CN107700458A - 用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头 - Google Patents

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李魁魁
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段伟
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    • E02D1/022—Investigation of foundation soil in situ before construction work by investigating mechanical properties of the soil
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，包括探杆和扩底探端以及设于所述探杆和探端之间的测试系统，所述测试系统包括感应侧摩阻力、端阻力以及孔隙水压力的摩阻压力传感器、端阻压力传感器和孔隙水压力传感器，所述测试系统还设有能够渗水并作用于孔隙水压力传感器的孔压过滤环，且所述测试系统设有能够传递感应信号的通信设备。本发明的探头填补了针对扩底桩施工前的静力触探勘察探头的空缺；能够随着贯入土层深度的变化连续不断、精确的测定土层的相关参数并及时输出变化的电压值，为扩底桩工程施工提供切实可靠的参考依据，进一步对海底土体的物理力学性质指标做出真实可靠的分析。

Description

用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头
技术领域
本发明涉及可评价海底超软土特性的全流触探探头，尤其涉及一种能够原位测试的全流触探探头。
背景技术
伴随着沿海地区的不断发展，国家在沿海地区的建设以及对海洋资源的开发方面有着越来越多的工程项目，诸如围海造陆、跨海大桥、海底隧道、海上风电、海上石油钻井平台、海底可燃冰钻采平台等等。在项目数量大幅度增多的同时，海洋工程也不断的由近海向远海，由浅海向深海发展，项目规模日益增大。这对海洋工程的安全性、耐久性，提出了更高的要求。在沿海软土地基处理中，业内广泛采用的地基形式为扩底桩。
在海洋工程中，地形复杂、土体极易扰动，人工钻取土样无法精确反映水下土体的真实物理力学性质，在海底开展原位测试技术能够有效的解决这一问题，并为工程提供可靠的参考依据。但由于海上风浪、洋流等一系列环境的制约，很多原位测试技术或无法开展，或施工成本较高。海底静力触探技术是一种成本低廉、数据准确、可靠度高的有效海底勘察手段，近年从国外引进后在许多工程中得到应用。目前开展海洋静力触探所采用的探头，多数为常规锥形探头，常规锥形探头无法实现在海底/水下软土层中进行全流触探试验；近年来，随着海洋工程发展越来越迅速，对海底土层的工程勘察精度要求越来越高，在海底静力触探这一技术引进国内以来，多采用与陆上勘察相同的常规探头，无法实现全流触探试验；并未出现专用于海底静力触探，特别是针对扩底桩施工前的静力触探勘察而研发的探头。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，该全流触探探头解决了由于外界环境的制约而无法对海洋超软土进行原位测试、或测试成本高的问题，同时解决了常规锥形探头无法实现在海底/水下软土层中进行全流触探试验的问题。
技术方案：本发明的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，包括探杆和扩底探端、以及设于所述探杆和探端之间的测试系统，所述测试系统包括感应侧摩阻力、端阻力以及孔隙水压力的摩阻压力传感器、端阻压力传感器和孔隙水压力传感器，所述测试系统还设有能够渗水并作用于孔隙水压力传感器的孔压过滤环，且所述测试系统设有能够传递感应信号的通信设备。
该探头工作时将被安装于海底静力触探设备上，由钢制绞绳从测量船吊装下放到指定的测试海域，再由静力触探设备贯入海底软土层指定深度进行测量。该探头能够通过摩阻压力传感器、端阻压力传感器连续感应探头在贯入土层过程中受到的侧摩阻力和端阻力，通过孔隙水压力传感器连续感应探头贯入土体一定深度处的孔隙水压力，并将感应的信号值转变成变化的电压值，经通信设备传回地表，后续针对这一变化值进行相应处理，结合经验公式，通过土体强度参数随深度变化的连续规律，既得到比较准确的海底土体竖向固结参数，也为扩底桩施工提供有价值的参考数据，应用于扩底桩的施工参考。
本发明设计的一种用于海洋超软土原位测试的梨形扩底扩底全流触探探头，能够针对海底/水下超软土层开展全流触探试验，准确的测定超软土层的相关物理力学性质参数，为海洋工程勘察和基础施工提供可靠参考依据，同时也在研发海洋静力触探专用探头的道路上做出了新的尝试、为海底静力触探技术的发展提出了新的研究方向。
所述测试系统还包括套筒，所述套筒一端与探杆连接、另一端通过套设的孔压过滤环与探端连接；所述套筒包括设有摩阻压力传感器的摩擦套筒和设有端阻压力传感器和孔隙水压力传感器的端阻套筒。
所述探端呈梨形，正投影为圆形，投影面积为100cm2。采用梨形扩底探头形式，在实现全流触探的功能同时，能够模拟扩底桩在超软土层中的受力形式，该探头梨形扩底形式在贯入超软土层过程中，能够便于土体绕流，实现全流触探试验功能。作为一种专用海底超软土静力触探专用探头，使得测量数据更能反映扩底桩在软土层中的受力状态。在对测试场地进行基础设计的前期勘察时，采用本发明的梨形扩底全流触探探头，将更加便于快速准确的确定相关土质参数指标。
探端底部设有圆角，便于贯入过程中超软土绕流，以实现全流触探的功能。
为了实现传输传感器感应的信号，所述通信设备包括依次穿设于套筒和探杆的信号传输线。
为了延长该探头的使用寿命，防止被海水腐蚀生锈，所述探头表面设有喷砂和/或喷漆防锈层。
有益效果：1、本发明用于海洋超软土原位测试的全流触探探头填补了针对扩底桩施工前的静力触探勘察探头的空缺；2、能够随着贯入土层深度的变化连续不断、精确的测定土层的相关参数并及时输出变化的电压值；3、具有全流触探的功能；4、为扩底桩工程施工提供切实可靠的参考依据，进一步对海底土体的物理力学性质指标做出真实可靠的分析。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明一实施例所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，包括探杆1和扩底探端2、以及设于所述探杆1和探端2之间的测试系统3，且探头表面做喷砂和/或喷漆防锈处理。
探杆1直径为35.7mm，扩底探端2在外形上呈梨形，其正投影为面积100cm2的圆形，探头底部设有半径为5mm圆角。
所述测试系统3包括一端与探杆1连接、另一端通过套设的孔压过滤环34 与探端2连接的套筒35，套筒35包括设有摩阻压力传感器31的摩擦套筒351 和设有端阻压力传感器32和孔隙水压力传感器33的端阻套筒352，且所述测试系统3还设有穿设于套筒35和探杆1的信号传输线4。其中，孔压过滤环34厚度为5mm，摩擦套筒351高度为133.7mm。
本发明的使用原理如下：
使用时将该探头通过探杆1连接至海底静力触探设备，由船或其他运输工具将整体设备吊装至勘探场地，并下放至水下或海底。借由静力触探设备将该探头贯入土体之中，探头即可开展工作。
伴随贯入深度的不断增加，该探头可连续不断的测得侧壁摩阻力、端阻力、孔隙水压力等数据，其数据表现形式为摩阻压力传感器31、端阻压力传感器32、孔隙水压力传感器33在不同条件下产生的不同电压值，即电信号，该电信号通过同轴的数据传输电缆进行传输；在接收装置记录其电信号后，通过一定处理，即可得到以上三组数据的测定值。通过经验公式对测压元件测定数据进行处理，可以得到土体的连续的应力-深度曲线，从而推算海底或水底软土的强度参数；通过对孔隙水压力传感器测定值进行处理，结合相关分析可以得到海底或水底软土的竖向固结参数。
本发明采用梨形扩底探头形式，能够模拟扩底桩在超软土层中的受力形式，同时该探头形式在贯入超软土层过程中，能够便于土体绕流，具有实现全流触探试验功能。作为一种专用海底超软土静力触探专用探头，使得测量数据更能反映扩底桩在软土层中的受力状态。在对测试场地进行基础设计的前期勘察时，采用本发明的一种梨形扩底全流静力触探探头，将更加便于快速准确的确定相关土质参数指标。

Claims (9)

1.一种用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：包括探杆(1)和扩底探端(2)以及设于所述探杆(1)和探端(2)之间的测试系统(3)，所述测试系统(3)包括感应侧摩阻力、端阻力以及孔隙水压力的摩阻压力传感器(31)、端阻压力传感器(32)和孔隙水压力传感器(33)，所述测试系统(3)还设有能够渗水并作用于孔隙水压力传感器(33)的孔压过滤环(34)，且所述测试系统(3)设有能够传递感应信号的通信设备。
2.根据权利要求1所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述测试系统(3)还包括套筒(35)，所述套筒(35)一端与探杆(1)连接、另一端通过套设的孔压过滤环(34)与探端(2)连接。
3.根据权利要求2所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述套筒(35)包括设有摩阻压力传感器(31)的摩擦套筒(351)和设有端阻压力传感器(32)和孔隙水压力传感器(33)的端阻套筒(352)。
4.根据权利要求1所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述探端(2)呈梨形。
5.根据权利要求1所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述探端(2)底部设有圆角。
6.根据权利要求1所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述探端(2)正投影为圆形。
7.根据权利要求6所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述探端(2)投影面积为100cm2。
8.根据权利要求2所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述通信设备包括依次穿设于套筒(35)和探杆(1)的信号传输线(4)。
9.根据权利要求2所述的用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头，其特征在于：所述探头表面设有喷砂和/或喷漆防锈层。
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