CN108674105A - 水陆两栖岩土工程勘察平台及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水陆两栖岩土工程勘察平台及使用方法，勘察平台包括以下组成模块：作业平台，用于安装勘探取样、原位测试所需设备；行走模块，设置在作业平台下方，包括机架以及履带式行走装置，为作业平台在陆上行驶提供动力；调平模块，设置在作业平台和行走模块之间，在陆域勘察时，用于保持作业平台水平；升降模块，设置在作业平台周围，包括液压升降装置和多根桩腿，用于实现桩腿相对于作业平台的上升和下降；推进模块，设置在所述机架上，在水域勘察时，为作业平台提供航行和转向的动力。本发明的有益之处在于：实现两栖作业，克服了潮汐涨落对潮间带区域勘察所造成的影响，并且能够保证作业平台水平。

Description

水陆两栖岩土工程勘察平台及使用方法

技术领域

本发明涉及一种岩土工程勘察平台，具体涉及一种可以水陆两栖使用的岩土工程勘察平台。

背景技术

在港口、桥梁、风电、海防等海岸工程建设中，所需进行地质勘察的区域必定涉及滩涂或潮间带。潮间带——指最高潮位和最低潮位间的滩地，具有涨潮时淹没退潮时露出的特点，通常土质疏松、承载力低，以粉细砂、淤泥质粘性土居多。现有的滩涂勘察通常采用：1)船载式勘察平台，利用涨潮进入滩区搁浅作业，再利用下一次涨潮使船退出，勘察作业受制于涨退潮时间以及船的吃水深度；2)搭建固定作业平台，则存在反复建、拆、迁的过程，耗时、耗力、效率低，并会影响滩涂或潮间带的生态环境；3)采用水陆两套设备完成勘探或原位测试项目，勘察成本居高不下。除此之外，最低潮位的水陆交界处或泥质滩涂区还存在着路不能修、车不能到、船不能进的勘察盲区。

目前，现有技术中已公开了部分解决方案，比如，PCT国际专利申请“浮力履带两栖运输装置”(PCT/US2007/081750，2007.10.18)，从载人/货的角度出发，提供了一种用于深水、浅水或湿地环境下的运输装置，为两栖作业提供了有益思路。

又如，专利号为CN204415072U的中国实用新型专利公开了一种“一种潮间带双栖钻探平台装置”，该装置由挂桨机、动力控制系统、钻机组成，通过平台底部水陆两栖行走装置，解决了在潮间带地段钻探转场的难题，提高了作业效率，但由于受限于水域或潮间带涉水状态，难以实施基于固定平台的原位测试项目。

再如，中国发明专利申请CN104386215A公开了一种“浮箱式水上勘探作业平台”，作业平台由勘探钻机、浮箱、托架、定位桩等组成，平台移位及定位较为方便，可以实现水陆两栖勘探取样。但在水域状态下，该平台并无自航能力，转场需其他辅助设备支持，且受风、浪、涌等影响时，平台上的测试设备会随之上下浮动，使测得的原位测试数据失真。

此外，现有的水陆两栖勘察平台在陆域作业时，若需要钻孔的位置处于斜坡、堤边或崎岖处，难以保持作业平台水平，实现竖直钻孔。

随着近海沿岸水工建筑、跨海桥隧、深水码头、海上风电、海防工程等质量要求的不断提升，岩土工程基础设计离不开海域、滩涂、陆域一片完整区域的勘察资料。因此，业内迫切需要一种转场灵活、安全性高、成本低的水陆两栖勘察作业平台，作业人员可以通过操作平台上不同用途的勘察装备，完成勘探取样及静力触探等原位测试项目，满足岩土工程勘察设计的要求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明要解决的一个技术问题是提供一种水陆两栖岩土工程勘察平台，作业人员通过操作作业平台上各种不同用途的勘察装备，可以完成在陆域和水域的勘探取样和各类原位测试项目，并且能够保证作业平台水平，满足岩土工程勘察规范的要求。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水陆两栖岩土工程勘察平台，包括以下组成模块：作业平台，用于安装勘探取样、原位测试所需设备，所述作业平台内设有浮力装置；行走模块，设置在作业平台下方，包括机架以及连接在所述机架两侧的履带式行走装置，为所述作业平台在陆上行驶提供动力；调平模块，设置在所述作业平台和所述行走模块之间，在陆域勘察时，用于保持所述作业平台水平；升降模块，设置在所述作业平台周围，包括液压升降装置和多根桩腿，用于实现桩腿相对于所述作业平台的上升和下降；推进模块，设置在所述机架上，在水域勘察时，为所述作业平台提供航行和转向的动力。

优选地，所述调平模块包括多根液压支腿，液压支腿的一端固定在所述机架上，另一端设有螺纹套管，所述作业平台通过螺栓与所述螺纹套管相连接。

优选地，所述作业平台上设有连接孔，所述螺栓穿过连接孔与所述螺纹套管连接。

优选地，所述履带式行走装置包括履带，以及设置在履带内的发动机、驱动轮、导向轮和支重轮。

优选地，所述机架中还安装有浮箱。

优选地，所述作业平台包括桁架式框架和铺设在所述桁架式框架上面的甲板，所述浮力装置安装在所述桁架式框架内。

优选地，所述作业平台的各角落安装有锚桩。

优选地，所述作业平台上还设有控制台，所述控制台上设有用于控制行走模块的方向盘、用于控制推进模块的轮舵、用于控制升降模块的操作杆和用于控制调平模块的按钮。

本发明要解决的另一个技术问题是提供了上述的水陆两栖岩土工程勘察平台的使用方法，包括以下步骤：

A.平台安装：将所述行走模块、推进模块通过调平模块与作业平台相连接，并将勘探取样、原位测试所需设备固定在作业平台上；

B.平台运输：将作业平台整体起吊或自行驶到车、船或集装箱等运输载体上，运输各组成模块至预定作业位置附近，组装成所述水陆两栖岩土工程勘察平台；然后根据作业区域的情况执行下述步骤C和/或D；

C.陆域作业：将所述勘察平台行驶至预定作业位置，若预定作业位置处于倾斜处，则调平模块调整，使得作业平台保持水平，开始实施勘探取样或原位测试项目，一个孔位结束后，由行走模块将所述勘察平台行驶至下一孔位，继续实施勘探取样或原位测试；

D.水域作业：将所述勘察平台航行至预定作业位置，若进行勘探取样，则执行以下步骤：

a)锚泊定位：准确定位钻孔位置后，锚泊固定所述勘察平台；

b)勘探取样：操作作业平台上的钻机，持续钻进、取样这一过程，直至钻至预定孔深处；

c)转场：作业完成后，起锚，航行至下一孔位，重复上述步骤a)和b)；

若进行原位测试，则执行以下步骤：

1)下桩腿：在预定作业位置将桩腿逐节下降，使桩腿下端的桩靴插入海床；

2)升平台：利用液压升降装置，持续下桩腿，直至整个作业平台升至海面以上；

3)原位测试：操作作业平台上的原位测试设备，实施原位测试作业；

4)降平台及拔桩：作业完成后，利用液压升降装置将作业平台降至海面，将桩腿拔出海床；

5)转场：航行至下一孔位，重复上述步骤1)至4)。

优选地，当需要在潮间带进行长时间的勘察作业时，根据涨潮和退潮，交替执行上述步骤C和D。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：各组成模块独立设计，按需组装，便于运输；通过设置行走模块和推进模块，实现两栖作业，克服了潮汐涨落对潮间带区域勘察所造成的影响，使用时无需筑路与建固定平台，大幅降低了勘察成本，同时有效的保护滩涂或潮间带生态环境；通过设置调平模块，可以保证作业平台水平。

附图说明

图1为本发明勘察平台的整体结构示意图；

图2为本发明勘察平台的结构分解及安装示意图；

图3为作业平台和调平模块的安装示意图；

图4为推进模块和行走模块的安装示意图；

图5为控制台的结构示意图；

图6为本发明在水域作业时的工作示意图；

图7为本发明在陆域作业时的工作示意图；

图8为本发明长途运输时的工作示意图；

图9为本发明的工作流程图。

元件标号说明：

1 销孔

2 推进模块

3 升降模块

4 桩靴

5 轮舵

6 按钮

7 控制台

8 方向盘

9 操作杆

10 护栏

11 锚桩

12 月池

13 作业平台

14 桩腿

151 圈梁部

152 基座部

16 活塞杆

17 导向轮

18 悬架

19 履带式行走装置

20 加劲板

21 驱动轮

22 支重轮

30 浮箱

301 凹陷部

31 液压支腿

311 螺纹套管

312 螺栓

313 垫圈

314 连接孔

33 机架

40 钻杆

41 探头

42 海面

43 海床

44 钻机

50 调平模块

51 行走模块

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。本申请文件所述的本发明可应用于海域，同样也适用于江、河、湖和塘等水域；所述陆域包含滩涂及潮间带，同样适用于砂质海岸、泥质海岸、河口潮间带区域。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

原位测试是依据国家标准“岩土工程勘察规范”(GB 50021-2001,2009版)，进行十字板剪切试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验、扁铲侧胀试验和波速测试中的一种或多种。

如图1和2所示，本发明提供了一种水陆两栖岩土工程勘察平台，包括作业平台13、行走模块51、调平模块50、升降模块3和推进模块2。其中，作业平台13用于安装勘探取样、原位测试所需设备，作业平台13内设有浮力装置；行走模块51设置在作业平台13下方，包括机架33以及连接在机架33两侧的履带式行走装置19，为作业平台13在陆上行驶提供动力；调平模块50设置在作业平台13和行走模块51之间，在陆域勘察时，用于保持作业平台13水平；升降模块3设置在作业平台13周围，包括液压升降装置和多根桩腿14，用于实现桩腿14相对于作业平台13的上升和下降；推进模块2设置在机架33上，在水域勘察时，为作业平台13提供航行和转向的动力。

在本发明的优选实施例中，作业平台13呈矩形，包括桁架式框架和铺设在桁架式框架上面的甲板，浮力装置为桁架式框架内整齐排列的浮箱，浮箱优选地为中空矩形体、柱体或长方体，为勘察平台的水域航行或锚泊定位提供所需浮力。作业平台13的四个角落均安装有锚桩11，用于锚泊定位勘察平台。作业平台13的四周由护栏10围起，防止作业人员和设备在运输或作业时从作业平台13上跌落。作业平台13上还开设有月池12，如图6和7所示，作业人员可以通过月池12将勘察设备的钻杆40或套管伸入孔位，从而开展勘探取样或原位测试项目。

如图1和图5所示，作业平台13上设有控制台7，控制台7上设有方向盘8、轮舵5、操作杆9、按钮6。其中，方向盘8和轮舵5分别控制勘察平台的行驶或航行方向；操作杆9用于在水域作业时，控制升降模块3中桩腿14的升降；按钮6中包括用于控制调平模块13，保持作业平台13水平的按钮。

如图4所示，在行走模块51中，连接在机架33两侧的履带式行走装置19包括履带，以及设置在履带内的发动机(未示出)、驱动轮21、导向轮17、支重轮22和悬架18，其中驱动轮21、导向轮17和支重轮22均安装在悬架18内。使用时，由控制台7上的开关启动履带式行走装置19内的发动机，发动机通过泵控马达传递力给驱动轮21，带动履带在地面上行驶，并可以通过方向盘8控制履带式行走装置19的行驶方向，从而使勘察平台到达预定作业位置进行作业。优选地，机架33由高强度合金材质的横梁、纵梁及肋板焊接制成。

如图2和图4所示，推进模块2安装在机架33上，由马达、浆毂、叶片和舵叶等装配而成，马达产生的动力在水中转换成推力，推动勘察平台在水域航行。作业人员通过控制台7上的轮舵5及调速开关按钮，可以以全回转方式控制勘察平台的航速与航向，实现在一个钻孔完成作业后前往下一个钻孔的自航转场。

进一步地，机架33中还安装有浮箱30，从而进一步提升勘察平台的整体浮力。浮箱30上还设有与月池12位置相对应的凹陷部301，供勘察设备的钻杆40或套管穿过。

如图2和图3所示，调平模块50包括多根液压支腿31，优选地为四根。液压支腿31的一端固定在机架33上，另一端设有螺纹套管311，作业平台13上则设有连接孔314，螺栓312通过连接孔314将作业平台13与螺纹套管311相连接。优选地，螺栓312上还套有垫圈313。在到达陆域预定作业位置后，启动控制台7上的按钮6来控制四个液压支腿31的升降，使作业平台13在孔位处保持水平状态，实现竖直钻孔。

如图1和图2所示，升降模块3包括液压升降装置和下端连接有桩靴4的桩腿14，并通过加劲板20及螺栓固定在作业平台13的四个角落。液压升降装置包括圈梁部151和基座部152，基座部152内设有液压缸和锁紧装置，液压缸的活塞杆16与圈梁部151相连接。桩腿14设于液压升降装置内，且桩腿14上沿长度方向开有多个销孔1，圈梁部151上设有一个可与桩腿14上任意一个销孔1对齐的固定孔。桩腿14可以通过桩腿接头连续加长，并通过螺栓相连接。

如图6所示，在水域作业时，将勘察平台航行至预定作业位置，逐节连接桩腿14使之加长，并下降桩腿14直至桩靴4插入海床43，然后基座部152的锁紧装置锁紧桩腿14，液压缸驱动活塞杆16上升一个节距，将插销通过圈梁部151的固定孔插入桩腿14上的销孔1进行固定，松开锁紧装置并驱动活塞杆16收缩，就可以使得作业平台13相对于桩腿14上升一个节距。循环这一个过程，即可使得作业平台13升至海面42上方一定高度，实施勘探取样或原位测试，避开波、浪、潮、涌对勘察作业的影响。作业完成后，基座部152的锁紧装置锁紧桩腿14，液压缸驱动活塞杆16下降一个节距，将插销通过圈梁部151的固定孔插入桩腿14上的销孔1进行固定，松开锁紧装置并驱动活塞杆16伸长，就可以使得作业平台13相对于桩腿14下降一个节距。循环这一个过程，即可将作业平台13下降至海面42。

下面对上述水陆两栖岩土工程勘察平台的使用方法进行说明。

如图9所示，该方法包括以下步骤：

A.平台安装：如图2、图3所示，将行走模块51、推进模块2通过调平模块50与作业平台13相连接，形成一个基本的两栖平台，并将勘探取样、原位测试所需设备固定在作业平台13上；

B.平台运输：如图8所示，将桩腿14与桩靴4从升降模块3中取出后分离，放置在作业平台13上。同样，可将护栏10、锚桩11和液压升降装置等组成部件放置在作业平台13上。将平台整体起吊，或者由作业人员操作控制台7上的按钮6与方向盘8，将作业平台13行驶到车、船或集装箱等运输载体上，运输各组成模块至预定作业位置附近，再将作业平台13吊下或者自行行驶下运输载体，组装成所述水陆两栖岩土工程勘察平台；然后根据作业区域的情况执行下述步骤C和/或D；

C.陆域作业：如图7所示，将所述勘察平台行驶至预定作业位置，若预定作业位置处于倾斜处，则操作控制台7上的按钮6对液压支腿31的高度和角度进行调整，使得作业平台(13)保持水平后，开始实施勘探取样或原位测试项目，并通过钻机44将钻杆40及探头41伸入钻孔内。进行勘探取样时，探头41为取土器；进行原位测试时，探头41为静力触探探头或十字板头，具体探头类型取决于所开展的原位测试项目。一个孔位结束后，通过行走模块51将所述勘察平台行驶至下一孔位，继续实施勘探取样或原位测试，直至陆域勘察作业完成。

D.水域作业：如图6所示，将勘察平台沿滩涂或潮间带逐渐驶入水中，作业人员启动推进模块2，操作控制台7上的轮舵5，将所述勘察平台航行至预定作业位置，若进行勘探取样，则执行以下步骤：

a)锚泊定位：准确定位钻孔位置后，通过锚桩11固定所述勘察平台；

b)勘探取样：操作作业平台13上的钻机44，持续钻进、取样这一过程，直至钻至预定孔深处；

c)转场：作业完成后，起锚，由推进模块2驱动航行至下一孔位，重复上述步骤a)和b)；

若进行原位测试，则执行以下步骤：

1)下桩腿：在预定作业位置将桩腿14逐节下降，使桩腿14下端的桩靴4插入海床43；

2)升平台：利用液压升降装置，持续下桩腿14，直至整个作业平台13升至海面42以上一定高度，形成一个固定的海上平台；

3)原位测试：操作作业平台13上的原位测试设备，实施原位测试作业；

4)降平台及拔桩：作业完成后，利用液压升降装置将作业平台13降至海面42，将桩腿14拔出海床43；

5)转场：航行至下一孔位，重复上述步骤1)至4)。

进一步地，当需要在潮间带进行长时间的勘察作业时，根据涨潮和退潮，交替执行上述步骤C和D。

此外，按照规范要求，原位测试设备须基于一个不受环境影响的固定平台，因此在海域进行原位测试时须采用上述步骤2)使作业平台13上升，离开海面42。其实在海域进行勘探取样时，也可以先将平台升起，再进行勘探取样，尽管这么操作会降低作业效率，但能提升取样质量。

水域作业结束后，作业人员操作控制台7上的轮舵5，将勘察平台驶回陆域；陆域作业结束后，将勘察平台行驶到指定区域，拆卸各组成模块并放置在作业平台13上，将如图8所示的勘察平台驶回出发地，本次勘察项目结束。

如上所述，本发明具有以下有益效果：

1)通过设置行走模块51和推进模块2，实现两栖作业，克服了潮汐涨落对潮间带区域勘察所造成的影响，使用时无需筑路与搭建固定平台，大幅降低了勘察成本，同时有效地保护了滩涂或潮间带生态环境；

2)通过设置调平模块50，可以保证作业平台13水平，解决了当作业平台13处于斜坡或崎岖地时会造成钻孔倾斜的难题；

3)本发明各模块独立设计，按需组装，便于运输。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水陆两栖岩土工程勘察平台，其特征在于，包括以下组成模块：

作业平台(13)，用于安装勘探取样、原位测试所需设备，所述作业平台(13)内设有浮力装置；

行走模块(51)，设置在作业平台(13)下方，包括机架(33)以及连接在所述机架(33)两侧的履带式行走装置(19)，为所述作业平台(13)在陆上行驶提供动力；

调平模块(50)，设置在所述作业平台(13)和所述行走模块(51)之间，在陆域勘察时，用于保持所述作业平台(13)水平；

升降模块(3)，设置在所述作业平台(13)周围，包括液压升降装置和多根桩腿(14)，用于实现桩腿(14)相对于所述作业平台(13)的上升和下降；

推进模块(2)，设置在所述机架(33)上，在水域勘察时，为所述作业平台(13)提供航行和转向的动力。

2.根据权利要求1所述的勘察平台，其特征在于，所述调平模块(50)包括多根液压支腿(31)，所述液压支腿(31)的一端固定在所述机架(33)上，另一端设有螺纹套管(311)，所述作业平台(13)通过螺栓(312)与所述螺纹套管(311)相连接。

3.根据权利要求2所述的勘察平台，其特征在于，所述作业平台(13)上设有连接孔(314)，所述螺栓(312)穿过所述连接孔(314)与所述螺纹套管(311)连接。

4.根据权利要求1所述的勘察平台，其特征在于，所述履带式行走装置(19)包括履带，以及设置在履带内的发动机、驱动轮(21)、导向轮(17)和支重轮(22)。

5.根据权利要求1所述的勘察平台，其特征在于，所述机架(33)中还安装有浮箱(30)。

6.根据权利要求1所述的勘察平台，其特征在于，所述作业平台(13)包括桁架式框架和铺设在所述桁架式框架上面的甲板，所述浮力装置安装在所述桁架式框架内。

7.根据权利要求1所述的勘察平台，其特征在于，所述作业平台(13)的各角落安装有锚桩(11)。

8.根据权利要求1所述的勘察平台，其特征在于，所述作业平台(13)上还设有控制台(7)，所述控制台(7)上设有用于控制行走模块的方向盘(8)、用于控制推进模块的轮舵(5)、用于控制升降模块的操作杆(9)和用于控制调平模块的按钮(6)。

9.一种权利要求1所述的水陆两栖岩土工程勘察平台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.平台安装：将所述行走模块(51)、推进模块(2)通过调平模块(50)与作业平台(13)相连接，并将勘探取样、原位测试所需设备固定在作业平台(13)上；

B.平台运输：将作业平台(13)整体起吊或自行驶到车、船或集装箱等运输载体上，运输各组成模块至预定作业位置附近，组装成所述水陆两栖岩土工程勘察平台；然后根据作业区域的情况执行下述步骤C和/或D；

C.陆域作业：将所述勘察平台行驶至预定作业位置，若预定作业位置处于倾斜处，则调整调平模块(50)使得作业平台(13)保持水平，开始实施勘探取样或原位测试项目，一个孔位结束后，由行走模块(51)将所述勘察平台行驶至下一孔位，继续实施勘探取样或原位测试；

D.水域作业：将所述勘察平台航行至预定作业位置，若进行勘探取样，则执行以下步骤：

a)锚泊定位：准确定位钻孔位置后，锚泊固定所述勘察平台；

b)勘探取样：操作作业平台(13)上的钻机(44)，持续钻进、取样这一过程，直至钻至预定孔深处；

c)转场：作业完成后，起锚，航行至下一孔位，重复上述步骤a)和b)；

若进行原位测试，则执行以下步骤：

1)下桩腿：在预定作业位置将桩腿(14)逐节下降，使桩腿(14)下端的桩靴(4)插入海床(43)；

2)升平台：利用液压升降装置，持续下桩腿(14)，直至整个作业平台(13)升至海面(42)以上；

3)原位测试：操作作业平台(13)上的原位测试设备，实施原位测试作业；

4)降平台及拔桩：作业完成后，利用液压升降装置将作业平台(13)降至海面(42)，将桩腿(14)拔出海床(43)；

5)转场：航行至下一孔位，重复上述步骤1)至4)。

10.根据权利要求9所述的水陆两栖岩土工程勘察平台的使用方法，其特征在于，当需要在潮间带进行长时间的勘察作业时，根据涨潮和退潮，交替执行上述步骤C和D。