CN214784251U - 桩管锤入测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种桩管锤入测试设备，该桩管锤入测试设备包括：支撑座体、导向柱、桩管替打板和锤打装置；所述导向柱固定于所述支撑座体且沿竖直方向延伸设置；所述桩管替打板可滑动地安装于所述导向柱，所述桩管替打板的下侧设有用于连接待测桩管的桩管连接部；所述锤打装置用于向所述桩管替打板的上侧施加向下的锤击力。通过本实用新型，缓解了现有的打桩作业模拟测试所存在的准确性较差的技术问题。

Description

桩管锤入测试设备

技术领域

本实用新型涉及海上钻井平台的技术领域，尤其涉及一种桩管锤入测试设备。

背景技术

桩管的打桩作业，是安装海上钻井平台的关键步骤。获取打桩作业过程中的各项数据，对于打桩作业具有重要意义。但是，桩管打桩作业过程中因作业过程比较危险，实际测取打桩作业过程中的各项数据较为困难。目前，通常采用小比尺桩管来进行模拟试验：由小比尺桩管模拟锤击过程，通过试验来取得近似的测试数据。利用小比尺桩管，采用小型打桩机进行打桩试验并采集数据，进行模拟试验，来了解海上钻井平台的桩管打桩作业。利用模拟试验采集的数据，对桩管打桩作业进行研究，以指导和改进海上钻井平台的桩管打桩作业，但是，现有的模拟测试存在准确性较差的技术问题，给桩管打桩作业的研究和改进工作，造成了困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种桩管锤入测试设备，以缓解现有的打桩作业模拟测试所存在的准确性较差的技术问题

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种桩管锤入测试设备，包括：支撑座体、导向柱、桩管替打板和锤打装置；所述导向柱固定于所述支撑座体且沿竖直方向延伸设置；

所述桩管替打板可滑动地安装于所述导向柱，所述桩管替打板的下侧设有用于连接待测桩管的桩管连接部；所述锤打装置用于向所述桩管替打板的上侧施加向下的锤击力。

在优选的实施方式中，所述锤打装置包括锤体、提升机构和电磁铁，所述电磁铁被构造成利用电磁力将所述锤体和所述提升机构连接到一起，且所述锤体位于所述电磁铁的下方；所述提升机构用于驱使所述锤体和所述电磁铁向上移动。

在优选的实施方式中，所述锤体可滑动地安装于所述导向柱。

在优选的实施方式中，所述桩管锤入测试设备包括呈矩形分布的4根所述导向柱；所述锤体包括锤部和十字板，所述锤部固接于所述十字板的下侧，所述十字板的4个十字端部一一对应地可滑动地安装于4根所述导向柱。

在优选的实施方式中，所述桩管连接部包括连接凹槽，所述连接凹槽被构造成用于容置所述待测桩管的上端部。

在优选的实施方式中，所述提升机构包括伺服电机、滚珠丝杠和安装于所述支撑座体的丝杠螺母座，所述滚珠丝杠连接于所述丝杠螺母座，所述伺服电机与所述丝杠螺母座连接，用于驱动所述丝杠螺母座旋转，以带动所述滚珠丝杠上下移动。

在优选的实施方式中，所述桩管替打板上设置有位移检测模块，和/或，所述桩管替打板上设置有加速度检测模块。

在优选的实施方式中，所述支撑座体包括多个油缸支腿，所述油缸支腿能够上下伸缩。

在优选的实施方式中，所述支撑座体包括十字型底座和4个所述油缸支腿，4个所述油缸支腿分别设置于所述十字型底座的4个支梁。

在优选的实施方式中，所述支撑座体上设有多个交错设置的角度传感器。

本实用新型的特点及优点是：

将待测桩管连接于桩管替打板的桩管连接部，待测桩管能够与桩管替打板一起运动；捶打装置向桩管替打板施加锤击力，该锤击力经桩管替打板传递给待测桩管，使待测桩管受力向下运动，实现打桩试验。该测试设备中，通过导向柱，对桩管替打板进行导向和扶正，由于待测桩管与桩管替打板连接到了一起，从而使桩管受到扶正作用，对待测桩管与地面的垂直度进行较好的控制，减少打桩作业过程中因震动或其他外在原因而发生桩头歪斜，从而更准确地模拟海上钻井平台的桩管打桩作业的实际工况，提高了模拟试验的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的桩管锤入测试设备的轴测图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1所示的桩管锤入测试设备的正视图；

图4为图3所示的桩管锤入测试设备中的待测桩管与桩管替打板的连接示意图；

图5为图1所示的桩管锤入测试设备的俯视图；

图6为本实用新型提供的桩管锤入测试设备的测试方法示意图。

附图标号说明：

10、支撑座体；11、十字型底座；12、油缸支腿；13、角度传感器；

20、导向柱；

30、桩管替打板；31、桩管连接部；32、连接凹槽；

40、锤打装置；41、锤体；411、锤部；412、十字板；413、十字端部；

42、电磁铁；

43、提升机构；431、伺服电机；432、滚珠丝杠；433、丝杠螺母座；

50、位移检测模块；51、超声波位移传感器；

60、待测桩管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

利用小比尺桩管，采用小型打桩机进行打桩试验并采集数据，以进行模拟试验，现有的模拟测试存在准确性较差的技术问题。

为了提高模拟试验的准确性，发明人对打桩试验和海上钻井平台的桩管打桩作业作了研究，发明人发现，桩管打桩作业中，实际的桩管受到导管架平台及其多层导向孔的约束，桩管打桩是在具有居中及扶正作用的工况下进行的。打桩试验缺少了上述真实作业过程中的工况条件，导致模拟试验的准确性较低。

采用小型打桩机进行的小比尺桩管打桩试验中，小型打桩机对桩管端部施加约束，对桩管与地面的垂直度不能进行良好的控制。桩管在打桩作业过程中因震动或其他外在原因容易发生桩头歪斜；并且，没有水平度或垂直度检测方法，只能依靠人眼观测，或者依靠简易测量工具对桩管倾斜度进行测量，时效性较低，作业风险大，测量误差大等诸多问题。打桩机一般采用柴油锤，柴油锤的喷油量由人工进行控制，难以控制每次的喷油量相同，冲击能量难以控制。打桩过程中桩管的贯入度完全依靠人眼观测，不能够实际的进行测量，取得的数据不准确。

实施例一

本实用新型提供了一种桩管锤入测试设备，如图1和图3所示，该测试设备包括：支撑座体10、导向柱20、桩管替打板30和锤打装置40；导向柱20固定于支撑座体10且沿竖直方向延伸设置；桩管替打板30可滑动地安装于导向柱20，桩管替打板30的下侧设有用于连接待测桩管60的桩管连接部31；锤打装置40用于向桩管替打板30的上侧施加向下的锤击力。

将待测桩管60连接于桩管替打板30的桩管连接部31，待测桩管60能够与桩管替打板30一起运动；捶打装置向桩管替打板30施加锤击力，该锤击力经桩管替打板30传递给待测桩管60，使待测桩管60受力向下运动，实现打桩试验。该测试设备中，通过导向柱20，对桩管替打板30进行导向和扶正，由于待测桩管60与桩管替打板30连接到了一起，从而使桩管受到扶正作用，对待测桩管60与地面的垂直度进行较好的控制，减少打桩作业过程中因震动或其他外在原因而发生桩头歪斜，从而更准确地模拟海上钻井平台的桩管打桩作业的实际工况，提高了模拟试验的准确性。

如图1和图3所示，锤打装置40包括锤体41、提升机构43和电磁铁42，电磁铁42被构造成利用电磁力将锤体41和提升机构43连接到一起，且锤体41位于电磁铁42的下方；提升机构43用于驱使锤体41和电磁铁42向上移动，电磁铁42达到设定高度后，电磁铁42断开电源，失去磁力，将锤体41释放，对桩管替打板30和待测桩管60进行锤击。提升机构43通过电磁铁42带动锤体41向上运动，以准确地控制锤体41的下落高度；通过锤体41自由落体的方式进行打桩作业，可通过控制锤体41下落高度来控制锤击能量，从而精确地控制锤击能量。

该试验设备，通过提升机构43来控制下落高度，从而控制锤击能量，便于对下落高度进行调整，能够方便准确地控制锤击能量，既可以满足定能量对桩管的锤击，也可以满足交替变化能量对桩管的锤击。

利用电磁铁42来实现提升或者释放锤体41，电磁铁42可以固定安装于锤体41替打板的上表面，也可以固接于滚珠丝杠432的下端；优选地，电磁铁42固接于滚珠丝杠432的下端。

进一步地，锤体41可滑动地安装于导向柱20，锤体41、桩管替打板30和待测桩管60均与导向柱20连接，均受到同一结构的导向扶正作用，可以使锤体41与待测桩管60更好地进行对心，避免桩管发生歪斜，进一步提高试验的准确性。

进一步，该桩管锤入测试设备包括呈矩形分布的4根导向柱20；锤体41包括锤部411和十字板412，锤部411固接于十字板412的下侧，十字板412的4个十字端部413一一对应地可滑动地安装于4根导向柱20，锤体41受到呈矩形分布的4根导向柱20的导向作用，使得锤体41向下运动得更加平稳，更准确地通过控制下落高度来控制锤击能量，并且，使锤体41施加的锤击力的方向与待测桩管60的锤入方向保持一致，以提高试验的准确性。如图1所示，十字端部413设有第一通孔，导向柱20可滑动地穿设于第一通孔中；桩管替打板30具有与导向柱20滑动配合的4个角部，角部设有第二通孔，导向柱20可滑动地穿设于第二通孔中。

待测桩管60可以采用小比尺桩管。如图4所示，桩管连接部31包括与连接凹槽32，连接凹槽32被构造成用于容置待测桩管60的上端部，通过连接凹槽32的底面与待测桩管60的上端的端面抵接，来传递锤击力；连接凹槽32的内壁与待测桩管60的外壁接触，从而对桩管的位置进行约束，起到扶正作用。优选地，连接凹槽32为圆形盲孔，该圆形盲孔的内径与待测桩管60的上端部的外径相适配。

在一实施方式中，提升机构43包括伺服电机431、滚珠丝杠432和安装于支撑座体10的丝杠螺母座433，滚珠丝杠432连接于丝杠螺母座433，伺服电机431与丝杠螺母座433连接，用于驱动丝杠螺母座433旋转，以带动滚珠丝杠432上下移动，从而精确地控制锤体41的下落高度，提高试验的准确性。具体地，丝杠螺母座433包括丝杠螺母和座体，丝杠螺母可旋转地安装于座体，座体固定于导向柱20的顶部，滚珠丝杠432与丝杠螺母配合，滚珠丝杠432被限制转动，伺服电机431与丝杠螺母连接，以带动丝杠螺母旋转，从而驱使滚珠丝杠432上下移动。优选地，提升机构43包括安装于导向柱20的接近开关，以控制滚珠丝杠432的运动行程范围。

在一实施方式中，桩管替打板30上设置有位移检测模块50，位移检测模块50用于监测桩管替打板30以及待测桩管60的位移变化情况。具体地，位移检测模块50包括超声波位移传感器51，如图1所示，超声波位移传感器51安装在桩管替打板30上，桩管替打板30跟随待测桩管60向下移动，超声波位移传感器51的检测数据随着待测桩管60向下移动而变化，可有效实时监测位移变化情况，超声波位移传感器51具有监测便捷、故障率低、实时数据输出的特点，便于在任意时刻监测桩管的贯入度并进行记录。贯入度是指锤击桩管时每10击下，桩管进入土体的深度(mm/10击)，以此来评估桩体在土壤中锤入的难易程度。

在一实施方式中，桩管替打板30上设置有加速度检测模块(图中未示出)，以检测桩管替打板30及待测桩管60的加速度变化曲线。具体地，加速度检测模块包括加速度传感器及其信号传输模块组成，加速度传感器固定在替打板上，优选地，加速度传感器位于超声波位移传感器51附近。

如图1和图3所示，支撑座体10包括多个油缸支腿12，油缸支腿12能够上下伸缩。通过对各个油缸支腿12分别进行伸缩调整，以调整支撑座的水平度、使导向柱20垂直于水平面。具体地，该测试设备包括微型液压站，油缸支腿12作为整个设备的支撑腿，承载整个设备的重量，油缸支腿12包括液压缸和液压缸位移传感器，微型液压站为液压缸供应液压油，液压缸位移传感器实时检测液压缸伸出长度。

如图1和图5所示，支撑座体10包括十字型底座11和4个油缸支腿12，4个油缸支腿12分别设置于十字型底座11的4个支梁，4个油缸支腿12相配合且各自做伸缩运动，以便于对十字型底座11的水平度和导向柱20的垂直度进行调整。十字型底座11上设有通孔，以供待测桩管60穿过。十字型底座11可以采用型钢及钢板焊接制作，主要起承载的作用。

如图1和图2所示，支撑座体10上设有多个交错设置的角度传感器13。角度传感器13监测支撑底座因地基或者其他震动等造成的歪斜、从而由此导致的桩管歪斜，可实时进行角度反馈，在打桩间歇期可通过调整油缸支腿12的伸缩高度来控制设备的平衡性。因待测桩管60通过桩管连接部31与桩管替打板30连接，设备导向柱20的垂直度的同时可实现调整待测桩管60的垂直度，便于实时保持待测桩管60的竖直状态，提高数据的精准性。优选地，如图2所示，支撑座体10上设有两个角度传感器13，两个角度传感器13相互垂直，且设置于十字型底座11的一个支梁，一个角度传感器13垂直于该支梁，另一个角度传感器13平行于该支梁。

该测试设备包括电气控制系统，电气控制系统包括电控箱和plc控制器(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)。超声波位移传感器51反馈回来的电信号通过plc控制器转化为可显示的数据，也可以通过信号线传输给数据采集仪，以实现检测到位移变化曲线。加速度检测模块的电信号通过plc控制器转化为可显示的数据，也可以通过信号线传输给数据采集仪，以实现检测到加速度变化曲线。

该测试设备具有以下优点：(1)在桩管替打板30和导向柱20的约束作用下，在作业过程中可有效保证待测桩管60对于地面的垂直度，且方便对待测桩管60的垂直度进行调整；(2)提供的锤击能量为落锤式，通过精确控制落锤高度，可精确控制锤击能量；(3)打桩试验过程中，可以通过超声波位移传感器51进行监测，能够及时、精准的提供位待测桩管60的移数据；(4)如果待测桩管60在打桩作业过程中因震动或其他外在原因造成桩头歪斜，角度传感器13可自动监测设备倾斜情况和水平状态，自动调整水平状况，对待测桩管60进行扶正，具有自动化程度高，作业效率高等诸多优点，可满足桩管自动对心和桩管的自动扶正。

实施例二

本实用新型提供的桩管锤入测试设备，可以采用桩管锤入测试方法来工作，如图6所示，该测试方法包括：步骤S10，将待测桩管60固接于桩管连接部31；步骤S20，锤打装置40向桩管替打板30的上侧施加向下的锤击力；步骤S30，记录待测桩管60的贯入度。

采用该测试方法，将待测桩管60连接于桩管替打板30的桩管连接部31，待测桩管60能够与桩管替打板30一起运动；捶打装置向桩管替打板30施加锤击力，该锤击力经桩管替打板30传递给待测桩管60，使待测桩管60受力向下运动，实现打桩试验。该测试方法中，通过导向柱20，对桩管替打板30进行导向和扶正，由于待测桩管60与桩管替打板30连接到了一起，从而使桩管受到扶正作用，对待测桩管60与地面的垂直度进行较好的控制，减少打桩作业过程中因震动或其他外在原因而发生桩头歪斜，从而更准确地模拟海上钻井平台的桩管打桩作业的实际工况，提高了模拟试验的准确性。

具体地，步骤S10包括：步骤S11，放置待测桩管60至支撑座体10的中心位置，采用米尺或钢板尺测量待测桩管60下部是否在支撑座体10的中心部位，且逐渐调整至中心位置，将桩管替打板30安装至桩管上端，利用桩管替打板30及导向柱20居中扶正的作用，将待测桩管60的上端扶正；步骤S12，锤体41由滚珠丝杠432的端部的电磁铁42吸住，手动控制滚珠丝杠432下移，将锤体41放置在桩管替打板30上，滚珠丝杠432上移至安全高度。

步骤S20包括：步骤S21，通过计算需要的锤击能量，从而计算出需要的落锤高度，在电气控制系统的控制面板上输入落锤高度；步骤S22，启动后设备进行水平度自检，检验后自动调整水平，水平调整完成后超声波位移传感器51自动清零，然后滚珠丝杠432下移，通过电磁铁42内部的接近开关检测是否达到锤体41位置，当接近开关有信号时滚珠丝杠432停止；步骤S23，电磁铁42吸合将锤体41吸住，按照设定的落锤高度进行起升；到达指定高度后电磁铁42松开，锤头下落。

步骤S30包括：超声波位移传感器51检测位移情况并进行记录；两个角度传感器13分别检测两个水平方向因作业震动造成的水平误差，若检测误差较大，由电气控制系统自动调整油缸支腿12的高度从而调整水平度，使待测桩管60保持竖直状态，超声波位移传感器51数据自动清零校准，以便记录后续位移。

对上述步骤S20和步骤S30进行重复，直至将待测桩管60打至需要的高度即可。如果需要调整锤击能量，调整落锤高度即可。上述步骤S20和步骤S30可以在plc控制器设定程序，实现自动化控制。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种桩管锤入测试设备，其特征在于，包括：支撑座体、导向柱、桩管替打板和锤打装置；所述导向柱固定于所述支撑座体且沿竖直方向延伸设置；

所述桩管替打板可滑动地安装于所述导向柱，所述桩管替打板的下侧设有用于连接待测桩管的桩管连接部；所述锤打装置用于向所述桩管替打板的上侧施加向下的锤击力。

2.根据权利要求1所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述锤打装置包括锤体、提升机构和电磁铁，所述电磁铁被构造成利用电磁力将所述锤体和所述提升机构连接到一起，且所述锤体位于所述电磁铁的下方；所述提升机构用于驱使所述锤体和所述电磁铁向上移动。

3.根据权利要求2所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述锤体可滑动地安装于所述导向柱。

4.根据权利要求2所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述桩管锤入测试设备包括呈矩形分布的4根所述导向柱；所述锤体包括锤部和十字板，所述锤部固接于所述十字板的下侧，所述十字板的4个十字端部一一对应地可滑动地安装于4根所述导向柱。

5.根据权利要求2所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述桩管连接部包括连接凹槽，所述连接凹槽被构造成用于容置所述待测桩管的上端部。

6.根据权利要求2所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述提升机构包括伺服电机、滚珠丝杠和安装于所述支撑座体的丝杠螺母座，所述滚珠丝杠连接于所述丝杠螺母座，所述伺服电机与所述丝杠螺母座连接，用于驱动所述丝杠螺母座旋转，以带动所述滚珠丝杠上下移动。

7.根据权利要求1所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述桩管替打板上设置有位移检测模块，和/或，所述桩管替打板上设置有加速度检测模块。

8.根据权利要求1所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述支撑座体包括多个油缸支腿，所述油缸支腿能够上下伸缩。

9.根据权利要求8所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述支撑座体包括十字型底座和4个所述油缸支腿，4个所述油缸支腿分别设置于所述十字型底座的4个支梁。

10.根据权利要求1所述的桩管锤入测试设备，其特征在于，所述支撑座体上设有多个交错设置的角度传感器。

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