CN112663687A - 载荷试验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种载荷试验系统和方法，用于水下复合地基，载荷试验系统包括：起吊装置；沉降装置，与起吊装置连接；测控系统，与沉降装置连接，用于检测并记录沉降装置对水下复合地基的沉降量；处理装置，与测控系统通讯连接，用于对沉降量进行分析处理，并获取实验数据；其中，起吊装置驱动沉降装置置于水下复合地基上，以使得沉降装置对水下复合地基产生沉降量。本发明通过获取沉降量，可应用于水底沉管隧道工程水下地基的载荷试验，得到的桩土荷载分担比、荷载—沉降曲线等关键参数。

Description

载荷试验系统和方法

技术领域

本发明涉及水下工程技术领域，具体而言，涉及一种载荷试验系统和方法。

背景技术

相关技术中，随着近年来海底隧道的快速发展，越来越多的地基处理技术应用到水下工程中，如碎石冲桩、挤密砂桩、水泥搅拌桩等多项技术在不同的工程中均取得了良好的应用效果。然而由于自然条件的制约，水下地基处理技术一直没有较好的试验检测手段进行验证，采用常规的地基载荷试验方法，在深度较深的水下难以进行。因此需要研究一种新的方法可实现深水条件下的载荷试验。

与传统的深层水泥搅拌桩用于加固码头、岸坡、海堤的处理方式不同，作为沉管隧道的地基处理方案，必须与管底的碎石垫层形成复合地基受力模式。整体复合地基的承载性能、沉降、荷载分配等都会对整体沉管结构的沉降变位及承载性能造成影响。

鉴于以上问题，国内首次深层水泥搅拌桩复合地基深水载荷原型试验，亟需开发一套水底沉管隧道水下复合地基试验新方法。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题中的至少之一。

本发明的第一目的在于提供一种载荷试验系统。

本发明的第二目的在于提供一种载荷试验方法。

为实现本发明的第一目的，本发明的实施例提供了一种载荷试验系统，用于水下复合地基，包括：起吊装置；沉降装置，与起吊装置连接；测控系统，与沉降装置连接，用于检测并记录沉降装置对水下复合地基的沉降量；处理装置，与测控系统通讯连接，用于对沉降量进行分析处理，并获取实验数据；其中，起吊装置驱动沉降装置置于水下复合地基上，以使得沉降装置对水下复合地基产生沉降量。

另外，本发明提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述技术方案中，沉降装置包括：第一荷载块；载荷板，与第一荷载块软连接；至少两个吊架，对称设于第一荷载块的相对两侧；基准板，与吊架远离第一荷载块的一端软连接。

上述任一技术方案中，测控系统包括：第一静力水准测量装置，设于基准板上，用于测量基准板与吊架之间的距离以及载荷板与第一荷载块之间的距离；

第二静力水准测量装置(1304)，设于所述载荷板(124)上，用于测量所述载荷板(124)与所述基准板(128)之间的相对沉降的沉降量。

上述任一技术方案中，沉降装置还包括：限位装置，设于载荷板和第一荷载块上，用于限定载荷板和第一荷载块在水下复合地基的放置位置。

上述任一技术方案中，沉降装置还包括：多个第二荷载块，依次设于第一荷载块上。

为实现本发明的第二目的，本发明的实施例提供了一种水下复合地基载荷试验方法，包括如下步骤：铺设水下复合地基；在水下复合地基上预埋土压力盒；将沉降装置吊送至水下与水下复合地基相互贴合；采集沉降装置的沉降量；对沉降量进行分析处理，并获取实验数据。

上述任一技术方案中，铺设水下复合地基的步骤包括：打设水泥搅拌桩并对水泥搅拌桩的桩顶进行平整；在水泥搅拌桩上铺设碎石垫层并找平。

上述任一技术方案中，将沉降装置吊送至水下与水下复合地基相互贴合的步骤之间还包括：测量水流流速；水流流速小于.m/s时，吊送沉降装置。

上述任一技术方案中，将将沉降装置吊送至水下与水下复合地基相互贴合的步骤包括：在基准板和载荷板与碎石垫层接触后，确认基准板和载荷板是否水平；若基准板和载荷板不水平，则调整基准板和载荷板与碎石垫层接触面水平；下放第一荷载块，且第一荷载块每下放一定距离就确定一次荷载块和载荷板之间的间距，直至荷载块与载荷板相互接触。

上述任一技术方案中，将将沉降装置吊送至水下与水下复合地基相互贴合的步骤还包括：下放第一个第二荷载块至第一荷载块上；采集下放第一个第二荷载块之后的沉降量；依次下放多个第二荷载块与采集对应的沉降量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明一个实施例的载荷试验系统的组成示意图；

图2为本发明一个实施例的载荷试验系统的结构示意图之一；

图3为本发明一个实施例的载荷试验系统的结构示意图之二；

图4为本发明一个实施例的载荷试验系统的载荷板的俯视示意图；

图5为本发明一个实施例的载荷试验系统的结构示意图之三；

图6为本发明一个实施例的载荷试验方法的流程图之一；

图7为本发明一个实施例的载荷试验方法的流程图之二；

图8为本发明一个实施例的载荷试验方法的流程图之三；

图9为本发明一个实施例的载荷试验方法的流程图之四；

图10为本发明一个实施例的载荷试验方法的流程图之五。

其中，图1至10中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100：载荷试验系统，110：起吊装置，120：沉降装置，1202：限位装置，1208：122：第一荷载块，124：载荷板，126：吊架，128：基准板，129：第二荷载块，1210：缓冲结构，130：测控系统，1302：第一静力水准测量装置，1304：第一静力水准测量装置，140：处理装置，200：水下复合地基。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种载荷试验系统100，用于水下复合地基200，载荷试验系统100包括：起吊装置110、沉降装置120、测控系统130和处理装置140，沉降装置120，与起吊装置110连接；测控系统130，与沉降装置120连接，用于检测并记录沉降装置120对水下复合地基200的沉降量；处理装置140，与测控系统130通讯连接，用于对沉降量进行分析处理，并获取实验数据；其中，起吊装置110驱动沉降装置120置于水下复合地基200上，以使得沉降装置120对水下复合地基200产生沉降量。

本实施例中，通过起吊装置110将沉降装置120调送至水下复合地基200上，使沉降装置120对水下复合地基200产生沉降量，然后通过测控系统130采集沉降量等信息，处理装置140对沉降量等信息进行分析处理，获取到实验数据。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种载荷试验系统100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

沉降装置120包括：第一荷载块122、载荷板124、两个吊架126和基准板128，载荷板124与第一荷载块122软连接；至少两个吊架126，对称设于第一荷载块122的相对两侧；基准板128，与吊架126远离第一荷载块122的一端软连接。

本实施例中，载荷板124的顶部设有缓冲结构1210，例如可以是缓冲橡胶，用于在第一荷载块122与载荷板124相互接触时起到缓冲的作用。起吊装置110包括定位方驳船和卷扬机，通过定位方驳船下放第一荷载块122，下放时，由定位方驳和吊钩坐标控制下放精度，同时为了防止第一荷载块122在下放过程中发生扭转，利用起重船两侧的卷扬机连接第一荷载块122上的吊点，通过绞车控制第一荷载块122的位置。基准板128带有进水口。第一荷载块122与载荷板124通过铰链进行软连接，基准板128通过铰链与吊架126进行软连接。

实施例3

如图2和图3所示，本实施例提供了一种载荷试验系统100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

测控系统130包括：第一静力水准测量装置1302和第二静力水准测量装置1304，第一静力水准测量装置1302，设于基准板128和载荷板124上，用于测量基准板128与吊架126之间的距离、荷载块122与载荷板124之间的间距；第二静力水准测量装置1304，设于载荷板124上，用于测量载荷板124与基准板之间的相对沉降的沉降量。

本实施例中，起吊船将第一荷载块122吊至试验区域后，匀速缓慢下放第一荷载块122，当基准板128和载荷板124与碎石垫层接触后，潜水确认基准板128和载荷板124是否水平，若不水平，则潜水确定调整尺寸后，由起重船调整基准板128和载荷板124，待其底面与碎石垫层接触面水平后，缓慢下放第一荷载块122，并通过荷载块122和载荷板124上的第一静力水准测量装置1302确定第一荷载块122与载荷板124的间距(每下放10cm确认一次间距)，直至第一荷载块122与载荷板124接触。然后通过第二静力水准测量装置1304测量载荷板124与基准板128之间的相对沉降的沉降量。

实施例4

如图2所示，本实施例提供了一种载荷试验系统100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

沉降装置120还包括：限位装置1202，限位装置1202，设于载荷板124和第一荷载块122上，用于限定载荷板124和第一荷载块122在水下复合地基200的放置位置。

本实施例中，限位装置1202能够保证载荷板124和第一荷载块122精确地下方到标定的位置。

实施例5

如图1所示，本实施例提供了一种载荷试验系统100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

沉降装置120还包括：多个第二荷载块129，多个第二荷载块129依次设于第一荷载块122上。

本实施例中，通过设置多个第二荷载块129，以获取沉降量。

实施例6

如图6所示，本实施例提供了一种水下复合地基载荷试验方法，包括如下步骤：

步骤102：铺设水下复合地基。

步骤104：在水下复合地基上预埋土压力盒。

步骤1046：将沉降装置吊送至水下与水下复合地基200相互贴合。

步骤108：采集沉降装置的沉降量。

步骤110：对沉降量进行分析处理，并获取实验数据。

本实施例中，载荷板及荷载块预制完成后在陆上对试验器材组装进行预实验并标定土压力盒和调试静力，土压力盒需在铺设碎石垫层时，由潜水人员同步在指定位置埋设，土压力盒固定在由槽钢和吊带组成的定位架上。

实施例7

如图7所示，本实施例提供了一种载荷试验方法。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

铺设水下复合地基的步骤包括：

步骤202：打设水泥搅拌桩并对水泥搅拌桩的桩顶进行平整。

步骤204：在水泥搅拌桩上铺设碎石垫层并找平。

本实施例中，打设水泥搅拌桩，桩顶高出设计槽底0.5m，铺设碎石垫层前挖除桩顶施工质量差的桩体，能过保证水泥搅拌桩的桩顶的平整度。水泥搅拌桩上铺设碎石垫层并找平，可以保证沉降量测量的准确性。并在成桩28天后，采用潜水作业人工对试验桩顶整平，以保证桩顶受力均匀，土压力盒较为平整的放在桩顶。在碎石垫层铺设前，对试验桩位的桩顶进行人工潜水找平处理，桩顶找平后，再进行碎石垫层找平，找平精度控制±10cm，从而保证试验的结果准确性和安全性。定位方驳到达试验场地后，测量员手持RTK-GPS在同一侧船舷的艏艉端进行边线定位，指挥定位方驳绞移，到达位置后多次测量，确认准确后，进行荷载块位置的精确定位并做好标记。第一荷载块122安放时采用定位桩和定位板的形式指引荷载块落到指定位置，定位桩通过水上勘探船和潜水员辅助的形式进行埋设。

实施例8

如图8所示，本实施例提供了一种载荷试验方法。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

将沉降装置120吊送至水下与水下复合地基200相互贴合的步骤之间还包括：

步骤302：测量水流流速；

步骤304：水流流速小于0.6m/s时，吊送沉降装置120。

通过在水流流速小于0.6m/s时将沉降装置120吊送至水下，避免径流。

实施例9

如图9所示，本实施例提供了一种载荷试验方法。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

步骤402：将将沉降装置吊送至水下与水下复合地基200相互贴合的步骤包括：

步骤404：在基准板和载荷板与碎石垫层接触后，确认基准板和载荷板是否水平；

步骤406：若基准板和载荷板不水平，则调整基准板和载荷板与碎石垫层接触面水平；

步骤408：下放第一荷载块，且第一荷载块每下放一定距离就确定一次荷载块和载荷板之间的间距，直至荷载块与载荷板相互接触。

本实施例中，根据潮汐和荷载块底的底标高估算出水深，控制荷载块触底前速度，当第一荷载块122落底前约1m时停止下钩由潜水员检查荷载块的相对位置和基准板等情况，检查无误后对照定位管和定位板通过对讲机控制荷载块精准落位。试验人员和第一荷载块122在定位方驳，起重船起吊第一荷载块前，试验人员需将土压力盒和测控系统电缆线接至采集系统，调试试验设备，调试完成后，进行第一荷载块的吊装。

实施例10

如图10所示，本实施例提供了一种载荷试验方法。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：

步骤502：将将沉降装置吊送至水下与水下复合地基200相互贴合的步骤还包括：

步骤504：下放第一个第二荷载块129至第一荷载块122上；

步骤506：采集下放第一个第二荷载块129之后的沉降量；

步骤508：依次下放多个第二荷载块129与采集对应的沉降量。

本实施例总，在第一载荷块122安装完成后，在潜水母船上的潜水员下水对第一荷载块122安装情况进行检查，主要检查项目为第一荷载块122是否平稳，第一荷载块122底部的仪器是否有损坏、多个第二荷载块129之间是否错位等，检查无问题后进行水下摘钩。再次利用静力水准系统及潜水指挥吊放第一荷载块122，施加荷载，并实时记录沉降量。待第一荷载块122沉降稳定后依次吊放多个第二荷载块129，并实时记录沉降量。得到的桩土荷载分担比、荷载—沉降曲线等关键参数，进一步推进DCM复合地基的变形机理研究。

综上，本发明实施例的有益效果为：

本发明通过获取沉降量，可应用于水底沉管隧道工程水下地基的载荷试验，得到的桩土荷载分担比、荷载—沉降曲线等关键参数。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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单元必须具有特定的方向、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。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种载荷试验系统(100)，用于水下复合地基(200)，其特征在于，载荷试验系统(100)包括：

起吊装置(110)；

沉降装置(120)，与所述起吊装置(110)连接；

测控系统(130)，与所述沉降装置(120)连接，用于检测并记录所述沉降装置(120)对所述水下复合地基(200)的沉降量；

处理装置(140)，与所述测控系统(130)通讯连接，用于对所述沉降量进行分析处理，并获取实验数据；

其中，所述起吊装置(110)驱动所述沉降装置(120)置于所述水下复合地基(200)上，以使得所述沉降装置(120)对所述水下复合地基(200)产生所述沉降量。

2.根据权利要求1所述的载荷试验系统(100)，其特征在于，所述沉降装置(120)包括：

第一荷载块(122)；

载荷板(124)，与所述第一荷载块(122)软连接；

至少两个吊架(126)，对称设于所述第一荷载块(122)的相对两侧；

基准板(128)，与所述吊架(126)远离所述第一荷载块(122)的一端软连接。

3.根据权利要求2所述的载荷试验系统(100)，其特征在于，所述测控系统(130)包括：

第一静力水准测量装置(1302)，设于所述基准板(128)上，用于测量所述基准板(128)与所述吊架(126)之间的距离以及所述载荷板(124)与所述第一荷载块(122)之间的距离；

第二静力水准测量装置(1304)，设于所述载荷板(124)上，用于测量所述载荷板(124)与所述基准板(128)之间的相对沉降的沉降量。

4.根据权利要求3所述的载荷试验系统(100)，其特征在于，所述沉降装置(120)还包括：

限位装置(1202)，设于所述载荷板(124)和所述第一荷载块(122)上，用于限定所述载荷板(124)和所述第一荷载块(122)在所述水下复合地基(200)的放置位置。

5.根据权利要求3所述的载荷试验系统(100)，其特征在于，所述沉降装置(120)还包括：

多个第二荷载块(129)，依次设于所述第一荷载块(122)上。

6.一种水下复合地基载荷试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

铺设水下复合地基；

在所述水下复合地基上预埋土压力盒；

将沉降装置吊送至所述水下与所述水下复合地基(200)相互贴合；

采集所述沉降装置的沉降量；

对所述沉降量进行分析处理，并获取实验数据。

7.根据权利要求6所述的水下复合地基载荷试验方法，其特征在于，所述铺设水下复合地基的步骤包括：

打设水泥搅拌桩并对所述水泥搅拌桩的桩顶进行平整；

在所述水泥搅拌桩上铺设碎石垫层并找平。

8.根据权利要求6所述的水下复合地基载荷试验方法，其特征在于，所述将沉降装置(120)吊送至所述水下与所述水下复合地基(200)相互贴合的步骤之间还包括：

测量水流流速；

水流流速小于0.6m/s时，吊送所述沉降装置(120)。

9.根据权利要求7或8所述的水下复合地基载荷试验方法，其特征在于，所述将将沉降装置吊送至所述水下与所述水下复合地基(200)相互贴合的步骤包括：

在所述基准板和所述载荷板与所述碎石垫层接触后，确认基准板和载荷板是否水平；

若基准板和载荷板不水平，则调整所述基准板和所述载荷板与所述碎石垫层接触面水平；

下放所述第一荷载块，且所述第一荷载块每下放一定距离就确定一次所述荷载块和载荷板之间的间距，直至所述荷载块与所述载荷板相互接触。

10.根据权利要求6所述的水下复合地基载荷试验方法，其特征在于，所述将将沉降装置吊送至所述水下与所述水下复合地基(200)相互贴合的步骤还包括：

下放第一个所述第二荷载块(129)至所述第一荷载块(122)上；

采集下放第一个所述第二荷载块(129)之后的所述沉降量；

依次下放多个所述第二荷载块(129)与采集对应的所述沉降量。

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