CN103422486B - 船载桁架组合式原位测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船载桁架组合式原位测试平台，包括以下部分：桁架承重架，由多个桁架模块上下串联而成；作业平台，固定在所述桁架承重架的上端，作业平台上设有用于安装原位测试装置的机架座；桩靴，固定在所述桁架承重架的下端，桩靴的底部设有靴齿；导管，沿上下方向依次贯穿所述作业平台、桁架承重架和桩靴；扶正装置，包括多根软绳，软绳的一端与所述桁架承重架的上端或作业平台相连接。本发明原位测试平台可以竖立于船载勘探平台单侧，通过软绳与船载勘探平台连接，在进行原位测试时，也可不受船载勘探平台晃动的影响，与船载勘探平台形成动、静双平台作业方式，大幅降低了水上勘探的成本。

Description

船载桁架组合式原位测试平台

技术领域

本发明涉及一种近岸岩土工程勘察作业平台，能确保水上静力触探、十字板剪切试验等常规原位测试项目正常进行，具体说属于水域岩土性能现场测试基础平台。

背景技术

岩土体原位测试是指在岩土工程勘察现场，采用原位测试仪对岩土层现场进行测试，以获得浅部地基土层强度指标等岩土参数，比目前传统的钻探、取样、室内试验模式更安全、经济、可靠，在水运工程中具有重要的意义和广泛的应用价值。一些重大水运工程如驳岸、防汛堤、陆域形成等，尤其是境外工程，越来越多的依靠现场原位测试项目获取地基土的原位固结、渗透、模量、灵敏度、抗剪强度等岩土参数，划分土层，判别土性，确定建筑物地基土承载力和设计参数等。由于原位测试快捷、直观、连续，且无需现场勘探取样，测得的指标更具代表性和可靠性，因此，原位测试在工程勘察中已成为不可缺少的一种勘探手段。

工程上最常用的原位测试有静力触探试验、十字板剪切试验等。目前，用于陆上的原位测试技术已非常成熟，但在海（水）上进行原位测试必须要有一个安全、静态平台，现有技术采用桩基、升降式平台实施原位测试，受到高昂的成本制约，使得近岸工程水域原位测试技术无法广泛的推广与应用。

现有技术中存在着一种解决方案，专利号为20042002020.4的中国实用新型专利公开了一种“水域原位测试底吸式平台”，平台整体事先安装好，通过母船起重机吊装，使平台竖立水中，接近陆域静态平台效果。但受制于作业水深、平台空间及载荷影响，尤其复杂土层清孔、下套管隔断等常规措施难以解决。

本申请人在中国发明专利申请公开说明书CN101643110A已公开了一种平台系统。该发明提供了一种简易、低成本船载式勘探平台系统，具有三钻机起吊能力，4～6锚交叉分布泊定，用于水下岩土工程勘探钻探、取样，使得各类环境条件下，勘探工作得以正常进行。但受风、浪、涌、涨落潮等影响，船载勘察平台呈上下及左右晃动，使得必须处于静态作业平台的原位测试项目难以进行。

随着近海及沿岸水工建筑物、桥梁、码头、隧道等工程规模的不断扩大，岩土工程勘察中越来越多的依赖原位测试所提供的岩土参数，因此，迫切需要一种低成本、高安全、方便安装、快速移动，且能抵御风、浪、潮、涌的作业平台，保证水上原位测试项目正常进行。

在这种测试平台上可以安装各类陆域中使用的原位测试装置，以便进行海（水）上原位测试，现有技术中的这种原位测试装置有多种，比如中国实用新型专利CN201738295U公开了“一种静力触探探头”；而CN201622217U公开了一种“深海稀软底质剪切强度原位测试仪”。

发明内容

本发明要解决的技术是提供一种船载桁架组合式原位测试平台，形成一个与动态船载勘探平台脱离的静态作业平台，从而使陆域成熟的原位测试技术扩展到近岸水域。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种船载桁架组合式原位测试平台，包括以下部分：桁架承重架，由多个桁架模块上下串联而成；作业平台，固定在所述桁架承重架的上端，作业平台上设有用于安装原位测试装置的机架座；桩靴，固定在所述桁架承重架的下端，桩靴的底部设有靴齿；导管，沿上下方向依次贯穿所述作业平台、桁架承重架和桩靴；扶正装置，包括多根软绳，软绳的一端与所述桁架承重架的上端或作业平台相连接。

优选地，所述作业平台的底面上垂直固定多根滑轮轴，滑轮轴上设有滑轮，所述软绳的一端与所述滑轮相连接。

进一步地，所述滑轮上设有滑轮环，所述软绳的一端设有快速钩，所述快速钩挂接在滑轮环上。

优选地，还包括一船载勘探平台，所述作业平台高于船载勘探平台的顶面，所述船载勘探平台上固定有多个锚桩，所述多根软绳的另一端分别缠绕在所述锚桩上。

进一步地，所述船载勘探平台上设有包括钻机和钻塔在内的勘探设备。

优选地，所述桁架模块是由横梁、竖梁、上架板和下架板焊接而成的长方体框架结构，所述桁架模块上还焊接有吊耳。

进一步地，所述竖梁为空心柱，所述下架板对应于竖梁下端的位置开有定位孔，所述上架板对应于竖梁上端的位置上焊有定位销。

进一步地，所述导管由多个导管段通过接箍密封连接而成，最下面的一个导管段为入土导管，所述入土导管焊接在桩靴上，入土导管的下端设有导管齿，每个桁架模块内都焊接有一个导管段。

进一步地，所述桁架模块与作业平台之间、桁架模块与桩靴之间、以及相邻两个桁架模块之间均通过螺栓可拆卸连接。

优选地，所述桩靴包括承压板和靴齿条，所述靴齿条从承压板的底面向下延伸，所述靴齿位于靴齿条的下端。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明原位测试平台竖于船载勘探平台单侧，并与船载勘探平台脱开，可通过软绳与船载勘探平台连接，在进行原位测试时，也可不受船载勘探平台晃动的影响，与船载勘探平台形成动、静双平台作业方式，大幅降低了水上勘探的成本。

（2）本发明原位测试平台内设有导管，使静态作业平台至海（河）床泥面间形成保护层，避免原位测试时因钻杆受水中激流冲击而弯曲，确保原位测试数据的准确性。

（3）本发明原位测试平台采用模块化结构，成本低，便于贮存及运输，且各模块现场组装，拆卸简便，无需其他船泊、浮吊等辅助设备支持。

（4）本发明实现了双平台各类勘探资源共享；使有限的静态作业平台空间，可开展各类原位测试项目；确保不同水深、试验深度、复杂工况下原位测试正常进行。

（5）本发明原位测试平台中桁架承重架及桩靴提供了静力触探、十字板剪切试验所需的反力及扭力，满足水运工程各类地层复杂孔、深孔原位试验需求。

（6）本发明充分展现了一种船载静态平台实现近岸水域原位测试的新颖设计方案。

附图说明

图1为本发明一种船载桁架组合式原位测试平台的整体结构示意图。

图2为本发明中作业平台与扶正装置的连接示意图。

图3为本发明中桁架模块的结构分解示意图。

图4为本发明中导管的结构分解示意图。

图5为本发明中桩靴部分的结构示意图。

图6为本发明中桁架承重架装、卸示意图。

图中：100船载勘探移动平台；          200作业平台；          201原位测试装置；

202栏杆；                            203机架连接孔；        204机架座；

210钻杆；                            220探测装置；          300扶正装置；

301锚桩；                            302软绳；              303滑轮环；

304滑轮；                            305滑轮轴；            400桁架承重架；

401连接孔；                          402上架板；            403定位销；

404吊耳；           405竖梁；       406定位孔；

407横梁；           408下架板；     409螺栓；

410桁架模块；       415活动梁；     418吊绳；

500桩靴；           501承压板；     502靴齿条；

503靴齿；           600导管；       601导管段；

602接箍；           603密封环；     604凹槽；

605入土导管；       606导管齿

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，本领域技术人员由此可以更清楚地了解本发明的其他优点及功效。

需要说明的是，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，仅用以配合具体实施方式，供本领域技术人员更清楚地了解本发明的构思，并非用以限制本发明的保护范围。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明的功效及目的达成的情况下，均应仍落在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明一种船载桁架组合式原位测试平台可以竖立于船载勘探平台100的单侧，船载勘探平台100上可以设有钻机和钻塔等勘探设备，可用于水下勘探岩土取芯、取样。该测试平台包括一桁架承重架400，桁架承重架400由多个桁架模块410上下串联而成；在桁架承重架400的上端固定一个作业平台200，用于安装原位测试装置201，可开展各类原位测试；作业平台200略高于船载勘探平台100的顶面，在桁架承重架400的下端固定一个桩靴500，可插入海（河）床的泥面表层；一根导管600沿上下方向依次贯穿上述作业平台200、桁架承重架400和桩靴500，原位测试装置201的钻杆210和探测装置220可以通过导管600插入海（河）床以下的岩土中，进行原位测试。为了确保桁架承重架400和导管600能够与海（河）床面垂直，本发明还设置了扶正装置300，扶正装置300包括多根软绳，软绳的一端与桁架承重架400的上端或作业平台200相连接。

如图2所示，作业平台200上设有机架座204，机架座204与作业平台200上的机架连接孔203连接，从而使原位测试装置201固定在作业平台200上，作业平台200的四周可以围上1～4面栏杆202，确保作业人员的安全。机架连接孔203分布排列在作业平台上，用以安装各种类型的原位测试装置，如静力触探仪、十字板仪等，机架连接孔203按上述常用原位测试装置的机架座尺寸设计，不同的机架座204对应不同位置的机架连接孔203。

继续参照图2，在本发明的优选实施例中，扶正装置300包括锚桩301、软绳302、滑轮环303、滑轮304和滑轮轴305，四个滑轮轴305分别垂直固定在作业平台200的底部，并分别位于前后左右四个方向，相应地，四个锚桩301也按四个方向固定在船载勘探平台100上，滑轮304可转动地安装在滑轮轴305上，滑轮304上设有滑轮环303，四根软绳302的一端设有快速钩，快速钩挂接在滑轮环303上，软绳302的另一端分别缠绕在所述锚桩301上。软绳302是指具有一定柔性并能承受拉力的绳索，可以由纤维材料或金属材料制成。

如图3所示，桁架模块410具有统一大小的标准尺寸，每个桁架模块410都是由横梁407、竖梁405、上架板402和下架板408焊接而成的长方体框架结构，桁架模块上还焊接有吊耳404。其中竖梁405为空心柱，下架板408对应于竖梁405下端的位置开有四个定位孔406，上架板402对应于竖梁405上端的位置上焊有四个定位销403，上下两个相邻的桁架模块之间组装时，定位销403穿入另一个桁架模块的定位孔406内，使相邻两个桁架模块定位对齐，然后由螺栓409穿过上架板402和下架板408上的连接孔401，使相邻两个桁架模块连接在一起。桁架模块与作业平台之间、以及桁架模块与桩靴之间也通过螺栓可拆卸连接。

如图3、图4所示，所述导管由多个导管段601通过接箍602密封连接而成，每个桁架模块410内都焊接有一个导管段601，接箍602内设有凹槽604，凹槽604内设有密封环603，可以使相邻的两个导管段601密封连接。

如图1、图5所示，构成导管的最下面一段导管段为入土导管605，入土导管605焊接在桩靴500上，入土导管605的下端设有导管齿606。上述导管段601和入土导管605相互连接，形成一根长导管600，整个导管600从作业平台一直延伸至海（水）床泥面，可以避免穿设在导管600内的原位测试钻杆210受激流冲击而弯曲，影响试验数据。对复杂地形，如砂、砾层需采用泥浆清孔护壁，由于导管600密闭，确保了泥浆循环。

如图5所示，桩靴500包括承压板501和靴齿条502，所述靴齿条502从承压板501的底面向下延伸，靴齿条502的下端设有靴齿503。承压板501用于与海（河）床泥面接触，为原位测试平台提供支撑，承压板501底部的四根靴齿条502围成矩形，可以为十字板剪切试验提供抗扭力。与桩靴500相连接的桁架模块可以采用加重桁架模块，加重桁架模块采用加厚的上架板、下架板和横梁，可以为复杂土层、深孔原位静力触探提供适当的反力。

下面说明本发明船载桁架组合式原位测试平台的安装使用方法。

如图1、图6所示，勘探作业船在现场锚定后，根据原位测试项目及入土深度，在船载勘探平台100上，开始桩靴500与桁架模块410的连接固定，然后吊入船载勘探平台100单侧，根据水深逐个组装桁架模块410。组装过程中，吊绳418挂钩吊耳404，吊起一个桁架模块410，对准下方桁架模块410上的定位销403然后放下，把螺栓409穿过上架板和下架板上的连接孔，与螺帽旋紧连接。吊起若干个已连接成一体的桁架模块410，移去支撑活动梁415，放下桁架模块410，然后重新插上支撑活动梁415，再重复这一过程，直至原位测试平台安装完毕。

在安装过程中，原位测试平台竖立到海（河）床泥面，必须保持垂直状态，当发生倾斜时需调整，通过收放各根软绳302调整原位测试平台，使之处于竖直状态。原位测试平台安装到位后，在进行原位测试时，放松软绳302，并使软绳302另一端缠绕在船载勘探平台100的四个锚桩301上，从而使原位测试平台脱离船载勘探平台100而处于静态，并使整个原位测试平台处于受控状态。

当进行静力触探试验时，原位测试平台需考虑反力设计，即平台自重及水中浮力及波浪影响，根据需要可增加若干块加重桁架模块组成原位测试平台。

本发明采用模块化设计、成本低、安装便利、易贮存及运输，能循环使用。根据现场水深，确定原位测试平台所需桁架模块的数量，在作业现场组合安装，可快速形成桁架组合式原位测试平台。基本达到一次装卸，可完成若干个原位测试孔。本发明与船载勘探平台一起形成动、静双平台作业方式，实现各类勘探资源共享，从而大幅降低了勘探成本；确保不同水深、试验深度、复杂工况下各类原位测试的正常进行。

Claims (10)

1.一种船载桁架组合式原位测试平台，其特征是，包括以下部分：

桁架承重架（400），由多个桁架模块（410）上下串联而成；

作业平台（200），固定在所述桁架承重架（400）的上端，作业平台（200）上设有用于安装原位测试装置（201）的机架座（204）；

桩靴（500），固定在所述桁架承重架（400）的下端，桩靴（500）的底部设有靴齿（503）；

导管（600），沿上下方向依次贯穿所述作业平台（200）、桁架承重架（400）和桩靴（500）；

扶正装置（300），包括多根软绳（302），软绳（302）的一端与所述桁架承重架（400）的上端或作业平台（200）相连接。

2.根据权利要求1所述的原位测试平台，其特征是，所述作业平台（200）的底面上垂直固定多根滑轮轴（305），滑轮轴（305）上设有滑轮（304），所述软绳（302）的一端与所述滑轮（304）相连接。

3.根据权利要求2所述的原位测试平台，其特征是，所述滑轮（304）上设有滑轮环（303），所述软绳（302）的一端设有快速钩，所述快速钩挂接在滑轮环（303）上。

4.根据权利要求1所述的原位测试平台，其特征是，还包括一船载勘探平台（100），所述作业平台（200）高于船载勘探平台（100）的顶面，所述船载勘探平台（100）上固定有多个锚桩（301），所述多根软绳（302）的另一端分别缠绕在所述锚桩（301）上。

5.根据权利要求4所述的原位测试平台，其特征是，所述船载勘探平台（100）上设有包括钻机和钻塔在内的勘探设备。

6.根据权利要求1所述的原位测试平台，其特征是，所述桁架模块（410）是由横梁（407）、竖梁（405）、上架板（402）和下架板（408）焊接而成的长方体框架结构，所述桁架模块（410）上还焊接有吊耳（404）。

7.根据权利要求6所述的原位测试平台，其特征是，所述竖梁（405）为空心柱，所述下架板（408）对应于竖梁（405）下端的位置开有定位孔（406），所述上架板（402）对应于竖梁（405）上端的位置上焊有定位销（403）。

8.根据权利要求6所述的原位测试平台，其特征是，所述导管（600）由多个导管段（601）通过接箍（602）密封连接而成，最下面的一个导管段为入土导管（605），所述入土导管（605）焊接在桩靴（500）上，入土导管（605）的下端设有导管齿（606），每个桁架模块（410）内都焊接有一个导管段（601）。

9.根据权利要求6所述的原位测试平台，其特征是，所述桁架模块（410）与作业平台（200）之间、桁架模块（410）与桩靴（500）之间、以及相邻两个桁架模块（410）之间均通过螺栓（409）可拆卸连接。

10.根据权利要求1所述的原位测试平台，其特征是，所述桩靴（500）包括承压板（501）和靴齿条（502），所述靴齿条（502）从承压板（501）的底面向下延伸，所述靴齿（503）位于靴齿条（502）的下端。