and these show different mechanisms from many unit gravity models. The need for a reappraisal of the basis of analysis is established. Where large volumes of soil are displaced by spud-can preloading, offshore analysis should explicitly address the pattern of soil flow around the foundation and the reality of post-installation geometry. L'article présente une revue critique qui rassemble les résultats obtenus à partir d'essais sur modèle et de calculs des mécanismes par lesquels la fondation type ‘spud-can’ (semelles enlargies) d'une construction à pied indépendant élevée par des vérins au large peut pénétrer profondément dans le fond de la mer dans des dépôts uniformes ou stratifiés. On étudie particulièrement la pénétration par poin¸connement de sols stratifiés dans lesquels une couche resistance repose sur une couche molle. II n'y a que très peu de données qui confirment la base mécanique de deux méthodes d‘analyse généralement employées dans l'industrie au large, où les fondations ont souvent des dimensions supérieures à 10 m, tandis que les modèles normaux dans le laboratoire n'excédent que rarement 100 mm. L'article décrit de nouveaux essais sur modèles eflectués dans une centrifugeuse avec des contraintes propres aux fondations au large; ceux ci révelènt des mecanismes différents obtenus à partir de beaucoup de modèles de gravité unitaire. Le besoin de ré-examiner la base de l'analyse est démontré clairement. Dans le cas où de grands volumes de sol sont déplacés par préchargement par une fondation type ‘spud-can’ l'analyse au large devrait se concentrer de façon explicite sur les chemins d'écoulement du sol autour de la fondation et aussi surles réalités de la géometrie apres la mise en place.