淺海域原位測試勘探平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種淺海域原位測試勘探平臺，包括以下組成部分：作業(yè)平臺，用于安裝原位測試、勘探所需的設備，所述作業(yè)平臺內設有浮力裝置；多根樁腿，設置在作業(yè)平臺的周圍，樁腿的下端設有樁靴；液壓升降裝置，連接在作業(yè)平臺與每根樁腿之間，用于實現(xiàn)樁腿相對于作業(yè)平臺的上升和下降；推進裝置，安裝在作業(yè)平臺上，當作業(yè)平臺處于漂浮狀態(tài)時，為作業(yè)平臺提供航行的動力。本實用新型拆卸簡便，便于運輸，可實現(xiàn)孔位之間自航轉場，縮短了作業(yè)時間。本實用新型平臺可以利用液壓升降裝置進行升降，作業(yè)時穩(wěn)定性高，可適應淺灘、潮間帶～近海水域的原位測試或勘探取樣，具有建造及維護成本低的特點。
【專利說明】
淺海域原位測試勘探平臺
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種淺海域原位測試勘探平臺，能確保近海水域巖土體的原位測試或勘探取樣作業(yè)的正常進行，具體地說，屬于近海工程原位測試綜合平臺。
【背景技術】
[0002]原位測試是指在工程勘察現(xiàn)場，采用原位測試設備對巖土體進行測試，獲取地基土層天然的物理及力學參數(shù)，比采用鉆探、取樣、室內試驗的一體模式所獲取得參數(shù)更為真實與可靠。一些重要工程，如:跨海大橋、海上風電、深水港區(qū)、海底隧道等，越來越多的設計人員依靠原位測試獲取的變形模量Eo、貫入阻力?8、抗剪強度Cu、扁脹模量Ed等參數(shù)，劃分土層，判別土性，計算承載力、穩(wěn)定性和變形量。目前，常用的原位測試有靜力觸探、旁壓試驗、十字板剪切、扁鏟側脹試驗等，從現(xiàn)有的工程應用實例及各類文獻檢索發(fā)現(xiàn)，這些測試技術用于陸域已非常成熟，而在風、浪、流等復雜海況下實施必須依托一個既安全又“靜止”的作業(yè)平臺。
[0003]現(xiàn)有技術中，采用一種船載自航式升降平臺實施海上作業(yè)，如:我國設計的“藍潮1001號”和荷蘭GustoMSC設計的NG9000C等，均能在較為惡劣的海上提供一個“靜”平臺，使陸域開展的這些試驗可順利延伸至水域，文獻“自升式風電安裝平臺升降裝置的控制”(陳牡丹，海洋工程裝備與技術，2014，(6):156-159.)和“自升式施工平臺的多功能應用綜述”(徐杰，楊秀禮，中國港灣建設，2015，(12):53-56.)等均有闡述。但上述平臺由于存在著高投入、高維護成本的缺點，與近海工程勘察作業(yè)地域廣泛所需求的運輸便利、成本低廉的目標相悖，因而限制了它們的應用。
[0004]又如，專利號為201120395391.3的中國實用新型專利“液壓鉆探平臺”，采用箱體、支撐管、動力站、液壓系統(tǒng)及箱鎖組件構成的升降平臺，應用于港珠澳大橋島隧工程勘察，提高了取土質量及原位測試精度，為工程設計和優(yōu)化提供了可靠的巖土參數(shù)。但在軟粘土海床，入土過深的支撐管會造成拔粧困難;單孔作業(yè)點完成后的轉場，需輔助設備(拖輪等)的支持，以至難以縮短作業(yè)時間及減低勘察成本。
[0005]再如，中國實用新型專利CN203844977U公開了一種“用于近海靜力觸探的海上平臺裝置”，采用船載錨鏈式固定平臺，創(chuàng)新三層套管模式，并使設備固定在內層機架上，能夠不受漲落潮影響，實施近海靜力觸探等原位試驗，具有方法簡便，轉場快，成本低等特征。由于固定在甲板上的靜探機架受錨泊定位模式的約束，平臺易受海況產生的橫蕩、縱蕩和升沉影響;外層套管需入海床泥面一定深度，以至這一深度土的原始結構擾動，影響表層土的力學參數(shù)。
[0006]近年來，我國近海工程依托國家“一帶一路”的戰(zhàn)略發(fā)展，伴隨著深水港、跨海大橋、人工島隧等一系列工程的實施，作業(yè)水域已從沿海近岸延伸到公海、專屬經濟區(qū)、亞非、拉美洲港口海域。為此，迫切需要一種適應長途(集裝箱)運輸、安全性高、安裝簡便、轉場快速，能夠抵御風、浪、流三級海況，并使測試質量滿足或符合EU、ASTM標準的低成本、多功能原位測試勘探平臺。
[0007]在這種平臺上可以安裝陸域使用的各類勘察設備或裝置，以便進行海上原位測試或勘探取樣，現(xiàn)有的技術中這類裝置有多種，比如中國發(fā)明專利CN103195042A公開了 “一種可深層加載的螺旋板載荷試驗裝置及其方法”；CN1995380A公開了一種“巖土工程原位旋轉觸探的測試方法及其專用設備”等。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型要解決的技術問題是提供一種低成本、多功能、可自航轉場、模塊化、適宜運輸?shù)臏\海域原位測試勘探平臺，以克服現(xiàn)有技術的上述缺陷。
[0009]為了解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案:一種淺海域原位測試勘探平臺，包括以下組成部分:作業(yè)平臺，用于安裝原位測試、勘探所需的設備，所述作業(yè)平臺內設有浮力裝置;多根粧腿，設置在作業(yè)平臺的周圍，粧腿的下端設有粧靴;液壓升降裝置，連接在作業(yè)平臺與每根粧腿之間，用于實現(xiàn)粧腿相對于作業(yè)平臺的上升和下降；推進裝置，安裝在作業(yè)平臺上，當作業(yè)平臺處于漂浮狀態(tài)時，為作業(yè)平臺提供航行的動力。
[0010]優(yōu)選地，所述作業(yè)平臺包括桁架式框架和鋪設在桁架式框架上面的地板。
[0011]更優(yōu)地，所述桁架式框架由空心方管連接而成，所述空心方管的端部均密封，不會進水。
[0012]優(yōu)選地，所述粧靴內設有水力分配器，所述水力分配器連接多根沖粧支管，所述粧靴的表面設有多個噴水口分別與各沖粧支管相連接。
[0013]更優(yōu)地，所述沖粧支管分為上沖粧支管、中沖粧支管和下沖粧支管，分別與設置在粧靴頂面、側面和底面的噴水口相連接。
[0014]更優(yōu)地，所述噴水口上設有保護罩。
[0015]優(yōu)選地，所述浮力裝置包括永久浮體和壓載水箱，所述壓載水箱上設有進水口和排水口。
[0016]優(yōu)選地，所述液壓升降裝置包括基座部和滑環(huán)部，基座部和滑環(huán)部均套設在粧腿上，基座部與作業(yè)平臺固定連接，基座部內設有液壓缸和鎖緊裝置，液壓缸的活塞桿與滑環(huán)部相連接，所述粧腿上沿長度方向設置多個銷孔，所述滑環(huán)部上設有可與粧腿上的銷孔相對齊的固定孔，所述鎖緊裝置用于鎖緊粧腿。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0018](I)本實用新型平臺采用模塊化設計，安全性高，現(xiàn)場組裝及拆卸簡便，便于運輸。
[0019](2)本實用新型平臺自帶推進裝置，可實現(xiàn)孔位之間自航轉場，縮短了作業(yè)時間，提升了經濟效益。
[0020](3)本實用新型平臺可以利用液壓升降裝置進行升降，作業(yè)時穩(wěn)定性高，可適應淺灘、潮間帶?近海水域的原位測試或勘探取樣，具有建造及維護成本低的特點。能滿足惡劣海況下近海工程勘探之需，從而使陸域成熟的原位測試及勘探取樣技術延伸至近海水域。
[0021](4)本實用新型的優(yōu)選方案采用粧靴環(huán)噴沖粧設計，可以克服粧腿提升過程中粧靴上部的阻力及粧靴底部的吸附力，提高了平臺迀移的效率。
[0022](5)本實用新型的優(yōu)選方案設置壓載水箱，在進行海上原位測試或勘探之前，可以對粧腿進行預壓載，荷載可控，既能提供靜力荷載等試驗所需的反力，又能提前消除粧腿穿刺的隱患。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型原位測試勘探平臺的整體結構示意圖。
[0024]圖2為本實用新型中桁架式框架的結構分解示意圖。
[0025]圖3為本實用新型中浮力裝置的結構安裝示意圖。
[0026]圖4為本實用新型中粧靴的結構示意圖。
[0027]圖5為本實用新型中粧靴內部的環(huán)噴裝置示意圖。
[0028]圖6為本實用新型中推進裝置的結構及安裝示意圖。
[0029]圖7為本實用新型中液壓升降裝置及其與粧腿連接的示意圖。
[0030]圖8是粧腿接頭的結構示意圖。
[0031]10粧腿接頭；11作業(yè)平臺；12銷孔；13粧靴；
[0032]14推進裝置；15液壓升降裝置；16桁架梁； 17空心方管；
[0033]20欄桿；21錨粧；22機架座； 23粧腿；
[0034]25連接板； 27螺栓；28螺栓孔； 29加勁連接板；
[0035]30法蘭；31定位凹槽；32定位凸環(huán)；50方向舵；
[0036]51漿轂；52葉片；53內管；55外管；
[0037]56驅動裝置；57舵葉；58抱箍；581抱箍固定器；
[0038]81噴水口； 82靴尖；83水力分配器；84上沖粧支管；
[0039]85中沖粧支管；86下沖粧支管；90壓條；91上架板；
[0040]92永久浮體；93下架板；95進水口； 96排水口；
[0041 ]97壓載水箱；151基座部；152滑環(huán)部； 153活塞桿；
[0042]154 固定孔。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細說明。這些實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制。
[0044]需要說明的是，在本實用新型的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0045]如圖1所示，本實用新型一種淺海域原位測試勘探平臺包括一個作業(yè)平臺11，作業(yè)平臺11的周圍設置多根粧腿23，在本實施例中，作業(yè)平臺11呈矩形，在其四個角上各設有一根粧腿23。作業(yè)平臺11內設有浮力裝置，可以漂浮在水面上，作業(yè)平臺11中央設有月池，月池邊緣設有機架座22，可在其上安裝原位測試設備或用于勘探取樣的鉆機;作業(yè)平臺11可用欄桿20圍起，四周設有4個錨粧21。在作業(yè)平臺11與每根粧腿23之間連接液壓升降裝置15，用于實現(xiàn)粧腿23相對于作業(yè)平臺11的上升和下降，液壓升降裝置15提供的動力能夠克服土體帶來的摩擦阻力和作業(yè)平臺11的自重;粧腿23的下端設有粧靴13，當粧腿23相對于作業(yè)平臺11下降時，粧靴13可以插入海床泥面以下，有利于對粧腿23提供穩(wěn)固的支撐。另夕卜，作業(yè)平臺11上還安裝有推進裝置14，當作業(yè)平臺11處于漂浮狀態(tài)時，推進裝置14可以為作業(yè)平臺11提供航行的動力。
[0046]在本實用新型的優(yōu)選實施方式中，作業(yè)平臺11主要由桁架式框架和鋪設在桁架式框架上面的地板構成，可以有效地減輕作業(yè)平臺11的重量。如圖2所示，所述桁架式框架由多根桁架梁16相互連接而成，桁架梁16之間通過連接板25和螺栓相連接，以便于拆卸運輸。每根桁架梁16均由空心方管17連接而成，連接后，空心方管的端部開口均焊接擋板進行密封，保證不會進水，這樣可以增加作業(yè)平臺11的浮力?？招姆焦?7可以采用高強度、耐腐蝕的鍍鋅鋼管或不銹鋼方管。
[0047]如圖3所示，浮力裝置包括永久浮體92和壓載水箱97，永久浮體92比如可以由多個浮桶排列在一起構成。壓載水箱97上設有進水口 95與排水口 96，壓載水箱97內設有水位傳感器及控制線路，排水口96上連接有不銹鋼電磁閥，電磁閥接受電控信號后可以開啟或關閉排水口 96。當利用水栗向壓載水箱97中注水時，可以起到壓載作用，利用水位傳感器及控制線路可以控制壓載水箱97內的水位，從而實現(xiàn)可控荷載；當壓載水箱97排空時，可以提供較大的浮力。永久浮體92和壓載水箱97通過壓條90、上架板91、下架板93以及螺栓與作業(yè)平臺11的桁架式框架固定連接，為作業(yè)平臺11提供所需的浮力。上架板91、下架板93可以由等邊或不等邊的角鋼構成。
[0048]如圖4、5所示，在粧靴13的底部中心設有靴尖82，在粧靴13內設有水力分配器83，水力分配器83連接多根沖粧支管，構成粧靴環(huán)噴裝置，沖粧支管分為上沖粧支管84、中沖粧支管85和下沖粧支管86，在粧靴13的表面設有多個噴水口 81，這些噴水口 81分別設置在粧靴13的頂面、側面和底面，并分別與上沖粧支管84、中沖粧支管85和下沖粧支管86相連接。作業(yè)平臺11上高壓栗的給水管穿過粧腿23的內管腔與粧靴13內的水力分配器83相連接，高壓栗將沖粧水通過水力分配器83分別壓入上沖粧支管84、中沖粧支管85、下沖粧支管86，將粧靴13上下及四周淤積土沖開，當需要上拔粧腿時，噴水口 81向外噴出高壓水，可以將粧靴13上下及四周的淤積土沖開，有助于克服粧腿上拔時的摩擦力和粧靴底部土體的吸附力。為了防止土體滲入沖粧支管，噴水口 81上可設置保護罩。
[0049]如圖6所示，推進裝置14由漿轂51、葉片52、驅動裝置56、舵葉57等現(xiàn)有標準構件安裝配置而成，作業(yè)平臺舷側焊接有抱箍固定器581，抱箍固定器581通過抱箍58、螺栓27固定外管55;內管53穿設在外管55內，內管53的上端連接方向舵50，下端與舵葉57傳動連接。內管53內設有電線，可以為驅動裝置56提供電能，方向舵50上還安裝有調速開關，作業(yè)人員以全回轉方式控制方向舵50，進行轉向及調速，實施終孔后的自航轉場。組成推進裝置14的上述各部件拆卸后可以放入包裝箱內，運輸攜帶方便，使用時，可在作業(yè)平臺上方便快速地組裝在一起。
[0050]如圖7所示，液壓升降裝置15包括一個基座部151和滑環(huán)部152，基座部151和滑環(huán)部152均套設在粧腿23上，作業(yè)平臺的側面設有加勁連接板29，基座部通過螺栓固定在加勁連接板29上，基座部151內設有液壓缸和鎖緊裝置，液壓缸的活塞桿153與滑環(huán)部152相連接，當液壓缸伸縮時，可以推動滑環(huán)部152沿粧腿23上下滑動，在粧腿23上沿長度方向設置多個銷孔12，而滑環(huán)部152上設有可與粧腿上的其中一個銷孔12相對齊的固定孔154，當在固定孔154和相對齊的銷孔12中插入插銷時，可以將滑環(huán)部152固定在粧腿23上；而當基座部151內的鎖緊裝置鎖緊時，可以將基座部151鎖緊在粧腿23上，鎖緊裝置為公知結構，比如可以采用液壓夾緊裝置或者是可以插入銷孔12中的栓銷裝置等?；捦?3可以通過粧腿接頭10連接加長，粧腿接頭10之間可以通過螺栓相連接。用基座部151內的鎖緊裝置鎖緊粧腿23，接著液壓缸伸長，推動滑環(huán)部152沿粧腿23向上滑動一個步長(相鄰兩個銷孔12之間距離)，然后插入插銷將滑環(huán)部152固定在粧腿23上，最后松開鎖緊裝置并收縮液壓缸，就可以使作業(yè)平臺11相對于粧腿23上升一個步長，或者使粧腿23相對于作業(yè)平臺11下降一個步長。用基座部151內的鎖緊裝置鎖緊粧腿23，先收縮液壓缸，帶動滑環(huán)部152沿粧腿23向下滑動，然后利用插銷將滑環(huán)部152固定在粧腿23上，松開鎖緊裝置并伸長液壓缸，可以使作業(yè)平臺相對于粧腿23下降，或者使粧腿23相對于作業(yè)平臺上升(拔粧)。
[0051]如圖8所示，粧腿接頭10固定在相連接的兩段粧腿23的端部，粧腿接頭10上設有法蘭30，法蘭30上設有螺栓孔28，用于螺栓連接;在相對接的兩個粧腿接頭10中，其中一個粧腿接頭1上設有定位凸環(huán)3 2，而另一個粧腿接頭1上則設有定位凹槽31，定位凹槽31與定位凸環(huán)32相配合，可以實現(xiàn)徑向定位，保證相連接的兩段粧腿23的同軸度。
[0052]下面對上述原位測試勘探平臺的使用方法進行說明。
[0053]該方法包括以下步驟:
[0054](I)安裝:將上述原位測試勘探平臺的各組成部分放置在集裝箱內，運輸至勘探現(xiàn)場附近，組裝成所述原位測試勘探平臺；原位測試或勘探所需的設備也一同運來，常用的設備有旁壓試驗(旁壓儀、變形測量系統(tǒng)、加壓穩(wěn)壓裝置)、靜力觸探(貫入裝置、觸探儀)、十字板剪切(剪切儀、測力裝置)、扁鏟側脹(探頭、量測系統(tǒng))、勘探取樣(鉆機，機架，鉆具)等，按需配備。
[0055](2)拖航:將安裝好的原位測試勘探平臺通過吊車放置到水面，通常采用拖輪拖航到指定的作業(yè)海域。
[0056](3)下粧腿:當原位測試勘探平臺到達預定作業(yè)地點后，開始將粧腿下端下降至海床表面上。
[0057](4)升平臺:當粧腿下端下降至海床表面并插入泥面以下一定深度時，繼續(xù)利用液壓升降裝置下降粧腿，會將作業(yè)平臺反向頂起，升至海面以上一定的高度(一般高于海面2米以上)，利用鎖緊裝置將作業(yè)平臺與粧腿鎖住，作業(yè)平臺的重量全部作用在粧腿上，起到壓粧的效果。
[0058](5)預壓載:向作業(yè)平臺內的壓載水箱內注入海水壓載，壓載時間可根據(jù)海床土性適時調整;對于熟悉的海床土層(土質均勻)，可縮短預壓載時間或省略預壓載過程。
[0059](6)海上作業(yè):勘探作業(yè)前，結束預壓載，打開電磁閥將壓載水箱內的海水排空。若作業(yè)平臺不平整，可用液壓升降裝置來升降粧腿實施調整，然后在作業(yè)平臺上安裝原位測試、勘探所需的設備，實施原位測試或勘探取樣作業(yè)。
[0060](7)降平臺及拔粧:作業(yè)完成后，需要利用液壓升降裝置將作業(yè)平臺降至水面，然后啟動粧靴環(huán)噴裝置，沖粧水通過水力分配器壓入沖粧支管，克服粧腿上拔時的摩擦力和粧靴底部土體的吸附力，拔粧與粧靴環(huán)噴循環(huán)實施，直至將粧腿拔出海床泥面。
[0061](8)轉場:啟動推進裝置，通過方向舵操縱平臺轉向，使所述原位測試勘探平臺自航轉場，到達下一作業(yè)地點，然后重復步驟(3)?(8)，直至臨近海域的原位測試勘探作業(yè)全部完畢。
[0062]本實用新型桁架式框架原位測試勘探平臺，采用作業(yè)現(xiàn)場組合安裝，自航轉場，基本達到一次裝卸，就可完成整片區(qū)域的原位測試或勘察取樣作業(yè)。本實用新型充分體現(xiàn)了模塊化設計、運輸便利和循環(huán)使用的環(huán)保理念;平臺具有穩(wěn)定性高、建造及維護成本低的特點，可完成潮間帶?近海水域各類勘探綜合作業(yè)，依托本實用新型而開展海上原位測試或勘探取樣，為設計或研究提供符合GB、EU、ASTM規(guī)范標準的巖土體物理及力學參數(shù)。
[0063]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種淺海域原位測試勘探平臺，其特征是，包括以下組成部分: 作業(yè)平臺(11)，用于安裝原位測試、勘探所需的設備，所述作業(yè)平臺(11)內設有浮力裝置;多根粧腿(23)，設置在作業(yè)平臺(11)的周圍，粧腿(23)的下端設有粧靴(13); 液壓升降裝置，連接在作業(yè)平臺(11)與每根粧腿(23)之間，用于實現(xiàn)粧腿(23)相對于作業(yè)平臺(11)的上升和下降； 推進裝置(14)，安裝在作業(yè)平臺(11)上，當作業(yè)平臺(11)處于漂浮狀態(tài)時，為作業(yè)平臺(11)提供航行的動力。2.根據(jù)權利要求1所述的原位測試勘探平臺，其特征是，所述作業(yè)平臺(11)包括桁架式框架和鋪設在桁架式框架上面的地板。3.根據(jù)權利要求2所述的原位測試勘探平臺，其特征是，所述桁架式框架由空心方管(17)連接而成，所述空心方管(17)的端部均密封，不會進水。4.根據(jù)權利要求1所述的原位測試勘探平臺，其特征是，所述粧靴(13)內設有水力分配器(83)，所述水力分配器(83)連接多根沖粧支管(84?86)，所述粧靴(13)的表面設有多個噴水口(81)分別與各沖粧支管相連接。5.根據(jù)權利要求4所述的原位測試勘探平臺，其特征是，所述沖粧支管分為上沖粧支管(84)、中沖粧支管(85)和下沖粧支管(86)，分別與設置在粧靴(13)頂面、側面和底面的噴水口(81)相連接。6.根據(jù)權利要求4所述的原位測試勘探平臺，其特征是，所述噴水口(81)上設有保護罩。7.根據(jù)權利要求1所述的原位測試勘探平臺，其特征是，所述浮力裝置包括永久浮體(92)和壓載水箱(97)，所述壓載水箱(97)上設有進水口(95)和排水口(96)。8.根據(jù)權利要求1所述的原位測試勘探平臺，其特征是，所述液壓升降裝置包括基座部(151)和滑環(huán)部(152)，基座部(151)和滑環(huán)部(152)均套設在粧腿(23)上，基座部(151)與作業(yè)平臺(11)固定連接，基座部(151)內設有液壓缸和鎖緊裝置，液壓缸的活塞桿(153)與滑環(huán)部(152)相連接，所述粧腿(23)上沿長度方向設置多個銷孔(12)，所述滑環(huán)部(152)上設有可與粧腿(23)上的銷孔(12)相對齊的固定孔(154)，所述鎖緊裝置用于鎖緊粧腿(23)。
【文檔編號】B63B35/44GK205475167SQ201620227080
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】成利民, 陳智勇, 鈕建定, 李孝杰, 胡建平, 吳朝東, 鄭建朝, 王照明, 梁國慶, 徐威, 陶旭光, 顧敏智, 趙樹光, 鄭華文
【申請人】中交第三航務工程勘察設計院有限公司