CN112352080A - 检验海滨基础建筑的桩的承载能力的检验装置 - Google Patents

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CN112352080A CN201980040944.2A CN201980040944A CN112352080A CN 112352080 A CN112352080 A CN 112352080A CN 201980040944 A CN201980040944 A CN 201980040944A CN 112352080 A CN112352080 A CN 112352080A
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Abstract

用于检验海滨基础建筑的第一桩(22a)的承载能力的检验装置(26)，其具有主体(28)、使主体(28)连接于基准构件的第一连接件、使主体(28)连接于第一桩(22a)的第二连接件、沿平行于第一桩(22a)的轴线的方向对第一桩(22a)施加载荷的荷载施加件(34)。其还具有用于测定第一桩(22a)移动的测量装置。

Description

检验海滨基础建筑的桩的承载能力的检验装置
技术领域
本发明涉及海滨基础建筑技术领域，尤其是用于支承海滨风力涡轮机的海滨基础建筑技术领域。更具体地说，本发明涉及这种海滨基础建筑的桩的承载能力的检验装置。
背景技术
海滨装置例如海滨风力涡轮机，通常置于具有结构件和基础桩的海滨基础建筑上。海滨基础建筑通过将基础桩打入海床，固定于海床。基础桩的上端可选地通过桩套管固定于结构件。
通常，基础桩采用所谓冲击驱动技术打入海床，所述冲击驱动技术是对基础桩施加大载荷，使之在短时间，例如在一击不到一秒的时间，打入海床，如此重复施加该载荷进行击打。一旦基础桩插入，就实施动力试验方法。根据动力试验方法，用一个锤重复施加载荷，同时监视桩柱的加速和应变。使桩锤冲程期间模型化桩柱性能与记录的信号进行匹配(称为信号匹配法)，可根据监视数据反算桩承载能力。动力试验的主要缺点是，产生很大的噪音和很大的振动，其有害于海滨基础建筑和海滨装置周围的野生生物。此外，动力试验法使用的相关或安全系数，一般大于静态试验，其增大必须用动力试验测定的桩承载能力，增大桩直径，因而增加材料成本。
为了避免这些缺陷，已经提出各种各样的打桩入海床的改进方法。但是，这些方法不能检验是否已经以所需的效能打桩。目前，检验这种改进方法打的基础桩的承载能力的唯一方法，仍然是在桩插入之后实行动力试验方法。因此，仍需要无需实行动力试验方法，而可检验基础桩的承载能力。
本发明旨在克服上述缺陷。
发明内容
更具体地说，本发明旨在于当检验海滨基础建筑的基础桩的承载能力时，更重视周围的野生动物。
首先，本发明提出一种用于检验海滨基础建筑的第一桩的安置的检验装置，其具有主体、使主体连接于基准构件的第一连接件、使主体连接于第一桩的第二连接件、沿平行于第一桩的轴线的方向对第一桩施加载荷的载荷施加件。
根据其一般特征之一，检验装置还具有测定第一桩移动的测定装置。
这种装置的优点是，无需实行动力试验技术，即可检验第一桩的插入情况。更具体地说，第一连接件和第二连接件可使载荷施加件与动力试验相比在静态条件下施加较轻的载荷。因此，噪音或振动的产生相当小。
在一个实施例中，第一连接件具有接触面，第一连接件的接触面用于承靠在基准构件的正面上。
根据另一个实施例，第二连接件具有接触面，第二连接件的接触面用于承靠在第一桩的正面上。
在一个具体实施例中，第一连接件配置成使主体固定于海滨基础建筑的结构件或者连接装置。
在一个具体实施例中，第一连接件配置成使主体固定于海滨基础建筑的第二桩。
优选地，第一连接件和第二连接件基本上相同。
在另一个具体实施例中，第一连接件具有第一固定件，用于使海滨基础建筑的第二桩固定于主体。
优选地，第一固定件还配置成使海滨基础建筑的至少一个第三桩固定于主体。
在一个具体实施例中，第一固定件配置成夹持第二桩。
第一连接件的这种设计，可使用结构件、连接装置或者第二桩，视情况而定，其可作为施加的载荷的平衡重。因此，避免使用笨重压载物。这对水下设备尤其有利，因为海水中压载物浮力很大。
在另一个实施例中，第二连接件具有第二固定件，用于使第一桩固定于主体。
优选地，第二固定件配置成夹持第一桩。
在一个具体实施例中，第一固定件和第二固定件中至少一个具有至少两个径向活动卡盘。
在另一个实施例中，荷载施加件配置成，以趋向于使第一桩推进到海床中的方式施加载荷。
在另一个实施例中，载荷施加件具有动筒和活塞，测量装置能直接测定活塞相对于作动筒的移动。
这种设计提供一种简单和结构紧凑的施加载荷的解决方案，确定第一桩是否已经移动。
在另一个实施例中，测量装置能测定第一桩相对于主体的移动。
这种配置避免由于载荷施加件的弹性而造成的测量偏差。
在另一个实施例中，第一连接件、第二连接件和载荷施加件中至少一个由液压能和/或电能致动。
这种能量尤其更适于水下设备，因为其可具有远距离发电装置，例如在浮式平台上。装置本身结构更为紧凑。
根据本发明的另一个实施例，海滨基础建筑的连接装置具有接纳海滨基础建筑的桩的圆柱形套筒、以及上述检验装置。
在一个具体实施例中，圆柱形套筒设计成能接纳一个其圆形径向横截面具有0.1至3.0米、优选为0.6米至1.5米直径的桩。
这种直径可限制装置的载荷施加件施加的载荷。
也可配置至少两个圆柱形套管，每个圆柱形套管用于接纳海滨基础建筑的一个桩，同时形成一个连接装置。
这种连接装置可增大基桩数量，以便减小每个桩的直径，而不损害海滨基础建筑固定于海床的可靠性和综合承载能力。
根据本发明的另一方面，本发明提出用于检验海滨基础建筑的第一桩的承载能力的检验方法，海滨基础建筑优选地是用于支承海滨风力涡轮机的海滨基础建筑，检验方法包括：使前述的检验装置布置在海滨基础建筑上，以使主体连接于基准构件；使主体连接于第一桩；沿平行于第一桩的轴线的方向对第一桩施加载荷；测定载荷；以及，以及测定第一桩的移动。
附图说明
根据附图所示的非限制性具体实施例的详细说明，本发明及其优越性将得到更好理解，附图如下：
-图1是具有本发明的连接装置的海滨基础建筑的侧视图；
-图2是图1所示连接装置的立体图；
-图3是图1和2所示的配有本发明装置的连接装置的横剖面图；
-图4是图3所示装置的第一连接件的局部横剖面图；
-图5是图3所示装置的载荷施加件的细部侧视图；以及
-图6是图3所示装置的另一个实施例的连接件的细部侧视图。
具体实施方式
图1示意地示出海滨基础建筑2。海滨基础建筑2旨在置于海床3上，支承海滨装置(未示出)，尤其是海滨风力涡轮机。但是，海滨基础建筑2可用来支承另一种海滨装置，例如海滨烃平台。
规格化正交直矢量基线4用于海滨基础建筑2。基线4由矢量
Figure BDA0002843485350000041
矢量
Figure BDA0002843485350000042
和矢量
Figure BDA0002843485350000043
组成。
在本申请书中，当海滨基础建筑2正常安置在水平海床上时，“低”、“向下”和“向上”应相对于基线4予以理解，假定矢量
Figure BDA0002843485350000044
垂直向上定向。
“圆柱形”应根据其通常的定义理解，即圆柱面是由与一给定线平行的、通过与给定线不平行的平面中一固定平面曲线的所有线上的所有点组成的面。
海滨基础建筑2具有一个结构件6。结构件6具有四个主支柱8，图1侧视图仅示出两个支柱8。结构件6也具有多个斜撑10。斜撑10使一个支柱8机械连接于另一个支柱8。图1侧视图仅示出四个斜撑10。
在所述实施例中，结构件6是一个导架。但是，不超出本发明的范围，可具有一种不同设计的结构件，例如三脚架。
海滨基础建筑2每个主支柱8具有一个连接装置12。更准确地说，在图1所示的实施例中，海滨基础建筑2具有四个连接装置12，图1侧视图仅示出其中两个。连接装置12用于在结构件6与基桩22、22a之间形成机械连接(参见图3)。基桩22、22a沿其一条轴线延伸，围绕所述轴线的方向呈圆柱形。基桩22、22a也具有圆形径向横截面，其具有直径d22。在下面的说明中，除非另有说明，“径向”和“轴向”应参考桩22或22a的旋转轴线加以理解。为使附图更清晰起见，图1和2未示出桩。对于每个主支柱8，连接装置12固定于主支柱8的下端。在所示的实施例中，在海滨基础建筑2放入海中之前，连接装置12焊接于支柱8。
如图2所示，连接装置12具有一个中央套筒14和五个周边套筒16。但是，可以配置不同数量的周边套筒16，例如六个周边套筒。套筒14和16围绕矢量
Figure BDA0002843485350000051
的方向呈圆柱形。套筒16全部围绕套筒14的轴线呈一个圆。但是，周边套筒16可呈不同的几何排列。套筒14和套筒16具有圆形径向横截面。所有套筒16的径向横截面的直径d16基本上相同。套筒14的径向横截面的直径d14约为直径d16的两倍。更具体地说，直径d16选择成，连接装置12适于接纳直径d22为0.6米至1.5米的桩。于是，直径d16为0.6米至1.8米。
连接装置12具有一个金属副架18。金属副架18具有多个金属中空部分(未标出)和金属板(未标出)。对于每个连接装置12，金属副架18旨在连接套筒14、套筒16和一个使连接装置12与主支柱8的下端进行固定的连接部分。
如图2所示，每个套筒16具有一个上部部分20。对于每个套筒16，该部分20围绕周边套筒16的轴线呈截锥形。更具体地说，所述部分20在具有直径d20d的下部圆形端部与具有直径d20u的上部圆形端部之间垂直延伸。直径d20d等于直径d16，直径d20u大于直径d20d。优选地，所述部分20的截锥形形状的角度为40°至55°。所述部分20的截锥形形状有助于基桩22、22a插入到套筒16中，使海滨基础建筑2固定于海床3。
图3是围绕图1中平面III-III的横剖面图。如图3所示，每个周边套筒16具有一个下部扩大部分23。特别是，所述部分23具有一个用于置于海床3上的下部正面24。所述面24形成一个垂直于矢量
Figure BDA0002843485350000061
的圆盘。所述部分23具有多个例如八个立柱25，其用于增大所述部分23与套筒16之间的连接刚性。
海滨基础建筑2具有一个装置26。装置26用于检验桩22、22a在插入之后的承载能力。为使附图更清晰起见，图1和2未示出装置26。
装置26具有一个主体28。主体28基本上是平的，垂直于矢量
Figure BDA0002843485350000062
在图2所示的实施例中，主体28具有五个通孔(未标出)，其定位成接纳五个桩22、22a。主体28轴向置于周边套筒16的所述部分20的上端上。
对于每个待检验桩22、22a，装置26具有一个分装置27。在所述实施例中，分装置27相同。因此，下面仅详述与桩22a连接的分装置27。因此，除非另有说明，下面说明中涉及与桩22a连接的分装置27，也适用于与桩22连接的分装置。待检验桩的数量可少于待安置桩的总数。
分装置27具有一个径向围绕桩22a的颈部30。颈部30围绕桩22a的轴线的方向呈圆柱形，在所示的实施例中，沿矢量
Figure BDA0002843485350000063
方向。颈部30也示于图4，其为沿平面IV-IV的横截面。像套筒16一样，颈部30适于接纳直径为0.6米至1.5米的桩22a。更具体地说，颈部30在内部由一个具有圆形径向横截面的圆柱面径向限定。颈部30的圆形径向横截面的直径d30大于直径d22a：
d22<d30<1,5xd22
颈部30具有三个径向活动卡盘32。卡盘32详细于图4的径向横剖面图。卡盘32配置成使桩22a定位和夹紧于颈部30。为此，卡盘32匀称地布置在颈部30的内周边上。卡盘32能向内径向活动，以便夹持桩22a。因此，配有一个使主体28机械连接于桩22a的机械连接装置。
分装置27具有一对液压执行机构34。执行机构34示于详图图5。每个执行机构34具有一个固定于主体28的作动筒36和一个固定于颈部30的活塞38。在所示的实施例中，每个执行机构34能施加3.75兆牛顿至30兆牛顿的轴向向下载荷。这种执行机构的优点是，可对桩22a施加7.5兆牛顿至60兆牛顿的轴向载荷。
在所述实施例中，卡盘32和液压执行机构34，与布置在海滨基础建筑附近的浮式平台上的水力发电装置(未示出)进行液压连接。液压连接可由液压导管(未示出)提供。但是，可使用不同的能量，例如电能，操纵卡盘32和/或执行机构34。
分装置27还具有位移传感器40和41(在所示实施例中有两个)。传感器40和41用于测定桩22a是否移动。传感器40固定于主体28。传感器40能直接测定桩22a的轴向位移，根据标准EAP/ASTM D1143使测得的移动与一个预定阈值进行比较。传感器41固定于作动筒36。传感器41也可安装在作动筒36的一个凹部(未示出)中。传感器41能直接测定活塞38的移动，使测得的移动与一个预定阈值进行比较。例如，传感器40和41可具有一个行程终端传感器。
在所示实施例中，每个分装置27配有两个位移传感器。这可进行冗余量测，以提高桩22a的位移检测可靠性。但是，不超出本发明的范围，每个分装置27可仅配置两个传感器40和41中的一个，或者两个以上的传感器40和41。
在所示实施例中，使桩22、22a连接于主体28的连接件，对于所有桩22、22a来说均相同。特别是，连接待检验桩22a的连接件，与连接非待检验桩22的连接件相同。这特别有利，因为无需在每次必须检验不同的桩22、22a时移动装置26。
在所示实施例中，连接桩22a的连接件，可不同于连接桩22的连接件。例如，连接桩22a的连接件可具有一个轴向接触桩22a的上端的接触面(未示出)。在另一个实施例中，连接桩22的连接件具有一个轴向接触桩22上端的接触面，与导管22a连接的分装置27的执行机构34用于施加轴向向上载荷。
在另一个实施例中，主体28不连接于桩22，而连接于连接装置12的一部分或者结构件6。例如，装置26具有一个使主体28固定于一个套筒16的上部部分20的固定件。
图6示出可用作卡盘32的一个实施例的连接件。图6所示的连接件用于使装置26固定于桩22、22a的内表面。在该实施例中，颈部30用一个圆盘42取而代之，其与颈部30具有相同的外径和相同的轴向厚度。圆盘42可通过相同的执行机构34(图6未示出)机械连接于主体28。一个杆43从圆盘42沿垂直于圆盘42的方向延伸。在所示实施例中，该方向平行于矢量
Figure BDA0002843485350000081
杆43在圆盘42的近端具有一个圆柱形部分44，在圆盘42的远端具有一个渐变部分46。所述部分44具有圆形径向横截面，其直径d44略小于直径d22：
d22x0,8<d44<d22
所述部分46由一个圆锥面径向向外限定，围绕所述部分44形成一个平截头圆锥体。所述部分46在具有基本上等于直径d44的较大直径d46u的上端与具有较小直径d46d的下端之间延伸。
如图6所示，所述部分44具有八个径向活动衬垫48。衬垫48由水力发电装置供给的液压力进行操纵。
采用这种布置，杆43可接纳在一个桩22、22a内。于是，衬垫48径向向外活动，对桩22、22a的内圆柱面施加压力。这使杆43夹紧于桩22、22a。
这种连接件也可用来使主体28固定于套筒14。在这种情况下，不再需要配置连接桩22的连接件，可相当大地提高装置26的结构紧凑性。
通过装置26，可实施以下检验方法。检验方法在海滨基础建筑2的基桩22和22a插入到海床3中之后实施。采用现有技术中公知的任何合适的方法，最好是不同于冲击驱动技术的方法，可驱动基桩22和22a。
第一步，桩22、22a之一选用作待检验桩。为了说明，桩22a选用作待检验桩。
第二步，装置26在一个连接装置12上布置在图3所示的位置。
第三步，与桩22连接的分装置27的卡盘32，径向向内活动，使桩22机械连接于主体28。
于是，与桩22a连接的分装置27的卡盘32，径向向内活动，使桩22a机械连接于主体28。
于是，与桩22a连接的分装置27的执行机构34，施加与桩22a所需的承载能力相应的轴向向下载荷。所述载荷予以测定和记录。同时，传感器40和41分别监控桩22a相对于主体28的移动，以及活塞38相对于作动筒36的移动。如果这些移动之一大于相关的预定阈值，那么，桩22a视为安置不当。
在所述实施例中，考虑当传感器40和41测得的位移中至少一个超过相关的预定阈值时，检测桩的移动。但是，可以确定成只有传感器40和41测得的位移两者均超过相关的预定阈值，才检测桩的移动。
于是，选择另一个待检验桩22，重复第一步。重复以下步骤。当连接装置12的所有桩22、22a已经检验时，装置26移向另一个连接装置12，对另一个连接装置12的桩重复实施检验方法。当标准EAP/ASTM D1143中规定的海滨基础建筑的桩数已经检验时，检验方法完成。
无需短时间施加大载荷，上述装置26和方法可检验基桩22、22a是否已经安置得当。因此，避免产生大噪音或大振动。

Claims (22)

1.用于检验海滨基础建筑(2)的第一桩(22a)的安置的检验装置(26)，检验装置具有主体(28)、使主体(28)连接于基准构件的第一连接件、使主体(28)连接于第一桩(22a)的第二连接件、沿平行于第一桩(22a)的轴线对第一桩(22a)施加载荷的载荷施加件(34)，其特征在于，检验装置还具有测定第一桩(22a)移动的测量装置。
2.根据权利要求1所述的检验装置(26)，其特征在于，检验装置(26)适于检验第一桩(22a)的承载能力。
3.根据权利要求1或2所述的检验装置(26)，其特征在于，第一连接件具有接触面，第一连接件的接触面用于靠在基准构件的正面上。
4.根据权利要求1或2所述的检验装置(26)，其特征在于，第二连接件具有接触面，第二连接件的接触面用于靠在第一桩的正面上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，第一连接件用于使主体固定于海滨基础建筑的结构件或者连接装置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，第一连接件配置成使主体(28)连接于海滨基础建筑的第二桩(22)。
7.根据权利要求6所述的检验装置(26)，其特征在于，第一连接件和第二连接件基本上相同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，第一连接件具有第一固定件，用于使海滨基础建筑的第二桩(22)固定于主体(28)。
9.根据权利要求8所述的检验装置(26)，其特征在于，第一固定件还配置成使海滨基础建筑的至少一个第三桩(22)固定于主体(28)。
10.根据权利要求8或9所述的检验装置(26)，其特征在于，第一固定件配置成夹持第二桩(22)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，第二连接件具有第二固定件，用于使第一桩固定于主体(28)。
12.根据权利要求11所述的检验装置(26)，其特征在于，第二固定件配置成夹持第一桩。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，第一固定件和第二固定件中至少一个具有至少两个径向活动卡盘(32)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，荷载施加件(34)配置成，以趋向于使第一桩(22a)推进到海床(3)中的方式施加载荷。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，荷载施加件(34)具有作动筒(36)和活塞(38)。
16.根据权利要求15所述的检验装置(26)，其特征在于，测量装置(41)能直接测定活塞(38)相对于作动筒(36)的移动。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，测量装置(40)能测定第一桩(22a)相对于主体(28)的移动。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的检验装置(26)，其特征在于，第一连接件、第二连接件和载荷施加件(34)中至少一个由液压能和/或电能致动。
19.海滨基础建筑(2)的连接装置(12)，其特征在于，连接装置具有用于接纳海滨基础建筑(2)的桩(22a,22)的圆柱形套筒(16)、以及根据权利要求1至18中任一项所述的检验装置(26)。
20.根据权利要求19所述的连接装置(12)，其特征在于，圆柱形套筒(16)设计成能接纳一个其圆形径向横截面具有0.6米至1.5米的直径(d22)的桩(22a,22)。
21.根据权利要求19或20所述的连接装置(12)，其特征在于，连接装置具有至少两个圆柱形套筒(16)，每个圆柱形套筒用于接纳海滨基础建筑(2)的一个桩(22a,22)。
22.用于检验海滨基础建筑(2)的第一桩(22a)的承载能力的检验方法，海滨基础建筑优选地是用于支承海滨风力涡轮机的海滨基础建筑，检验方法包括：使根据权利要求1至18中任一项所述的检验装置(26)布置在海滨基础建筑(2)上，以使主体(28)连接于基准构件；使主体(28)连接于第一桩(22a)；沿平行于第一桩(22a)的轴线的方向对第一桩(22a)施加载荷；测定载荷；以及，以及测定第一桩(22a)的移动。
CN201980040944.2A 2018-06-18 2019-06-18 检验海滨基础建筑的桩的承载能力的检验装置 Pending CN112352080A (zh)

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