CN115522526B - 海床式静力触探贯入装备及贯入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海床式静力触探贯入装备，包括：底座，探杆动力单元和套管动力单元。其中探杆动力单元包括四个挤压轮、位移动力结构、转动动力结构；套管动力单元包括夹紧动力结构和升降动力结构。探杆动力单元夹紧探杆向下贯入探杆，套管动力单元夹紧套管向下贯入套管。本发明将液压缸贯入套管与挤压轮贯入探杆的方式组合，实现了在一台装备上既可以下探杆又可以下套管的功能，两种贯入方式组合后的贯入力比单一的液压缸贯入或挤压轮贯入的贯入力更大，解决了海床式静力触探装备贯入力不足、无法下套管后再下探杆的问题，适合深水域和恶劣的施工环境。

Description

海床式静力触探贯入装备及贯入方法

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种海床式静力触探贯入装备及贯入方法。

背景技术

目前国内风电市场发展迅速，根据目前风电项目水深普遍在40 m以内，且底质均为软黏土的特性，海上风电工程一般采用将吸力锚下沉到海底一定深度的方法，吸力锚自身重力大，在淤泥质软黏土中具有良好抗拔性能，利用吸力锚将风机风电设备固定在海面。海上风电场施工需要详细了解工程区海底各土层的土质特征，求取各土层工程性质指标、确定桩基参数等。

静力触探试验作为海上工程勘察常用的原位测试手段之一，可快速、准确获得原位土体特征。静力触探是指利用压力装备将探杆贯入土层深处，获得土层物理力学特性的方法。常用的海上静力触探装备的贯入方式有：井下式、升降平台式、海床式等。其中井下式需要配套大型海洋钻机下套管，价格高昂；升降平台式适用水深有限的环境，且对风浪条件要求高；轻型海床式贯入力不足，适用于浅水域施工。

在复杂工况下，如施工场地条件恶劣，如大风，大浪，深水环境下施工，需要用重型静力触探装备先下套管再下探杆进行静力触探试验。目前国内海床式静力触探要求探测深度最深已经达到75 m，采用重型海床式静力触探装备，重型海床式静力触探装备一般采用重型基座，整体结构较为复杂，施工需要大型工程船。且现有的海床式静力触探装备无法在同一台装备上完成下套管和下探杆的操作，静力触探时需要一套下套管设备和一套下探杆设备。

发明内容

本发明提供一种海床式静力触探贯入装备及贯入方法，以轻型结构，满足需要重型海床静力触探的作业需求，适用国内沿海轻型工程船使用的要求。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种海床式静力触探贯入装备，包括：

底座，其安装在海床上，底部中心位置有预留孔；

探杆动力单元，包括：

四个挤压轮，其设置在底座上方，所述四个挤压轮呈十字形对称设置且每个挤压轮的两端面竖直放置，四个挤压轮的轮边空隙形成探杆夹紧部，所述探杆夹紧部位于所述预留孔的上方，探杆自上而下依次穿过探杆夹紧部和预留孔；

位移动力结构，其与四个挤压轮连接，所述位移动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步作靠近或远离的运动，使所述探杆夹紧部夹紧或松开探杆；

转动动力结构，其与四个挤压轮连接，所述转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步转动，每两个对称的挤压轮转速相同、转向相反，以带动所述探杆向上或向下运动；

套管动力单元，其位于所述探杆动力单元的下方，包括：

夹紧动力结构，其有两个相对设置的伸缩臂，两个伸缩臂间连接一个套管夹，两个伸缩臂沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹夹紧或松开套管，所述套管夹形成套管的进出部，套管的进出部与探杆夹紧部对齐，所述套管自上而下依次穿过探杆夹紧部、套管夹和预留孔，所述套管内部上下贯通，所述探杆可沿轴向穿过所述套管；

升降动力结构，其驱动所述套管夹上下往复运动，带动所述套管向上或向下运动，套管夹完成一次上下运动，带动所述套管向下或向上运动。

优选的是，海床式静力触探贯入装备，还包括：

多个外框架，竖向依次通过连接件连接，最下方的一个外框架固定在底座上，一个外框架对应一个探杆动力单元或套管动力单元，每个外框架的底板上设置有预留通道，所述预留通道与所述预留孔对齐；

提升装置，其固定在最上方的外框架的顶部。

优选的是，所述转动动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述转动动力结构包括四个液压马达，一个液压马达的输出轴连接一个挤压轮，四个液压马达同步转动，带动与其对应的四个挤压轮同速转动，带动探杆夹紧部向下挤压探杆或向上起拔探杆。

优选的是，所述位移动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述位移动力结构包括一对上油缸、一对上油缸抱夹、一对下油缸、一对下油缸抱夹，一对上油缸和一对下油缸垂直呈“井”字形设置，且形成自上至下的探杆或套管穿入空间，一对上油缸抱夹的上端与一对上油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对上油缸抱夹的中部与同一竖直面的一对挤压轮的轮轴连接，一对上油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对下油缸抱夹的上端与一对下油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对下油缸抱夹的中部与同一竖直面的另一对挤压轮的轮轴连接，一对下油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对上油缸、一对下油缸同步作伸缩运动，带动一对上油缸抱夹、一对下油缸抱夹转动，使四个挤压轮同步作远离或靠近的运动。

优选的是，所述夹紧动力结构与套管夹连接的具体方式为：所述夹紧动力结构包括两个夹紧油缸，两个夹紧油缸的活塞杆形成所述伸缩臂，套管夹包括两个活动臂，一个活塞杆连接套管夹的一个活动臂，两个夹紧油缸的活塞杆沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹的两个活动臂夹紧或松开。

优选的是，所述升降动力结构与套管夹连接的具体方式为：所述升降动力结构包括两个升降油缸，两个夹紧油缸设置在两个升降油缸的上方且分别与两个升降油缸上下对应，两个升降油缸的活塞杆沿竖直方向同步作伸缩运动，带动一对夹紧油缸上下运动，一对夹紧油缸带动套管夹上下运动，使套管向下或向上运动。

优选的是，所述探杆动力单元有两个，且上下依次设置。

优选的是，所述探杆包括多根子探杆，所述多根子探杆依次竖向连接，所述套管包括多根子套管，所述多根子套管依次竖向连接。

海床式静力触探贯入方法，应用所述的海床式静力触探贯入装备，包括以下步骤：

第一步：位移动力结构驱动四个挤压轮作远离的运动，扩大探杆夹紧部，使套管可通过，夹紧动力结构的两个伸缩臂作收缩的运动，使套管夹松开，升降动力结构上升，带动套管夹上升，套管插入套管夹，夹紧动力结构的两个伸缩臂作拉伸的运动，使套管夹夹紧套管；

第二步：升降动力结构下降，使套管夹下降，套管夹带动套管下降，重复松开套管夹，上升升降动力结构，夹紧套管，下降升降动力结构的操作，直到套管贯入到位；

第三步：探杆伸入探杆夹紧部，位移动力结构驱动四个挤压轮作靠近的运动，探杆夹紧部夹紧探杆；

第四步：转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步向探杆夹紧部方向转动，四个挤压轮产生向下的贯入力，探杆伸入套管并向下贯入，探杆贯入到位后转动动力结构停止驱动四个挤压轮。

探杆及套管的起拔步骤如下：

第一步：转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步向探杆夹紧部反方向转动，四个挤压轮产生向上的起拔力，探杆向上起拔，直到探杆起拔完成；

第二步：位移动力结构驱动四个挤压轮作远离的运动，扩大探杆夹紧部，卸载探杆，并使套管可通过探杆夹紧部；

第三步：夹紧动力结构的两个伸缩臂作收缩的运动，使套管夹松开，升降动力结构下降，带动套管夹下降，夹紧动力结构的两个伸缩臂作拉伸的运动，使套管夹夹紧套管；

第四步：升降动力结构上升，带动套管夹上升，套管夹带动套管上升，重复松开套管夹，下降升降动力结构，套管夹夹紧套管，上升升降动力结构的操作，直到套管起拔完成。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明将液压缸贯入套管与挤压轮贯入探杆的方式组合，实现了在一台装备上既可以下探杆又可以下套管的功能，两种贯入方式组合后的贯入力比单一的液压缸贯入或挤压轮贯入的贯入力更大，解决了海床式静力触探装备贯入力不足、无法下套管后再下探杆的问题，适合深水域和恶劣的施工环境。同时本发明不需要使用大型海洋钻机钻孔下套管，减小工程船压力，以轻型结构，满足需要重型海床静力触探的作业需求，适用国内沿海轻型工程船使用的要求。

第二、本发明采用将上，下两层探杆驱动单元进行叠加贯入的方式，使总贯入力提高到200 KN，将探杆的使用能力提高了一个层次。

第三、本发明采用四个挤压轮夹紧探杆，使探杆在四个对称的方向受到大小相等的力，解决了贯入过程中挤压轮不同步，探杆受力不均匀的问题。

第四、本发明采用先贯入套管再贯入探杆的施工方法，使探杆在套管内进行贯入，起到保护探杆和延长探杆寿命的作用。解决了深水环境下探杆贯入易弯曲，折断的问题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一种技术方案的结构示意图；

图2为本发明所述的探杆动力单元的结构示意图；

图3为本发明所述的探杆动力单元的侧示图；

图4为本发明所述的探杆动力单元的俯视图；

图5为本发明所述的升降动力结构上升至最高点的结构示意图；

图6为本发明所述的套管动力单元的结构示意图；

图 7为本发明所述的探杆夹紧部的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；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”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，并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。

如图1-7所示，本发明提供一种海床式静力触探贯入装备，包括：

底座4，其安装在海床上，底部中心位置有预留孔7。底座4下面设置裙板，底座4通过裙板安装在海床上，底座4上安装套管动力单元3、探杆动力单元2和外框架16，探杆5、套管6自上而下穿过底座4向海床下贯入，所以底座4中心有预留孔7，以使探杆5和套管6穿过。底座4是整个海床式静力触探贯入装备的基础，起到稳固海床式静力触探贯入装备重心的作用，裙板的作用是增加底座4与海床的接触面积。

探杆动力单元2，包括：

四个挤压轮8，其设置在底座4上方，所述四个挤压轮8呈十字形对称设置且每个挤压轮8的两端面竖直放置，四个挤压轮8的轮边空隙形成探杆夹紧部11，所述探杆夹紧部11位于所述预留孔7的上方，探杆5自上而下依次穿过探杆夹紧部11和预留孔7；四个挤压轮8设置在底座4的上方，四个挤压轮8的轮边空隙形成探杆夹紧部11，探杆夹紧部11可扩大或缩小。当探杆夹紧部11扩大后，探杆5自上而下依次穿过探杆夹紧部11和预留孔7，探杆夹紧部11缩小，夹紧探杆5，四个挤压轮8再同步向探杆夹紧部11方向转动，向下挤压探杆5，使探杆5向海床下贯入。四个挤压轮8起到夹紧探杆5、向下贯入探杆5的作用。四个挤压轮8通过沿其所在的十字路线同步作靠近或远离的运动，使探杆夹紧部11缩小或扩大。当四个挤压轮8沿其所在的十字路线同步作靠近的运动时，探杆夹紧部11缩小，此时探杆夹紧部11夹紧探杆5；当四个挤压轮8沿其所在的十字路线同步作远离的运动时，探杆夹紧部11扩大，此时可使探杆5或套管6通过。四个挤压轮8对称设置，且对探杆5的夹紧力相等，使探杆5在对称的四个方向上受力相等，避免探杆5因受力不均匀而弯曲和断裂。四个挤压轮8的轮边上设置有滚齿26，在滚齿26的两侧设置有齿轮25。四个挤压轮8向下贯入探杆5或向上起拔探杆5时，滚齿26增大对探杆5的摩擦力，同时齿轮25对探杆5起到一定的限位作用。

位移动力结构9，其与四个挤压轮8连接，所述位移动力结构9驱动四个挤压轮8在同一高度同步作靠近或远离的运动，使所述探杆夹紧部11夹紧或松开探杆5。位移动力结构9是四个挤压轮8同步作靠近或远离的运动的驱动力。位移动力结构9驱动四个挤压轮8沿其所在的十字路线同步作靠近的运动时，探杆夹紧部11缩小，此时可夹紧探杆5；位移动力结构9驱动四个挤压轮8同步作远离的运动时，探杆夹紧部11扩大，此时可插入或起拔探杆5，或使套管6通过。位移动力结构9提供给四个挤压轮8的驱动力大小相等，使探杆夹紧部11始终处于中心位置，同时使探杆5在对称的四个方向受力相等，避免探杆5因受力不均匀而弯曲和断裂。位移动力结构9可以是机械传动、液力传动、电机传动等可以产生驱动力的设备，设置方式可以采用设置在四个挤压轮8的水平方向、斜上方、斜下方等方位。

转动动力结构10，其与四个挤压轮8连接，所述转动动力结构10驱动四个挤压轮8在同一高度同步转动，每两个对称的挤压轮8转速相同、转向相反，以带动所述探杆5向上或向下运动。转动动力结构10是四个挤压轮8转动的驱动力，转动动力结构10驱动四个挤压轮8同速向探杆夹紧部11方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等方向一致向下的贯入力，使探杆5向下贯入；转动动力结构10驱动四个挤压轮8同速向探杆夹紧部11反方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等方向一致向上的起拔力，使探杆5向上起拔。转动动力结构10可以是机械传动、液力传动、电机传动等可以产生驱动力的设备。

套管动力单元3，其位于所述探杆动力单元2的下方，包括：

夹紧动力结构12，其有两个相对设置的伸缩臂14，两个伸缩臂14间连接一个套管夹15，两个伸缩臂14沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹15夹紧或松开套管6，所述套管夹15形成套管6的进出部，套管6的进出部与探杆夹紧部11对齐，所述套管6自上而下依次穿过探杆夹紧部11、套管夹15和预留孔7，所述套管6内部上下贯通，所述探杆5可沿轴向穿过所述套管6。夹紧动力结构12是套管夹15夹紧套管6的动力，夹紧动力结构12有两个伸缩臂14，两个伸缩臂14间设置套管夹15，套管6插入套管夹15内，通过两个伸缩臂14的收缩和拉伸，控制套管夹15松开套管6或夹紧套管6。夹紧动力结构12的两个伸缩臂14同步作收缩的运动时，两个伸缩臂14带动套管夹15松开套管6，两个伸缩臂14同步作拉伸的运动时，两个伸缩臂14带动套管夹15夹紧套管6；套管6的进出部与探杆夹紧部11对齐，套管6自上而下依次穿过探杆夹紧部11、套管夹15和预留孔7，向海床下贯入；套管6内部上下贯通，使探杆5可穿过套管6，探杆5自上而下依次穿过探杆夹紧部11、套管6和预留孔7，向海床下贯入。静力触探时，先贯入套管6，再贯入探杆5。夹紧动力结构12可以是机械传动、液力传动、电机传动等可以产生驱动力的设备。

升降动力结构13，其驱动所述套管夹15上下往复运动，带动所述套管6向上或向下运动，套管夹15完成一次上下运动，带动所述套管6向下或向上运动。升降动力结构13是套管6向下贯入和向上起拔的动力，升降动力结构13控制套管夹15作上下往复运动，从而带动套管6的上下运动。升降动力结构13由最高点运动至最低点，带动套管夹15从最高点运动至最低点，从而驱动套管6由最高点运动至最低点；套管夹15松开套管6，升降动力结构13带动套管夹15复位至最高点，套管夹15夹紧套管6，升降动力结构13再由最高点运动至最低点，带动套管夹15由最高点运动至最低点，套管6再次向下运动一个高度，升降动力结构13每带动套管夹15完成一次由最高点至最低点的运动，套管6都会向下运动一个高度。升降动力结构13由最低点运动至最高点，带动套管夹15从最低点运动至最高点，从而驱动套管6由最低点运动至最高点；套管夹15松开套管6，升降动力结构13带动套管夹15复位至最低点，套管夹15夹紧套管6，升降动力结构13再由最低点运动至最高点，带动套管夹15由最低点运动至最高点，套管6再次向上运动一个高度，升降动力结构13每带动套管夹15完成一次由最低点至最高点的运动，套管6都会向上运动一个高度。

在上述技术方案中，首先向海床下贯入套管6，然后探杆5在套管6内向下贯入。位移动力结构9驱动探杆夹紧部11扩大，升降动力结构13升至最高点，带动套管夹15升至最高点，夹紧动力结构12使套管夹15松开，套管6经探杆夹紧部11插入套管夹15内，夹紧动力结构12使套管夹15夹紧套管6，升降动力结构13下降至最低点，带动套管夹15下降，套管6随之下降，重复升降动力结构13升高、降低的操作，将套管6逐节贯入到位；探杆5插入探杆夹紧部11，位移动力结构9驱动探杆夹紧部11缩小，夹紧探杆5，转动动力结构10驱动四个挤压轮8同速向探杆夹紧部11方向转动，产生四个大小相等向下的力，探杆5向下运动并伸入套管6，探杆5在套管6内向下贯入。贯入套管6与贯入探杆5的方式组合，实现了在一台装备上既可以下探杆5又可以下套管6的功能，两种贯入方式组合后的贯入力更大，解决了海床式静力触探装备贯入力不足、无法下套管6后再下探杆5的问题，适合深水域和恶劣的施工环境。同时本发明不需要使用大型海洋钻机钻孔下套管6，减小工程船压力，以轻型结构，满足需要重型海床静力触探的作业需求，适用国内沿海轻型工程船使用的要求。

在另一种技术方案中，如图1所示，海床式静力触探贯入装备，还包括：

多个外框架16，竖向依次通过连接件连接，最下方的一个外框架16固定在底座4上，一个外框架16对应一个探杆动力单元2或套管动力单元3，每个外框架16的底板上设置有预留通道17，所述预留通道17与所述预留孔7对齐。探杆动力单元2和套管动力单元3外设置外框架16，其中最下方的外框架16内放置套管动力单元3，每个外框架16的底板上设置预留通道17，使探杆5或套管6通过，预留通道17与预留孔7对齐，使探杆5或套管6贯入的路径保持垂直。相邻的外框架16之间通过连接板连接，连接板通过螺栓固定。外框架16将探杆动力单元2、套管动力单元3组合在一起，同时对探杆动力单元2、套管动力单元3起到保护作用。

提升装置1，其固定在最上方的外框架16的顶部。工程船上有起吊卷扬机，起吊卷扬机吊着提升装置1将海床式静力触探装备吊放到海床上。

在另一种技术方案中，如图2-4所示，所述转动动力结构10与四个挤压轮8连接的具体方式为：所述转动动力结构10包括四个液压马达，一个液压马达的输出轴连接一个挤压轮8，四个液压马达同步转动，带动与其对应的四个挤压轮8同速转动，带动探杆夹紧部11向下挤压探杆5或向上起拔探杆5。四个液压马达驱动四个挤压轮8转动，四个液压马达首尾相接设置，一个液压马达驱动一个挤压轮8转动，四个液压马达配置有进油同步器，四个液压马达由进油同步器控制供油，使驱动四个液压马达的油量一致，四个液压马达的转速同步，输出扭矩相同，从而使四个挤压轮8转速相同。四个液压马达驱动四个挤压轮8同速向探杆夹紧部11方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等的向下的力，使探杆5向下贯入；四个液压马达驱动四个挤压轮8同速向探杆夹紧部11反方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等的向上的力，使探杆5向上起拔。

在另一种技术方案中，如图2-4所示，所述位移动力结构9与四个挤压轮8连接的具体方式为：所述位移动力结构9包括一对上油缸18、一对上油缸抱夹20、一对下油缸19、一对下油缸抱夹21，一对上油缸18和一对下油缸19垂直呈“井”字形设置，且形成自上至下的探杆5或套管6穿入空间，一对上油缸抱夹20的上端与一对上油缸18的活塞杆、缸座分别铰接，一对上油缸抱夹20的中部与同一竖直面的一对挤压轮8的轮轴连接，一对上油缸抱夹20的下部与所述外框架16的底板铰接，一对下油缸抱夹21的上端与一对下油缸19的活塞杆、缸座分别铰接，一对下油缸抱夹21的中部与同一竖直面的另一对挤压轮8的轮轴连接，一对下油缸抱夹21的下部与所述外框架16的底板铰接，一对上油缸18、一对下油缸19同步作伸缩运动，带动一对上油缸抱夹20、一对下油缸抱夹21转动，使四个挤压轮8同步作远离或靠近的运动。一对上油缸18和一对下油缸19通过一对上油缸抱夹20和一对下油缸抱夹21驱动四个挤压轮8作远离或靠近的运动。一对上油缸18和一对下油缸19同步作拉伸的运动，驱动一对上油缸抱夹20和一对下油缸抱夹21同步作远离的运动，带动四个挤压轮8同步作远离的运动，探杆夹紧部11扩大，此时可使探杆5或套管6通过；一对上油缸18和一对下油缸19同步作收缩的运动，驱动一对上油缸抱夹20和一对下油缸抱夹21同步作靠近的运动，带动四个挤压轮8同步作靠近的运动，探杆夹紧部11缩小，夹紧探杆5。一对上油缸18和一对下油缸19对四个挤压轮8施加的力大小相等，探杆5在四个方向受力相等，探杆5始终在中心位置，不会弯曲。

在另一种技术方案中，如图5-6所示，所述夹紧动力结构12与套管夹15连接的具体方式为：所述夹紧动力结构12包括两个夹紧油缸22，两个夹紧油缸22的活塞杆形成所述伸缩臂14，套管夹15包括两个活动臂，一个活塞杆连接套管夹15的一个活动臂，两个夹紧油缸22的活塞杆沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹15的两个活动臂夹紧或松开。夹紧动力结构12是两个夹紧油缸22，两个夹紧油缸22的活塞杆相对设置，两个活塞杆同时作收缩的运动，套管夹15松开，此时可插入或起拔套管6；两个活塞杆同时作拉伸的运动，使套管夹15夹紧套管6。

在另一种技术方案中，如图5-6所示，所述升降动力结构13与套管夹15连接的具体方式为：所述升降动力结构13包括两个升降油缸23，两个夹紧油缸22设置在两个升降油缸23的上方且分别与两个升降油缸23上下对应，两个升降油缸23的活塞杆沿竖直方向同步作伸缩运动，带动一对夹紧油缸22上下运动，一对夹紧油缸22带动套管夹15上下运动，使套管6向下或向上运动。升降动力结构13是两个升降油缸23，两个夹紧油缸22通过一个活动支撑板24设置在两个升降油缸23的上方，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作收缩运动，带动活动支撑板24和两个夹紧油缸22向下运动，两个夹紧油缸22带动套管夹15向下运动，从而带动套管6向下运动，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作拉伸运动，带动活动支撑板24和两个夹紧油缸22向上运动，两个夹紧油缸22带动套管夹15向上运动，从而带动套管6向上运动。

在另一种技术方案中，如图1所示，所述探杆动力单元2有两个，且上下依次设置。目前探杆5贯入装备贯入力不大于100 KN，本发明将上、下两层探杆动力单元2进行叠加，使探杆5的贯入力增大一倍，总贯入力提高到200 KN，探杆5的使用能力提高了一个层次。

在另一种技术方案中，所述探杆5包括多根子探杆，所述多根子探杆依次竖向连接，所述套管6包括多根子套管，所述多根子套管依次竖向连接。当需要测试深处的土层力学性能时，可先依次贯入多根子套管，多根子套管竖向螺纹连接，再依次贯入多根子探杆，多根子探杆竖向螺纹连接。

海床式静力触探贯入方法，应用所述的海床式静力触探贯入装备，包括以下步骤：

第一步：夹紧套管6。首先海床式静力触探贯入装备通过提升装置1从工程船上吊入到海床上。位移动力结构9驱动四个挤压轮8同步作远离的运动，扩大探杆夹紧部11使套管6可通过；夹紧动力结构12的两个伸缩臂14作收缩的运动，使套管夹15松开，升降动力结构13上升，带动套管夹15上升，套管6在工程船上的卷扬悬吊下经探杆夹紧部11插入套管夹15内，夹紧动力结构12的两个伸缩臂14作拉伸的运动，使套管夹15夹紧套管6。一对上油缸18和一对下油缸19同步作拉伸的运动，驱动一对上油缸抱夹20和一对下油缸抱夹21作远离的运动，带动四个挤压轮8作远离的运动，探杆夹紧部11扩大，使套管6可通过；两个夹紧油缸22的活塞杆同时作收缩的运动，套管夹15松开，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作拉伸运动，油缸拉满，带动两个夹紧油缸22向上运动，两个夹紧油缸22带动套管夹15向上运动，套管6插入套管夹15内，两个夹紧油缸22的活塞杆同步作拉伸的运动，套管夹15夹紧套管6。

第二步：贯入套管6。升降动力结构13下降，带动套管夹15下降，套管夹15带动套管6下降。重复套管夹15松开，升降动力结构13上升，套管夹15夹紧套管6，升降动力结构13下降的操作，使套管6逐节向下贯入。两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作收缩运动，带动活动支撑板24和两个夹紧油缸22向下运动，两个夹紧油缸22带动套管夹15向下运动，从而带动套管6向下运动；重复两个夹紧油缸22的活塞杆同时作收缩的运动，套管夹15松开套管6，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作拉伸运动，油缸拉满，带动套管夹15上升，两个夹紧油缸22的活塞杆同步作拉伸的运动，套管夹15夹紧套管6，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作收缩运动，带动套管6向下运动的操作，使套管6逐节贯入，两个升降油缸23每带动套管夹15完成一次由最高点至最低点的运动，套管6都会向下运动一个高度，直到套管6贯入设定的深度，完成套管6贯入。

第三步：夹紧探杆5。套管6贯入到位后，此时探杆夹紧部11处于扩大的状态，探杆5经工程船上的卷扬悬吊插入探杆夹紧部11，位移动力结构9驱动四个挤压轮8作靠近的运动，四个挤压轮8夹紧探杆5。探杆5插入探杆夹紧部11，一对上油缸18和一对下油缸19同步作收缩的运动，驱动一对上油缸抱夹20和一对下油缸抱夹21作靠近的运动，带动四个挤压轮8作靠近的运动，探杆夹紧部11缩小，夹紧探杆5。四个对称的挤压轮8夹紧探杆5，探杆5在四个对称的方向受力相等，探杆5受力均匀，不易发生弯曲断裂。

第四步：贯入探杆5。转动动力结构10驱动四个挤压轮8在同一高度同步向探杆夹紧部11方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等的向下贯入的力，探杆5在贯入力的作用下向下运动，伸入套管6内并继续向下贯入，探杆5贯入到预定的深度后，转动动力结构10停止驱动挤压轮8。四个液压马达驱动四个挤压轮8同速向探杆夹紧部11方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等的向下的力，使探杆5向下运动，伸入套管6内并继续向下贯入，探杆5在贯入到预定的深度后，四个液压马达停止驱动挤压轮8。采用四个挤压轮8贯入探杆5，贯入力更大，探杆5贯入深度有保障，同时探杆5在四个方向受力均匀，贯入过程不易发生弯曲断裂，探杆5在套管6内贯入，对探杆5起到保护作用，延长探杆5使用寿命。

第五步：起拔探杆5。转动动力结构10驱动四个挤压轮8在同一高度同步向探杆夹紧部11反方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等的向上的起拔力，探杆5向上起拔。四个液压马达驱动四个挤压轮8同速向探杆夹紧部11反方向转动，四个挤压轮8产生四个大小相等的向上的力，使探杆5向上起拔。

第六步：卸载探杆5。位移动力结构9驱动四个挤压轮8作远离的运动，探杆夹紧部11扩大，卸载探杆5，此时探杆夹紧部11应扩大到可使套管6通过，为起拔套管6做准备。一对上油缸18和一对下油缸19同步作拉伸的运动，驱动一对上油缸抱夹20和一对下油缸抱夹21作远离的运动，带动四个挤压轮8作远离的运动，探杆夹紧部11扩大，卸载探杆5。

第七步：夹紧套管6。夹紧动力结构12的两个伸缩臂14作收缩的运动，使套管夹15松开，升降动力结构13下降，带动套管夹15下降，夹紧动力结构12的两个伸缩臂14作拉伸的运动，使套管夹15夹紧套管6。两个夹紧油缸22的活塞杆同时作收缩的运动，套管夹15松开，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作收缩运动，带动套管夹15下降，两个夹紧油缸22的活塞杆同时作拉伸的运动，套管夹15夹紧套管6。

第八步：起拔套管6。升降动力结构13上升，带动套管夹15上升，套管夹15带动套管6上升。重复夹紧动力结构12的两个伸缩臂14作收缩的运动，使套管夹15松开，升降动力结构13下降，带动套管夹15下降，夹紧动力结构12的两个伸缩臂14作拉伸的运动，套管夹15夹紧套管6，升降动力结构13上升，带动套管夹15上升，套管夹15带动套管6上升的操作，直到套管6起拔完成。两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作拉伸运动，带动套管夹15上升，套管夹15带动套管6上升，重复两个夹紧油缸22的活塞杆同时作收缩的运动，套管夹15松开，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作收缩运动，带动套管夹15下降，两个夹紧油缸22的活塞杆同时作拉伸的运动，套管夹15夹紧套管6，两个升降油缸23的活塞杆竖直方向同步作拉伸运动，带动套管夹15上升，套管夹15带动套管6上升的操作，使套管6逐节起拔，两个升降油缸23每带动套管夹15完成一次由最低点至最高点的运动，套管6都会向上运动一个高度，直到套管6起拔完成。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.海床式静力触探贯入装备，其特征在于，包括：

底座，其安装在海床上，底部中心位置有预留孔；

多个外框架，竖向依次通过连接件连接，最下方的一个外框架固定在所述底座上，一个外框架对应一个探杆动力单元或套管动力单元，每个外框架的底板上设置有预留通道，所述预留通道与所述预留孔对齐；

提升装置，其固定在最上方的外框架的顶部；

探杆动力单元，包括：

四个挤压轮，其设置在底座上方，所述四个挤压轮呈十字形对称设置且每个挤压轮的两端面竖直放置，四个挤压轮的轮边空隙形成探杆夹紧部，所述探杆夹紧部位于所述预留孔的上方，探杆自上而下依次穿过探杆夹紧部和预留孔；

位移动力结构，其与四个挤压轮连接，所述位移动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步作靠近或远离的运动，使所述探杆夹紧部夹紧或松开探杆，所述位移动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述位移动力结构包括一对上油缸、一对上油缸抱夹、一对下油缸、一对下油缸抱夹，一对上油缸和一对下油缸垂直呈“井”字形设置，且形成自上至下的探杆或套管穿入空间，一对上油缸抱夹的上端与一对上油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对上油缸抱夹的中部与同一竖直面的一对挤压轮的轮轴连接，一对上油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对下油缸抱夹的上端与一对下油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对下油缸抱夹的中部与同一竖直面的另一对挤压轮的轮轴连接，一对下油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对上油缸、一对下油缸同步作伸缩运动，带动一对上油缸抱夹、一对下油缸抱夹转动，使四个挤压轮同步作靠近或远离的运动；

转动动力结构，其与四个挤压轮连接，所述转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步转动，每两个对称的挤压轮转速相同、转向相反，以带动所述探杆向上或向下运动；

套管动力单元，其位于所述探杆动力单元的下方，包括：

夹紧动力结构，其有两个相对设置的伸缩臂，两个伸缩臂间连接一个套管夹，两个伸缩臂沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹夹紧或松开套管，所述套管夹形成套管的进出部，套管的进出部与探杆夹紧部对齐，所述套管自上而下依次穿过探杆夹紧部、套管夹和预留孔，所述套管内部上下贯通，所述探杆可沿轴向穿过所述套管；

升降动力结构，其驱动所述套管夹上下往复运动，带动所述套管向上或向下运动，套管夹完成一次上下运动，带动所述套管向上或向下运动。

2.根据权利要求1所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，所述转动动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述转动动力结构包括四个液压马达，一个液压马达的输出轴连接一个挤压轮，四个液压马达同步转动，带动与其对应的四个挤压轮同速转动，带动探杆夹紧部向下挤压探杆或向上起拔探杆。

3.根据权利要求1所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，夹紧动力结构与套管夹连接的具体方式为：所述夹紧动力结构包括两个夹紧油缸，两个夹紧油缸的活塞杆形成所述伸缩臂，套管夹包括两个活动臂，一个活塞杆连接套管夹的一个活动臂，两个夹紧油缸的活塞杆沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹的两个活动臂夹紧或松开。

4.根据权利要求3所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，升降动力结构与套管夹连接的具体方式为：所述升降动力结构包括两个升降油缸，两个夹紧油缸设置在两个升降油缸的上方且分别与两个升降油缸上下对应，两个升降油缸的活塞杆沿竖直方向同步作伸缩运动，带动一对夹紧油缸上下运动，一对夹紧油缸带动套管夹上下运动，使套管向上或向下运动。

5.根据权利要求1所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，所述探杆动力单元有两个，且上下依次设置。

6.根据权利要求1所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，所述探杆包括多根子探杆，所述多根子探杆依次竖向连接，所述套管包括多根子套管，所述多根子套管依次竖向连接。

7.海床式静力触探贯入方法，应用权利要求1-6任一项所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：位移动力结构驱动四个挤压轮作远离的运动，扩大探杆夹紧部，使套管可通过，夹紧动力结构的两个伸缩臂作收缩的运动，使套管夹松开，升降动力结构上升，带动套管夹上升，套管插入套管夹，夹紧动力结构的两个伸缩臂作拉伸的运动，使套管夹夹紧套管；

第二步：升降动力结构下降，使套管夹下降，套管夹带动套管下降，重复松开套管夹，上升升降动力结构，夹紧套管，下降升降动力结构的操作，直到套管贯入到位；

第三步：探杆伸入探杆夹紧部，位移动力结构驱动四个挤压轮作靠近的运动，探杆夹紧部夹紧探杆；

第四步：转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步向探杆夹紧部方向转动，四个挤压轮产生向下的贯入力，探杆伸入套管并向下贯入，探杆贯入到位后转动动力结构停止驱动四个挤压轮。

8.根据权利要求7所述的海床式静力触探贯入方法，其特征在于，探杆及套管的起拔步骤如下：

第一步：转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步向探杆夹紧部反方向转动，四个挤压轮产生向上的起拔力，探杆向上起拔，直到探杆起拔完成；

第二步：位移动力结构驱动四个挤压轮作远离的运动，扩大探杆夹紧部，卸载探杆，并使套管可通过探杆夹紧部；

第三步：夹紧动力结构的两个伸缩臂作收缩的运动，使套管夹松开，升降动力结构下降，带动套管夹下降，夹紧动力结构的两个伸缩臂作拉伸的运动，使套管夹夹紧套管；

第四步：升降动力结构上升，带动套管夹上升，套管夹带动套管上升，重复松开套管夹，下降升降动力结构，套管夹夹紧套管，上升升降动力结构的操作，直到套管起拔完成。

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