一种海上单桩基础水平静载试验方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海上单桩基础水平静载试验方法及系统，本方案利用锚索将海上单桩基础与船舶连接，通过船舶起锚时产生的拽曳力对海上单桩基础施加水平静载。本发明专利技术提供的方案能够为海上单桩基础水平静载试验提供反力，同时克服了潮汐、风、波浪等引起的船舶晃动导致试验力的大小和方向发生变化的缺陷。

A horizontal static load test method and system for offshore single pile foundation

The invention discloses a horizontal static load test method and a system for offshore single pile foundation, in which the offshore single pile foundation is connected with a ship by an anchor cable, and the horizontal static load is applied to the offshore single pile foundation by the drag force generated by the anchoring of the ship. The scheme provided by the invention can provide a reaction force for the horizontal static load test of a single pile foundation at sea, and overcome the defect that the magnitude and direction of the test force are changed due to the ship sloshing caused by tides, wind, waves, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种海上单桩基础水平静载试验方法及系统
本专利技术涉及测试方法，具体涉及水平静载试验方法。
技术介绍
水平静荷载试验是判断桩基水平承载力最为直接和准确的方法，通过静荷载试验可以求得地基土的侧向地基反力，确定地基土抗力合理的计算图式及相应的弹性地基系数，并得到试验桩的水平承载力。海上单桩，特别是海上超大直径单桩水平承载能力远大于常规直径桩基础。和竖向承载力静荷载试验类似，水平力试验同样存在加载方法和加载吨位的问题。对于常规水工建筑物如码头桩基或海上风机基础单桩的水平力试验，若沿用过去的反力桩模式，打单桩作为反力桩，仅仅是反力单桩的材料费就动辄数百万元，且尚未考虑船机等费用，成本非常的高。由此可见，提供一种新的反力模式，降低试桩费用是本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有海上单桩进行水平力试验技术所存在的问题，需要一种新的，成本低的海上单桩水平力试验方案。为此，本专利技术所要解决的问题是提供一种海上单桩基础水平静载试验方法及实现该方法的水平静载试验系统。为了解决上述问题，本专利技术提供的海上单桩基础水平静载试验方法，其利用锚索将海上单桩基础与船舶连接，通过船舶起锚时产生的拽曳力对海上单桩基础施加水平静载。进一步的，所述方法还通过配合阀控非对称液压缸电液力伺服系统提供张紧稳定的水平拉力。进一步的，所述方法中首先根据实际情况对由阀控非对称液压缸电液力伺服系统预设相应的加载量级，当受到外界环境影响的时候，由阀控非对称液压缸电液力伺服系统根据预设的加载量级实时将变化的锚索力自动恢复至预设值。为了解决上述问题，本专利技术提供的海上单桩基础水平静载试验系统，包括：施工船舶以及设置在施工船舶上的锚索和船锚，所述锚索连接至待试验的海上单桩基础，所述船锚锚固施工船舶；所述施工船舶通过在起锚时产生的拽曳力对海上单桩基础施加水平静载。进一步的，所述试验系统还包括可调节单桩加载保护装置，所述可调节单桩加载保护装置套设在待试验的海上单桩基础上，并与锚索连接。进一步的，所述可调节单桩加载保护装置包括保护钢筒以及设置在保护钢筒上的若干施力螺栓，所述若干施力螺栓相对应的设置在保护钢筒筒壁上，调节保护钢筒内的加载内径。进一步的，所述若干施力螺栓分成若干组沿保护钢筒轴向设置在保护钢筒筒壁上，每组施力螺栓沿保护钢筒周向匀距分布。进一步的，所述施力螺栓与桩体接触的顶端设置有垫块。进一步的，所述试验系统还包括阀控非对称液压缸电液力伺服系统，所述阀控非对称液压缸电液力伺服系统设置在施工船舶上，并连接调节锚索。进一步的，所述阀控非对称液压缸电液力伺服系统包括由上位机，下位机，电液伺服阀，非对称液压缸，所述上位机将命令传送至下位机，下位机用于控制电液伺服阀、非对称液压缸，当从主控机收到命令，立即控制电液伺服阀，而电液伺服阀用于电液伺服力控制系统中对力的控制，下位机还同时进行数据检测；下位机可实时接收下位机传输回来的检测信号，处理数据，并进行实时监控。本专利技术提供的方案能够为海上单桩基础水平静载试验提供反力，同时克服了潮汐、风、波浪等引起的船舶晃动导致试验力的大小和方向发生变化的缺陷。再者，本专利技术提供的试验方案组成结构简单，易于实现，实施成本低，且能够对不同桩径进行加载试验。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为本专利技术实例中进行海上单桩基础水平静载试验系统的示意图；图2为本专利技术实例中阀控非对称液压缸电液力伺服系统的工作原理图；图3为本专利技术实例中可调节单桩加载保护装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。本实例针对海上单桩基础水平静载试验的特点，采用一种新的反力模式，以有效降低试桩费用。该方案主要利用高强锚索将海上单桩基础与船舶连接，通过船舶起锚时产生的拽曳力达到对海上单桩基础施加水平静载的目的。参见图1，其所示为本实例基于上述原理构成的一种海上单桩基础水平静载试验系统的组成示意图。由图可知，本实例提供的该海上单桩基础水平静载试验系统100主要包括施工船舶110、船锚120、锚索130、阀控非对称液压缸电液力伺服系统140以及可调节单桩加载保护装置150这五个组成部分。其中，锚索130为高强度锚索130用于连接待试验海上单桩基础200和施工船舶110；同时船锚120相对于锚索130设置在施工船舶110上，用于锚固施工船舶；而施工船舶110通过在起锚时产生的拽曳力对海上单桩基础200施加水平静载。本方案中对于船锚与施工船无特定要求，只需根据单桩水平静载试验的荷载要求，选取合适吨位的船只与船锚即可。锚索130的张紧系统是海上单桩基础水平静载试验的重要组成部分。必须在每级加载所提供的荷载不随船舶的移动而偏离原来的位置，也要避免潮汐、风、波浪等对荷载值产生影响。因此，锚索130的张紧力在试验过程中需要自动维持和恒定，是试验得以进行的保障。为此，本实例方案中通过阀控非对称液压缸电液力伺服系统140来控制调节锚索130的张紧力，以实现对海上单桩基础提供张紧稳定的水平拉力。该伺服控制系统由主控计算机和若干单片机组成，由主控计算机发出控制指令，单片机控制伺服阀和非对称液压缸，由此实现对海上单桩基础提供张紧稳定的水平拉力。该阀控非对称液压缸电液力伺服系统140设置在施工船舶110上，并控制连接锚索130，这样通过与施工船舶110配合，实现对锚索130张紧的控制。该阀控非对称液压缸电液力伺服系统140作为一个补偿装置配合船舶共同施力。参见图2，其所示为本实例中伺服控制系统的工作原理图。由图可知，整个系统由一台主控计算机(上位机)141和若干单片机(下位机)142组成。当达到加载量级时，主控计算机(上位机)141直接发出控制命令，通过串口143将命令传送至单片机。单片机142用于控制伺服阀、非对称液压缸，当从主控机收到命令，立即控制电液伺服阀，而电液伺服阀用于电液伺服力控制系统中对力的控制，单片机还同时进行数据检测。主控计算机可以并实时接收单片机传输回来的检测信号，处理数据，并进行实时监控。本伺服控制系统是由主控计算机自动控制，在实施前根据实际情况预设一个加载量级，当受到外界环境影响的时候，主控计算机会将变化的锚索力自动恢复至预设值，从而保证张紧力的稳定。在具体实施时，首选对伺服系统预先设置指令信号，该指令信号即为加载时所需达到的加载量级，当船体由于潮汐、风、波浪等晃动使得锚索力变化时，伺服系统能够迅速响应恢复到原来的稳定状态(指令信号)下运行或者在输入指令信号作用下，能在短暂的调节过程后恢复到原有平衡状态，确保锚索张紧力在试验过程中自动维持和恒定。在此基础上，为了适应不同桩径加载试验的需要，本实例方案进一步增设可调节单桩加载保护装置105。该可调节单桩加载保护装置105的加载内径可调，由此整体套设在待试验的海上单桩基础200上，并与锚索130连接，可将船舶起锚时产生的拽曳力施加到海上单桩基础200上，以对海上单桩基础200形成水平静载。参见图3，该可调节单桩加载保护装置150主要由一定厚度的保护钢筒151以及设置在其上的若干施力螺栓152配合组成。保护钢筒151的内径大于一般常见的海上单桩基础200的外径。而若干施力螺栓152按照一定的方式以螺接结构穿设在保护钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.海上单桩基础水平静载试验方法，其特征在于，利用锚索将海上单桩基础与船舶连接，通过船舶起锚时产生的拽曳力对海上单桩基础施加水平静载。

【技术特征摘要】
1.海上单桩基础水平静载试验方法，其特征在于，利用锚索将海上单桩基础与船舶连接，通过船舶起锚时产生的拽曳力对海上单桩基础施加水平静载。2.根据权利要求1所述的海上单桩基础水平静载试验方法，其特征在于，所述方法还通过配合阀控非对称液压缸电液力伺服系统提供张紧稳定的水平拉力。3.根据权利要求1所述的海上单桩基础水平静载试验方法，其特征在于，所述方法中首先根据实际情况对由阀控非对称液压缸电液力伺服系统预设相应的加载量级，当受到外界环境影响的时候，由阀控非对称液压缸电液力伺服系统根据预设的加载量级实时将变化的锚索力自动恢复至预设值。4.海上单桩基础水平静载试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：施工船舶以及设置在施工船舶上的锚索和船锚，所述锚索连接至待试验的海上单桩基础，所述船锚锚固施工船舶；所述施工船舶通过在起锚时产生的拽曳力对海上单桩基础施加水平静载。5.根据权利要求4所述的海上单桩基础水平静载试验系统，其特征在于，所述试验系统还包括可调节单桩加载保护装置，所述可调节单桩加载保护装置套设在待试验的海上单桩基础上，并与锚索连接。6.根据权利要求5所述的海上单桩基础水平静载试验系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王其标，邱松，吴锋，钟扬，黄周泉，张洁，
申请(专利权)人：中交第三航务工程局有限公司，中交上海三航科学研究院有限公司，中交上海港湾工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31