CN205475167U - 浅海域原位测试勘探平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浅海域原位测试勘探平台，包括以下组成部分：作业平台，用于安装原位测试、勘探所需的设备，所述作业平台内设有浮力装置；多根桩腿，设置在作业平台的周围，桩腿的下端设有桩靴；液压升降装置，连接在作业平台与每根桩腿之间，用于实现桩腿相对于作业平台的上升和下降；推进装置，安装在作业平台上，当作业平台处于漂浮状态时，为作业平台提供航行的动力。本实用新型拆卸简便，便于运输，可实现孔位之间自航转场，缩短了作业时间。本实用新型平台可以利用液压升降装置进行升降，作业时稳定性高，可适应浅滩、潮间带～近海水域的原位测试或勘探取样，具有建造及维护成本低的特点。

Description

浅海域原位测试勘探平台

技术领域

本实用新型涉及一种浅海域原位测试勘探平台，能确保近海水域岩土体的原位测试或勘探取样作业的正常进行，具体地说，属于近海工程原位测试综合平台。

背景技术

原位测试是指在工程勘察现场，采用原位测试设备对岩土体进行测试，获取地基土层天然的物理及力学参数，比采用钻探、取样、室内试验的一体模式所获取得参数更为真实与可靠。一些重要工程，如：跨海大桥、海上风电、深水港区、海底隧道等，越来越多的设计人员依靠原位测试获取的变形模量E₀、贯入阻力p_s、抗剪强度c_u、扁胀模量E_D等参数，划分土层，判别土性，计算承载力、稳定性和变形量。目前，常用的原位测试有静力触探、旁压试验、十字板剪切、扁铲侧胀试验等，从现有的工程应用实例及各类文献检索发现，这些测试技术用于陆域已非常成熟，而在风、浪、流等复杂海况下实施必须依托一个既安全又“静止”的作业平台。

现有技术中，采用一种船载自航式升降平台实施海上作业，如：我国设计的“蓝潮1001号”和荷兰GustoMSC设计的NG9000C等，均能在较为恶劣的海上提供一个“静”平台,使陆域开展的这些试验可顺利延伸至水域，文献“自升式风电安装平台升降装置的控制”(陈牡丹，海洋工程装备与技术，2014，(6):156-159.)和“自升式施工平台的多功能应用综述”(徐杰，杨秀礼，中国港湾建设，2015，(12):53-56.)等均有阐述。但上述平台由于存在着高投入、高维护成本的缺点，与近海工程勘察作业地域广泛所需求的运输便利、成本低廉的目标相悖，因而限制了它们的应用。

又如，专利号为201120395391.3的中国实用新型专利“液压钻探平台”，采用箱体、支撑管、动力站、液压系统及箱锁组件构成的升降平台，应用于港珠澳大桥岛隧工程勘察，提高了取土质量及原位测试精度，为工程设计和优化提供了可靠的岩土参数。但在软粘土海床，入土过深的支撑管会造成拔桩困难；单孔作业点完成后的转场，需辅助设备(拖轮等)的支持，以至难以缩短作业时间及减低勘察成本。

再如，中国实用新型专利CN203844977U公开了一种“用于近海静力触探的海上平台装置”，采用船载锚链式固定平台，创新三层套管模式，并使设备固定在内层机架上，能够不受涨落潮影响，实施近海静力触探等原位试验，具有方法简便，转场快，成本低等特征。由于固定在甲板上的静探机架受锚泊定位模式的约束，平台易受海况产生的横荡、纵荡和升沉影响；外层套管需入海床泥面一定深度，以至这一深度土的原始结构扰动，影响表层土的力学参数。

近年来，我国近海工程依托国家“一带一路”的战略发展，伴随着深水港、跨海大桥、人工岛隧等一系列工程的实施，作业水域已从沿海近岸延伸到公海、专属经济区、亚非、拉美洲港口海域。为此，迫切需要一种适应长途(集装箱)运输、安全性高、安装简便、转场快速，能够抵御风、浪、流三级海况，并使测试质量满足或符合EU、ASTM标准的低成本、多功能原位测试勘探平台。

在这种平台上可以安装陆域使用的各类勘察设备或装置，以便进行海上原位测试或勘探取样，现有的技术中这类装置有多种，比如中国发明专利CN103195042A公开了“一种可深层加载的螺旋板载荷试验装置及其方法”；CN1995380A公开了一种“岩土工程原位旋转触探的测试方法及其专用设备”等。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种低成本、多功能、可自航转场、模块化、适宜运输的浅海域原位测试勘探平台，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种浅海域原位测试勘探平台，包括以下组成部分：作业平台，用于安装原位测试、勘探所需的设备，所述作业平台内设有浮力装置；多根桩腿，设置在作业平台的周围，桩腿的下端设有桩靴；液压升降装置，连接在作业平台与每根桩腿之间，用于实现桩腿相对于作业平台的上升和下降；推进装置，安装在作业平台上，当作业平台处于漂浮状态时，为作业平台提供航行的动力。

优选地，所述作业平台包括桁架式框架和铺设在桁架式框架上面的地板。

更优地，所述桁架式框架由空心方管连接而成，所述空心方管的端部均密封，不会进水。

优选地，所述桩靴内设有水力分配器，所述水力分配器连接多根冲桩支管，所述桩靴的表面设有多个喷水口分别与各冲桩支管相连接。

更优地，所述冲桩支管分为上冲桩支管、中冲桩支管和下冲桩支管，分别与设置在桩靴顶面、侧面和底面的喷水口相连接。

更优地，所述喷水口上设有保护罩。

优选地，所述浮力装置包括永久浮体和压载水箱，所述压载水箱上设有进水口和排水口。

优选地，所述液压升降装置包括基座部和滑环部，基座部和滑环部均套设在桩腿上，基座部与作业平台固定连接，基座部内设有液压缸和锁紧装置，液压缸的活塞杆与滑环部相连接，所述桩腿上沿长度方向设置多个销孔，所述滑环部上设有可与桩腿上的销孔相对齐的固定孔，所述锁紧装置用于锁紧桩腿。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型平台采用模块化设计，安全性高，现场组装及拆卸简便，便于运输。

(2)本实用新型平台自带推进装置，可实现孔位之间自航转场，缩短了作业时间，提升了经济效益。

(3)本实用新型平台可以利用液压升降装置进行升降，作业时稳定性高，可适应浅滩、潮间带～近海水域的原位测试或勘探取样，具有建造及维护成本低的特点。能满足恶劣海况下近海工程勘探之需，从而使陆域成熟的原位测试及勘探取样技术延伸至近海水域。

(4)本实用新型的优选方案采用桩靴环喷冲桩设计，可以克服桩腿提升过程中桩靴上部的阻力及桩靴底部的吸附力，提高了平台迁移的效率。

(5)本实用新型的优选方案设置压载水箱，在进行海上原位测试或勘探之前，可以对桩腿进行预压载，荷载可控,既能提供静力荷载等试验所需的反力，又能提前消除桩腿穿刺的隐患。

附图说明

图1为本实用新型原位测试勘探平台的整体结构示意图。

图2为本实用新型中桁架式框架的结构分解示意图。

图3为本实用新型中浮力装置的结构安装示意图。

图4为本实用新型中桩靴的结构示意图。

图5为本实用新型中桩靴内部的环喷装置示意图。

图6为本实用新型中推进装置的结构及安装示意图。

图7为本实用新型中液压升降装置及其与桩腿连接的示意图。

图8是桩腿接头的结构示意图。

10桩腿接头； 11作业平台； 12销孔； 13桩靴；

14推进装置； 15液压升降装置； 16桁架梁； 17空心方管；

20栏杆； 21锚桩； 22机架座； 23桩腿；

25连接板； 27螺栓； 28螺栓孔； 29加劲连接板；

30法兰； 31定位凹槽； 32定位凸环； 50方向舵；

51浆毂； 52叶片； 53内管； 55外管；

56驱动装置； 57舵叶； 58抱箍； 581抱箍固定器；

81喷水口； 82靴尖； 83水力分配器； 84上冲桩支管；

85中冲桩支管； 86下冲桩支管； 90压条； 91上架板；

92永久浮体； 93下架板； 95进水口； 96排水口；

97压载水箱； 151基座部； 152滑环部； 153活塞杆；

154固定孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型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实用新型，而并非对本实用新型的限制。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，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。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实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型一种浅海域原位测试勘探平台包括一个作业平台11，作业平台11的周围设置多根桩腿23，在本实施例中，作业平台11呈矩形，在其四个角上各设有一根桩腿23。作业平台11内设有浮力装置，可以漂浮在水面上，作业平台11中央设有月池，月池边缘设有机架座22，可在其上安装原位测试设备或用于勘探取样的钻机；作业平台11可用栏杆20围起，四周设有4个锚桩21。在作业平台11与每根桩腿23之间连接液压升降装置15，用于实现桩腿23相对于作业平台11的上升和下降，液压升降装置15提供的动力能够克服土体带来的摩擦阻力和作业平台11的自重；桩腿23的下端设有桩靴13，当桩腿23相对于作业平台11下降时，桩靴13可以插入海床泥面以下，有利于对桩腿23提供稳固的支撑。另外，作业平台11上还安装有推进装置14，当作业平台11处于漂浮状态时，推进装置14可以为作业平台11提供航行的动力。

在本实用新型的优选实施方式中，作业平台11主要由桁架式框架和铺设在桁架式框架上面的地板构成，可以有效地减轻作业平台11的重量。如图2所示，所述桁架式框架由多根桁架梁16相互连接而成，桁架梁16之间通过连接板25和螺栓相连接，以便于拆卸运输。每根桁架梁16均由空心方管17连接而成，连接后，空心方管的端部开口均焊接挡板进行密封，保证不会进水，这样可以增加作业平台11的浮力。空心方管17可以采用高强度、耐腐蚀的镀锌钢管或不锈钢方管。

如图3所示，浮力装置包括永久浮体92和压载水箱97，永久浮体92比如可以由多个浮桶排列在一起构成。压载水箱97上设有进水口95与排水口96，压载水箱97内设有水位传感器及控制线路，排水口96上连接有不锈钢电磁阀，电磁阀接受电控信号后可以开启或关闭排水口96。当利用水泵向压载水箱97中注水时，可以起到压载作用，利用水位传感器及控制线路可以控制压载水箱97内的水位，从而实现可控荷载；当压载水箱97排空时，可以提供较大的浮力。永久浮体92和压载水箱97通过压条90、上架板91、下架板93以及螺栓与作业平台11的桁架式框架固定连接，为作业平台11提供所需的浮力。上架板91、下架板93可以由等边或不等边的角钢构成。

如图4、5所示，在桩靴13的底部中心设有靴尖82，在桩靴13内设有水力分配器83，水力分配器83连接多根冲桩支管，构成桩靴环喷装置，冲桩支管分为上冲桩支管84、中冲桩支管85和下冲桩支管86，在桩靴13的表面设有多个喷水口81，这些喷水口81分别设置在桩靴13的顶面、侧面和底面，并分别与上冲桩支管84、中冲桩支管85和下冲桩支管86相连接。作业平台11上高压泵的给水管穿过桩腿23的内管腔与桩靴13内的水力分配器83相连接，高压泵将冲桩水通过水力分配器83分别压入上冲桩支管84、中冲桩支管85、下冲桩支管86，将桩靴13上下及四周淤积土冲开，当需要上拔桩腿时，喷水口81向外喷出高压水，可以将桩靴13上下及四周的淤积土冲开，有助于克服桩腿上拔时的摩擦力和桩靴底部土体的吸附力。为了防止土体渗入冲桩支管，喷水口81上可设置保护罩。

如图6所示，推进装置14由浆毂51、叶片52、驱动装置56、舵叶57等现有标准构件安装配置而成，作业平台舷侧焊接有抱箍固定器581，抱箍固定器581通过抱箍58、螺栓27固定外管55；内管53穿设在外管55内，内管53的上端连接方向舵50，下端与舵叶57传动连接。内管53内设有电线，可以为驱动装置56提供电能，方向舵50上还安装有调速开关，作业人员以全回转方式控制方向舵50，进行转向及调速，实施终孔后的自航转场。组成推进装置14的上述各部件拆卸后可以放入包装箱内，运输携带方便，使用时，可在作业平台上方便快速地组装在一起。

如图7所示，液压升降装置15包括一个基座部151和滑环部152，基座部151和滑环部152均套设在桩腿23上，作业平台的侧面设有加劲连接板29，基座部通过螺栓固定在加劲连接板29上，基座部151内设有液压缸和锁紧装置，液压缸的活塞杆153与滑环部152相连接，当液压缸伸缩时，可以推动滑环部152沿桩腿23上下滑动，在桩腿23上沿长度方向设置多个销孔12，而滑环部152上设有可与桩腿上的其中一个销孔12相对齐的固定孔154，当在固定孔154和相对齐的销孔12中插入插销时，可以将滑环部152固定在桩腿23上；而当基座部151内的锁紧装置锁紧时，可以将基座部151锁紧在桩腿23上，锁紧装置为公知结构，比如可以采用液压夹紧装置或者是可以插入销孔12中的栓销装置等。桩腿23可以通过桩腿接头10连接加长，桩腿接头10之间可以通过螺栓相连接。用基座部151内的锁紧装置锁紧桩腿23，接着液压缸伸长，推动滑环部152沿桩腿23向上滑动一个步长(相邻两个销孔12之间距离)，然后插入插销将滑环部152固定在桩腿23上，最后松开锁紧装置并收缩液压缸，就可以使作业平台11相对于桩腿23上升一个步长，或者使桩腿23相对于作业平台11下降一个步长。用基座部151内的锁紧装置锁紧桩腿23，先收缩液压缸，带动滑环部152沿桩腿23向下滑动，然后利用插销将滑环部152固定在桩腿23上，松开锁紧装置并伸长液压缸，可以使作业平台相对于桩腿23下降，或者使桩腿23相对于作业平台上升(拔桩)。

如图8所示，桩腿接头10固定在相连接的两段桩腿23的端部，桩腿接头10上设有法兰30，法兰30上设有螺栓孔28，用于螺栓连接；在相对接的两个桩腿接头10中，其中一个桩腿接头10上设有定位凸环32，而另一个桩腿接头10上则设有定位凹槽31，定位凹槽31与定位凸环32相配合，可以实现径向定位，保证相连接的两段桩腿23的同轴度。

下面对上述原位测试勘探平台的使用方法进行说明。

该方法包括以下步骤：

(1)安装：将上述原位测试勘探平台的各组成部分放置在集装箱内，运输至勘探现场附近，组装成所述原位测试勘探平台；原位测试或勘探所需的设备也一同运来，常用的设备有旁压试验(旁压仪、变形测量系统、加压稳压装置)、静力触探(贯入装置、触探仪)、十字板剪切(剪切仪、测力装置)、扁铲侧胀(探头、量测系统)、勘探取样(钻机，机架，钻具)等，按需配备。

(2)拖航：将安装好的原位测试勘探平台通过吊车放置到水面，通常采用拖轮拖航到指定的作业海域。

(3)下桩腿：当原位测试勘探平台到达预定作业地点后，开始将桩腿下端下降至海床表面上。

(4)升平台：当桩腿下端下降至海床表面并插入泥面以下一定深度时，继续利用液压升降装置下降桩腿，会将作业平台反向顶起，升至海面以上一定的高度(一般高于海面2米以上)，利用锁紧装置将作业平台与桩腿锁住，作业平台的重量全部作用在桩腿上，起到压桩的效果。

(5)预压载：向作业平台内的压载水箱内注入海水压载，压载时间可根据海床土性适时调整；对于熟悉的海床土层(土质均匀)，可缩短预压载时间或省略预压载过程。

(6)海上作业：勘探作业前，结束预压载，打开电磁阀将压载水箱内的海水排空。若作业平台不平整，可用液压升降装置来升降桩腿实施调整，然后在作业平台上安装原位测试、勘探所需的设备，实施原位测试或勘探取样作业。

(7)降平台及拔桩：作业完成后，需要利用液压升降装置将作业平台降至水面，然后启动桩靴环喷装置，冲桩水通过水力分配器压入冲桩支管，克服桩腿上拔时的摩擦力和桩靴底部土体的吸附力，拔桩与桩靴环喷循环实施，直至将桩腿拔出海床泥面。

(8)转场：启动推进装置，通过方向舵操纵平台转向，使所述原位测试勘探平台自航转场，到达下一作业地点，然后重复步骤(3)～(8)，直至临近海域的原位测试勘探作业全部完毕。

本实用新型桁架式框架原位测试勘探平台，采用作业现场组合安装，自航转场，基本达到一次装卸，就可完成整片区域的原位测试或勘察取样作业。本实用新型充分体现了模块化设计、运输便利和循环使用的环保理念；平台具有稳定性高、建造及维护成本低的特点，可完成潮间带～近海水域各类勘探综合作业，依托本实用新型而开展海上原位测试或勘探取样，为设计或研究提供符合GB、EU、ASTM规范标准的岩土体物理及力学参数。

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

Claims (8)

1.一种浅海域原位测试勘探平台，其特征是，包括以下组成部分：

作业平台(11)，用于安装原位测试、勘探所需的设备，所述作业平台(11)内设有浮力装置；多根桩腿(23)，设置在作业平台(11)的周围，桩腿(23)的下端设有桩靴(13)；

液压升降装置，连接在作业平台(11)与每根桩腿(23)之间，用于实现桩腿(23)相对于作业平台(11)的上升和下降；

推进装置(14)，安装在作业平台(11)上，当作业平台(11)处于漂浮状态时，为作业平台(11)提供航行的动力。

2.根据权利要求1所述的原位测试勘探平台，其特征是，所述作业平台(11)包括桁架式框架和铺设在桁架式框架上面的地板。

3.根据权利要求2所述的原位测试勘探平台，其特征是，所述桁架式框架由空心方管(17)连接而成，所述空心方管(17)的端部均密封，不会进水。

4.根据权利要求1所述的原位测试勘探平台，其特征是，所述桩靴(13)内设有水力分配器(83)，所述水力分配器(83)连接多根冲桩支管(84～86)，所述桩靴(13)的表面设有多个喷水口(81)分别与各冲桩支管相连接。

5.根据权利要求4所述的原位测试勘探平台，其特征是，所述冲桩支管分为上冲桩支管(84)、中冲桩支管(85)和下冲桩支管(86)，分别与设置在桩靴(13)顶面、侧面和底面的喷水口(81)相连接。

6.根据权利要求4所述的原位测试勘探平台，其特征是，所述喷水口(81)上设有保护罩。

7.根据权利要求1所述的原位测试勘探平台，其特征是，所述浮力装置包括永久浮体(92)和压载水箱(97)，所述压载水箱(97)上设有进水口(95)和排水口(96)。

8.根据权利要求1所述的原位测试勘探平台，其特征是，所述液压升降装置包括基座部(151)和滑环部(152)，基座部(151)和滑环部(152)均套设在桩腿(23)上，基座部(151)与作业平台(11)固定连接，基座部(151)内设有液压缸和锁紧装置，液压缸的活塞杆(153)与滑环部(152)相连接，所述桩腿(23)上沿长度方向设置多个销孔(12)，所述滑环部(152)上设有可与桩腿(23)上的销孔(12)相对齐的固定孔(154)，所述锁紧装置用于锁紧桩腿(23)。