CN106368248A - 一种带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置 - Google Patents

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Abstract

一种带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，涉及海洋工程地基勘察领域，由筒型基础、原位十字板试验设备、静力触探试验设备、全流动贯入试验设备、钻探取样设备、外置气囊等构成。筒形基础内部设有预留空舱，上部无顶板；预留空舱顶部设有地基勘察平台，上附原位十字板试验设备、静力触探试验设备、全流动贯入试验设备及钻探取样设备；筒形基础顶部外围设有多台负压射流泵；筒型基础顶部安装有外置气囊，且通过桁架支撑结构与筒型基础相连接。其有益效果是，由于筒型基础能够提供较大的抗拔阻力，因此可有效降低装置自身的自重，减少钢材的用量，降低成本。通过气囊内部的气体的充放，可实现装置的自动调平与扶正，并且测试数据真实。

Description

一种带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置
技术领域
本发明涉及海洋工程地基勘察领域，是利用筒型基础提供抗锚固力的地基勘察座底装置，且可利用气囊实现自调平。
背景技术
1965年左右，荷兰和法国都开始用小型自升式平台进行静力触探试验，但是触探深度仅5米左右。1966年，荷兰Fugro公司研制了名为“Seaball”的海床式触探机以及名为“Wison”型的绳索式井下静力触探。1972-1974年，荷兰Fugro公司又在“Seaball”海床式触探机的基础上增加了可以提供支承反力的海底盘，改制成新的名为“Seacalf”的海床式触探机(工作水深可达300m，触探深度20-40m)，同时对“Wison”I型绳索式井中静力触探进行改进，研制成名为“Wison”MK型绳索式井中静力触探设备(工作水深及触探深度总计400m)。1974-1976年，荷兰与挪威合作设计和试验了潜水舱式触探机(工作水深200m，触探深度60m。1977年，荷兰试验了套管式平台触探装置(工作水深200m，最大贯入力为20t)。同年，英国与挪威合作发展了名为“Strigraz”型海底沉放式触探设备(工作水深30米，触探深度20m)。目前国内外海洋工程中地基勘察使用的座底装置都为重力式结构，依靠本身重量提供锚固力，因此该类座底装置普遍较重且造价高昂。筒型基础是一种利用基础与土体的协同作用共同承载的可回收式基础形式，具有优秀的抗拔承载特性，且本身质量较轻，更省材料，造价也更低廉，因此可以作为海洋静力触探的座底装置的一种方案。为了提高筒型基础在安装过程中的抗波流稳定性，保证其在安装过程中的垂直度，特别设计了气囊扶正装置。
发明内容
本发明目的旨在设计一种带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，该装置以筒型基础为蓝本，依靠其出色的抗拔承载能力，减少座底装置的重量，降低成本，同时安装有气囊，可实现下沉过程中的自动扶正能力。
本发明的技术方案是：
一种带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，由筒型基础、预留空舱、勘察平台、原位十字板试验设备、静力触探试验设备、全流动贯入试验设备、钻探取样设备、负压射流泵、外置气囊及桁架支撑结构构成，筒形基础内部设有预留空舱；预留空舱上部无顶板，为地基勘察预留作业面；预留空舱顶部设有地基勘察平台，上附原位十字板试验设备、静力触探试验设备、全流动贯入试验设备及钻探取样设备；其中原位十字板试验设备、静力触探试验设备、全流动贯入试验设备及钻探取样设备设置在预留空舱内，并使静力触探试验设备及钻探取样设备端部向下从筒形基础底部端面伸出；筒形基础顶部外围设有多台负压射流泵；筒型基础顶部安装有外置气囊，且通过桁架支撑结构与筒型基础相连接；当装置出现倾斜时，通过对外置气囊内充气，实现装置自动调平扶正，在地基勘察作业完成后，通过射流泵反向加压将筒型基础取出回收。
进一步的，所述的筒形基础为钢材薄壁结构，直径5～10m；筒形基础内部通过设有圆柱形分隔板将其形成预留空舱，空舱直径在2-5m。
进一步的，所述的负压射流泵数量与筒形基础分仓数相同，为4～8个；通过负压抽取可将该装置安装到海床表面，并提供锚固力。
进一步的，所述的外置气囊直径5～10m，桁架支撑结构高度5～10m。
进一步的，所述的筒形基础共分4仓，顶部外围设有4台负压射流泵。
本发明的有益效果是：
预留空舱为地基勘察提供了封闭的作业通道，使得作业过程中可不受到外界环境的影响，增强测试数据的真实性；负压射流泵可实现筒形基础的负压沉放与反向加压作业，使得装置可在勘察工作完毕后取出收回，实现了装置的可再利用，极大降低了生产成本；在预留空舱上部安装有地基勘察相关设备模块，可实现原位十字板试验、静力触探试验(CPT/CPTU)和全流动贯入试验(T-bar/Ball-bar等)等综合性的深海原位勘察作业；对通过桁架，将筒型基础与外置气囊连接，通过气囊内部的气体的充放，可实现装置的自动调平与扶正；由于筒型基础能够提供较大的抗拔阻力，因此可有效降低装置自身的自重，减少钢材的用量，降低成本。
附图说明
图1一种带气囊的深海静力触探座底装置立面图
图2一种带气囊的深海静力触探座底装置平面图
图中：1、筒型基础；2、预留空舱；3、勘察平台；4、原位十字板试验设备；5、静力触探试验(CPT/CPTU)设备；6、全流动贯入试验(T-bar/Ball-bar等)设备；7钻探取样设备；8、射流泵；9、外置气囊；10、桁架支撑结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
由附图1和附图2可知，本发明由筒型基础1、预留空舱2、勘察平台3、原位十字板试验设备4、静力触探试验(CPT/CPTU)设备5、全流动贯入试验(T-bar/Ball-bar等)设备6、钻探取样设备7、负压射流泵8、外置气囊9及桁架支撑结构10构成。筒形基础1为钢材薄壁结构，直径5～10m；内部通过设有圆柱形分隔板将其形成预留空舱2，空舱直径在2-5m，上部无顶板，为地基勘察预留作业面；预留空舱2顶部安装有勘察平台3，上附原位十字板试验设备4、静力触探试验(CPT/CPTU)设备5、全流动贯入试验(T-bar/Ball-bar等)设备6、钻探取样设备7；其中原位十字板试验设备4、静力触探试验(CPT/CPTU)设备5、全流动贯入试验(T-bar/Ball-bar等)设备6及钻探取样设备7设置在预留空腔内，并使静力触探试验(CPT/CPTU)设备5及钻探取样设备7端部向下从筒形基础1底部端面伸出；筒形基础1顶部外围设有多台负压射流泵8，通过负压抽取可将该装置安装到海床表面，并提供锚固力；负压射流泵8数量与筒形基础分仓竖向相同，为4～8个；筒型基础1顶部安装有外置气囊9，且通过桁架支撑结构10与筒型基础1相连接；气囊直径5～10m，桁架支撑结构10高度5～10m。
本发明装置下沉过程中的自动调平扶正过程：当该装置出现倾斜时，可通过对外置气囊9内充气，将装置缓慢浮起，直到与本身重量相当时，装置会因浮力作用自动调平扶正，随后再缓慢放气，装置将继续下沉，由此即可保证装置的垂直度满足作业要求；在地基勘察作业完成后，通过射流泵8反向加压将筒型基础1取出回收。
本发明实施例的具体尺寸：筒型基础直径5m，高3m，壁厚8cm；中间空舱直径2m，分隔板壁厚5cm；外置气囊体积不小于10m3，钢桁架高5m。本发明中筒形基础1共分4仓，顶部外围设有4台负压射流泵8。

Claims (5)

1.一种带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，其特征在于：由筒型基础(1)、预留空舱(2)、勘察平台(3)、原位十字板试验设备(4)、静力触探试验设备(5)、全流动贯入试验设备(6)、钻探取样设备(7)、负压射流泵(8)、外置气囊(9)及桁架支撑结构(10)构成。筒形基础(1)内部设有预留空舱(2)；预留空舱(2)上部无顶板，为地基勘察预留作业面；预留空舱(2)顶部设有地基勘察平台(3)，上附原位十字板试验设备(4)、静力触探试验设备(5)、全流动贯入试验设备(6)及钻探取样设备(7)；其中原位十字板试验设备(4)、静力触探试验设备(5)、全流动贯入试验设备(6)及钻探取样设备(7)设置在预留空舱(2)内，并使静力触探试验设备(5)及钻探取样设备(7)端部向下从筒形基础(1)底部端面伸出；筒形基础(1)顶部外围设有多台负压射流泵(8)；筒型基础(1)顶部安装有外置气囊(9)，且通过桁架支撑结构(10)与筒型基础(1)相连接，当装置出现倾斜时，通过对外置气囊(9)内充气，实现装置自动调平扶正，在地基勘察作业完成后，通过射流泵(8)反向加压将筒型基础(1)取出回收。
2.根据权利要求1所述的带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，其特征在于：筒形基础(1)为钢材薄壁结构，直径5～10m；筒形基础(1)内部通过设有圆柱形分隔板将其形成预留空舱(2)，空舱直径在2-5m。
3.根据权利要求1所述的带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，其特征在于：负压射流泵(8)数量与筒形基础(1)分仓数相同，为4～8个；通过负压抽取可将该装置安装到海床表面，并提供锚固力。
4.根据权利要求1所述的带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，其特征在于：外置气囊(9)直径5～10m，桁架支撑结构(10)高度5～10m。
5.根据权利要求3所述的带自动扶正气囊的深海地基勘察座底装置，其特征在于：筒形基础(1)共分4仓，顶部外围设有4台负压射流泵(8)。
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