CN109930580B - 适用于浅海区域的静力触探***及其应用方法 - Google Patents

Abstract

适用于浅海区域的静力触探***，包括吸力筒反力装置，在吸力筒反力装置上固定连接带有船载控制***的加载装置，在加载装置上连接有静力触探仪；所述吸力筒反力装置包括下端开口的吸力筒，吸力筒通过真空泵管连接有真空泵；所述静力触探仪包括与所述加载装置相连的探杆，探杆下端连接有多功能静力触探探头，该多功能静力触探探头连接有静力触探记录仪。本发明的触探***配重小，对船载吊机的要求低，因而操作简捷，作业成本较低；同时，既保持了国外静力触探仪的测量精度，又克服了浅水区域所用贯标方式的精确性低以及平台式CPT作业过程复杂、稳定性差的问题。

Description

适用于浅海区域的静力触探***及其应用方法

技术领域

本发明属于浅海岩土工程原位测试领域，具体涉及一种适用于浅海区域的静力触探***及其应用方法。

背景技术

静力触探试验(Cone Penetration Test简称CPT)是将探头以匀速(2cm/s)贯入土体，记录数据，再结合室内土工试验综合评判土质与土层分布，是一种测量速度快、数据连续和再现性都较好、且操作省时省力等优点的原位测试方法。在岩土工程勘察中，静力触探是十分重要的手段，在探掘地层分布，测定岩土特性，确定地基承载力等方面，有突出的优点，还可与室内试验配合使用。随着海洋开发的迅速发展，CPT技术在国内外海洋工程领域的使用越来越普遍，在海洋工程地质调查中起到越来越重要的作用。

国内使用的海洋静力触探仪大多为进口的国外设备且通常应用于深海区域，这是因为对于浅水区域而言，仪器操作方式与在深海区域操作相同，虽然技术成熟，但并不简捷，其配重较大(为充分提供反力)，对船载吊机的要求较高，同时造成成本过高；在浅水区域，通常采取标贯试验(重锤自由落体，根据锤击数确定土层分布)代替静力触探试验，但是标贯试验的精确性不如静力触探试验；国内也有使用平台式CPT的，虽然成本相对较低，但平台运输、安装与拆卸较为繁琐，且试验原理为顶部加压，导致探杆径向稳定性不佳，极易造成影响试验结果的真实性，故而使用率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于浅海区域的静力触探***及其应用方法，该***配重小，对船载吊机的要求低，因而操作简捷，作业成本较低；同时，既保持了国外静力触探仪的测量精度，又克服了浅水区域所用贯标方式的精确性低以及平台式CPT作业过程复杂、稳定性差的问题。

本发明采取的技术方案是：

适用于浅海区域的静力触探***，包括吸力筒反力装置，在吸力筒反力装置上固定连接带有船载控制***的加载装置，在加载装置上连接有静力触探仪；

所述吸力筒反力装置包括下端开口的吸力筒，吸力筒通过真空泵管连接有真空泵；

所述静力触探仪包括与所述加载装置相连的探杆，探杆下端连接有多功能静力触探探头，该多功能静力触探探头连接有静力触探记录仪。

进一步的，所述吸力筒包括内外两个同心的圆筒，该两个圆筒顶端之间封闭，内筒与外筒之间设有隔档板，在内筒中设有用于将加载装置与吸力筒相连的连接件。

进一步的，所述内筒直径大于多功能静力触探探头直径的10倍；所述隔档板以30°的角度两两组成分隔仓，相邻分隔仓之间的部分为吸力仓，形成吸力仓的两块隔档板间的夹角为60°，在吸力仓的顶端设有与真空泵相连的排水口；所述内筒的高度大于外筒。

进一步的，在吸力筒顶端设有水平仪，在吸力筒侧面设有揽环。

进一步的，所述探杆为螺杆式探杆，长度为2～4米。

进一步的，所有入水的部件均具备防水性和防腐蚀性。

采用上述静力触探***进行静力触探试验的方法，包括以下步骤：

1)按工程要求选定海上勘察位置，并记录坐标；

2)进行触探***各部件的组装，并将触探仪通过船载吊机垂直置于海底后，依靠吸力筒自重以及真空泵抽取海水与空气提供的负压，使吸力筒***海底预设深度，进而将吸力筒反力装置以及与之相连的加载装置固定于海底土体表面；

3)依靠船载控制***控制水下加载装置，使多功能静力触探探头匀速压入海底土体，直至设计要求的深度，原位测试期间，静力触探记录仪自动记录测试数据；

4)完成测试后，利用船载控制***控制水下加载装置，使多功能静力触探探头匀速拔出土体并回到初始位置；

5)通过真空泵将抽取的海水排回吸力筒中，使吸力筒反力装置起拔并由船载吊机完成静力触探***的回收。

本发明的有益效果：

本发明通过设置吸力筒反力装置，利用反力装置自重、真空泵抽取海水与空气后产生的负压吸力及吸力筒侧壁与海底土体之间的摩擦力提供的反力，为整个静力触探***的稳定性提供保障；通过水平仪测得当前吸力筒反力装置与海底土体所呈角度，进而由控制***控制真空泵，通过对吸力筒不同吸力仓进行抽水，达到吸力筒反力装置调平作用；

测量时，贯入过程使用螺杆式静力触探探杆，探头贯入过程更加稳定，并有效降低静力触探探杆在浅海区域作业时的探杆弯曲问题；另外，整个静力触探***在海底的安置、测量过程均采用船载控制***进行控制，很大程度降低了水下工作操作难度。

本发明在吸力筒设计方面，使内筒直径大于多功能静力触探探头直径的10倍，消除了边界效应，即探头探测土体被内仓直径限定的影响；将分隔仓和吸力仓分别设计为30°和60°，防止了真空泵工作时的仓间渗流作用，若无此设计，当筒体初调平后，在筒壁底端两侧发生渗流作用，会使筒体失稳，增加调平难度；通过将内筒和外筒设计一定的高度差，防止内外筒之间发生渗流，进而扰动内筒中测量土体导致试验失败的情况。吸力筒的设计特点为：(1)内筒建立封闭不扰动环境，其上连接加载***，触探功能健全，空间分布合理；(2)外筒吸力仓分方向，可合理调平；(3)外筒分隔仓防止渗流作用保证吸力仓功能运行；(4)内筒外筒壁高度差，防止外筒吸力仓对内筒中的土体扰动；(5)整个结构设计便于海床上的安装与拆卸。

综上，与现有的浅海地区静力触探试验相比，本发明通过静力触探加载***解决加载问题，通过吸力筒反力***解决水下静力触探仪为了保持稳定所需反力的问题，船载控制***解决了水下操作困难的问题，同时还具有不削弱试验效果、测量成本低、施工速度快、对海底扰动小、经济环保等优点，在今后的浅海地质勘察工程中有一定的应用前景，并为国内静力触探工作奠定了基础。

附图说明

图1为本发明的静力触探***的结构示意图；

图2为吸力筒俯视图；

图3为吸力筒立体透视图；

图4为吸力筒与加载装置连接后的立体透视图；

图5为本发明的静力触探***的应用流程图；

图中：1、隔档板，2、内筒，3、连接件，4、外筒，5、排水口，6、加载装置外筒，7、探杆，8、加载装置，9、水平仪，10、揽环，11、多功能静力触探探头，12、真空泵管，13、真空泵，14、船载控制***，15、静力触探记录仪，16、电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种适用于浅海区域的静力触探***，包括吸力筒反力装置，在吸力筒反力装置上固定连接带有船载控制***14的加载装置8，在加载装置8上连接有静力触探仪，所述加载装置为静力触探仪提供动力来源；

如图2～4所示，所述吸力筒反力装置包括下端开口的吸力筒，吸力筒通过真空泵管12连接有真空泵13，所述吸力筒包括内外两个同心的圆筒(环状)，该两个圆筒顶端之间封闭，内筒2与外筒4的之间设有隔档板1(图3和图4中，为了较好的显示隔档板的布置，画成了栅格状，实际是不透水的)，在内筒2中设有用于将加载装置8与吸力筒相连的连接件3。所述内筒2直径大于多功能静力触探探头11直径的10倍，本实施例中，以常用探头型号直径3.57cm为基础，设计的内筒直径36cm；所述隔档板1以30°的角度两两组成分隔仓，相邻分隔仓之间的部分为吸力仓，吸力仓的夹角为60°，在吸力仓的顶端设有与真空泵13相连的排水口5，可通过真空泵13将筒体调至水平，调平过程中，以吸力筒顶端的水平仪9为准；所述内筒2的高度大于外筒4。所述隔档板1同时起到保持两个圆筒结构稳定不变形的作用，有利于承载加载***。

所述静力触探仪器包括与所述加载装置相连的螺杆式探杆7，其长度2～4米，既满足普通浅海的需求，又能保持一定的刚度保证测量的稳定性，探杆下端连接有多功能静力触探探头11，该多功能静力触探探头连接有静力触探记录仪15；所述船载控制***14与加载装置8之间以及多功能静力触探探头11与静力触探记录仪15之间通过电缆16相连；另外，所有入水的部件均具备防水性和防腐性。

采用上述静力触探仪进行静力触探试验的方法，包括以下步骤(如图5所示流程图)：

1)按工程要求选定海上勘察位置，并记录坐标；

2)将多功能静力触探探头11与探杆7连接好，将其旋入加载装置外筒6；再完成触探***其他各部件的组装，之后将船载吊机与触探***的揽环10相连，并将触探***垂直下方至海底，随后，依靠吸力筒反力装置的自重以及真空泵抽取海水与空气提供的负压，使吸力筒的内筒***海底预设深度，进而将吸力筒反力装置以及与之相连的加载装置固定于海底土体表面；根据吸力筒顶端的水平仪的指示，利用真空泵抽吸海水，调节吸力筒的平衡状态，最终使得整个测量***处于水平状态；

3)依靠船载控制***控制水下加载装置，使多功能静力触探探头匀速压入海底土体，直至设计要求的深度，原位测试期间，探头的勘测数据通过传输电缆由海底土层传输到船载的静力触探记录仪中，可实时记录监测土体不同深度处的各项静力触探指标的变化情况；

4)完成测试后，利用船载控制***控制水下加载装置，使多功能静力触探探头匀速拔出土体并回到初始位置；

5)通过真空泵将抽取的海水排回吸力筒中，使吸力筒反力装置起拔并由船载吊机完成静力触探***的回收，同时对海上静力触探试验的数据整理并分析。

Claims (2)

1.适用于浅海区域的静力触探***，其特征在于，包括吸力筒反力装置，在吸力筒反力装置上固定连接带有船载控制***(14)的加载装置(8)，在加载装置(8)上连接有静力触探仪；

所述吸力筒反力装置包括下端开口的吸力筒，吸力筒通过真空泵管(12)连接有真空泵(13)；

所述静力触探仪包括与所述加载装置(8)相连的探杆(7)，探杆下端连接有多功能静力触探探头(11)，该多功能静力触探探头(11)连接有静力触探记录仪(15)，

所述吸力筒包括内外两个同心的圆筒，该两个圆筒顶端之间封闭，内筒(2)与外筒(4)之间设有隔档板(1)，在内筒(2)中设有用于将加载装置(8)与吸力筒相连的连接件(3)，所述内筒(2)直径大于多功能静力触探探头(11)直径的10倍；所述隔档板(1)以30°的角度两两组成分隔仓，相邻分隔仓之间的部分为吸力仓，形成吸力仓的两块隔档板间的夹角为60°，在吸力仓的顶端设有与真空泵(13)相连的排水口(5)；所述内筒(2)的高度大于外筒(4)，在吸力筒顶端设有水平仪，在吸力筒侧面设有揽环，所述探杆(7)为螺杆式探杆，长度为2～4米。

2.采用权利要求1所述静力触探***进行静力触探试验，包括以下步骤：

1)按工程要求选定海上勘察位置，并记录坐标；

2)进行触探***各部件的组装，并将触探仪通过船载吊机垂直置于海底后，依靠吸力筒自重以及真空泵抽取海水与空气提供的负压，使吸力筒***海底预设深度，进而将吸力筒反力装置以及与之相连的加载装置固定于海底土体表面；

3)依靠船载控制***控制水下加载装置，使多功能静力触探探头匀速压入海底土体，直至设计要求的深度，原位测试期间，静力触探记录仪自动记录测试数据；

4)完成测试后，利用船载控制***控制水下加载装置，使多功能静力触探探头匀速拔出土体并回到初始位置；

5)通过真空泵将抽取的海水排回吸力筒中，使吸力筒反力装置起拔并由船载吊机完成静力触探***的回收。

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