深水环境下浅层地基承载力测试装置及实施方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深水环境下浅层地基承载力测试装置及实施方法，该测试装置通过自带的调平装置对加载装置进行调平，确保基底载荷板与地基土体在加载接触过程中处于水平状态，保证测试结果的准确性；通过加载装置实施加载，联合位移传感器获得完整的荷载‑位移曲线，进而确定地基承载力。测试过程中由反力架提供千斤顶压载所需的反力，攻克了反力源的难题，实现深水环境下浅层地基承载力的原位精准测试。本发明专利技术为深水环境下地基承载力测试提供了一种全新的方法，助力我国深水环境下基础工程的设计更安全合理、造价更为经济，具有十分重要的工程推广价值。

Test device and implementation method of bearing capacity of shallow foundation in deep water environment

【技术实现步骤摘要】
深水环境下浅层地基承载力测试装置及实施方法
本专利技术涉及一种地基土承载力加载测试的装置及方法，具体涉及一种深水环境下浅层地基承载力测试装置及实施方法。
技术介绍
浅层地基土承载力的精准测量对浅埋式基础竖向承载力确定至关重要，直接决定着基础设计的安全性能。目前浅层地基土承载力测试主要采用浅层载荷板方法实施，通过加载千斤顶对载荷板施加下压荷载、通过反力梁、上部堆载提供反压荷载，即可完成地基承载力测试。对于陆上的测试项目，上述方法是不存在任何技术难度；但当需要开展水下浅层地基土承载力测试时，传统的浅层载荷板方案中的反力梁和压重堆载在水下实施难度很大且成本非常高，特别是水深较深时，这种方法基本不可能实施。由于目前尚无深水环境下的浅层地基承载力原位测试方法，导致深水环境下的浅基础的设计偏于过度保守，造成大量的浪费。随着我国海洋战略的推进，海上风电、跨海桥梁以及跨海隧道工程的建设步伐逐渐加快，工程规模越来越大。重力式基础、大型沉箱基础等方案不但设计简单、施工便利，更可节约大量材料成本和时间成本。然而，这些基础的安全及合理应用均离不开浅层地基土承载力的确定。另外，某些情况下，如液化场地、沉管隧道减沉地基等，需对海床进行地基加固，但地基处理后的承载力提升效果无法准确评价。如能直接测得深水环境下浅层地基土承载力，对深水环境下各种类型的浅置式基础的进一步推广和安全应用具有重要意义，可使得设计更安全合理、造价更为经济。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有浅层载荷板测试技术无法在深水环境下应用的技术瓶颈，本专利技术提供一种深水环境下浅层地基承载力测试装置，该测试装置能直接获得江、河、湖、海等深水环境下地基加固前后的承载力。本专利技术的另一目的是提供一种上述测试装置的实施方法。技术方案：本专利技术所述的一种深水环境下浅层地基承载力测试装置，包括反力架、调平装置、加载装置和传感监测系统；所述反力架包括反力塔、对称连接在反力塔下端外周的多个载重梁、以及设置在各载重梁上的配重块；所述反力塔具有反力顶板，反力塔的下端面与所述反力顶板之间形成有下端开放的容纳空间，所述调平装置和所述加载装置均设置在所述容纳空间内；调平装置包括安装在反力顶板下的多个球支座、设置在球支座下的多个调平千斤顶、设置在调平千斤顶下的调平底板；所述加载装置包括加载千斤顶和基底载荷板，所述加载千斤顶倒置安装在所述调平底板下，所述基底载荷板连接在加载千斤顶的下端；所述传感监测系统包括用于监测调平底板倾角的倾角仪、以及用于监测基底载荷板位移的位移传感器。其中，所述反力塔的下端面呈正方形的框架结构，四个所述载重梁分别铰接在所述框架的四条侧边上，载重梁能够以铰接点为轴在水平的展开位置和抵靠反力塔侧面的收拢位置之间转动。所述反力架还包括多条预应力缆索，所述多条预应力缆索的上端均连接反力塔，下端分别连接在各所述载重梁上；当载重梁处于展开位置时，预应力缆索呈斜向的拉紧状态。进一步的该测试装置还包括下端分别与各载重梁对应连接的多条吊装缆索；所述反力塔设置有分别与各载重梁对应的多个限位环，所述吊装缆索分别穿设在各相对应的限位环内，从而在吊装时能够将载重梁拉至收拢位置。所述载重梁为钢制桁架结构，载重梁的活动端上表面设置具有镂空孔的垫板，所述配重块可拆卸的设置于所述垫板上。所述反力塔为钢制桁架结构，包括外立柱、内立柱和五层内支撑；所述五层内支撑自下而上分别为第一内支撑、第二内支撑、第三内支撑、第四内支撑以及第五内支撑；所述第一内支撑位于反力塔的下部，所述第二内支撑与所述调平底板平齐，所述第三内支撑位于所述反力顶板上方，所述第四内支撑位于所述第三内支撑和所述第五内支撑的中间，所述第五内支撑位于反力塔的上部。所述内立柱连接在所述第三内支撑和所述第五内支撑之间，且与所述第四内支撑交叉连接。所述外立柱的顶端设置有限位圆盘，当所述载重梁转动至收拢位置时，所述限位圆盘抵靠载重梁以对其进行限位。所述调平底板的中心轴线、所述加载千斤顶的中心轴线、所述基底载荷板的中心轴线相互重叠，所述多个球支座围绕所述中心轴线旋转对称布置。对应于上述深水环境下浅层地基承载力测试装置，本专利技术提供的实施方法所采用的技术方案包括如下步骤：(1)根据预估地基承载力极限值，确定加载千斤顶的加载能力，要求加载能力至少为预估地基承载力极限值的两倍；(2)根据加载千斤顶的加载能力，预制配重块，要求配重块的水下总重量至少为加载千斤顶加载能力的1.2倍；(3)制作反力塔和载重梁，并组装成反力架；(4)将加载装置、调平装置、传感监测系统、吊装缆索按要求安装在反力架中并彼此连接牢固；(5)根据倾角仪监测结果启动调平千斤顶进行调平底板的初始调平；(6)通过吊装缆索将载重梁收起至收拢位置，随后将整个测试装置吊放至深水环境的指定测试位置；下放吊装缆索确保载重梁顺利展开；(7)依次将配重块吊装并下放在载重梁的垫板上；(8)根据倾角仪监测结果，调整调平底板为水平状态；(9)启动加载千斤顶并加载至油泵压力不再掉压时为止，使得基底载荷板与地基表面紧密；然后按设计的加载要求进行逐级加载并通过位移传感器读取相应的位移值，直至满足加载终止要求；(10)测试完成后，先首回收配重块，然后将整个测试装置从水下回收。有益效果：该测试装置通过自带的调平装置对加载装置进行调平，确保基底载荷板与地基土体在加载接触过程中处于水平状态，保证测试结果的准确性；通过加载装置实施加载，联合位移传感器获得完整的荷载-位移曲线，进而确定地基承载力。测试过程中由反力架提供千斤顶压载所需的反力，攻克了反力源的难题，实现深水环境下浅层地基承载力的原位精准测试。此外，该测试装置不但可以用于原状地基土承载力测试，亦可用于地基处理后相应的承载力测试工作，便于评判地基加固处理效果；并且不但可以用于浅层地基承载力测试，亦可用作其他水下结构的承载力测试，例如海床面下的减沉桩、微型桩等承载力不大的桩基础的承载力测试。其采用预制方式实施，制造简单，吊装与周转便利，便于同一水域不同地点的测试作业。承载力测试时，技术员在船舶上施加荷载并获得试验数据，无安全隐患和风险，便于推广使用。附图说明图1是本专利技术的测试装置立体结构示意图；图2是本专利技术的测试装置侧视状态下局部的平面结构示意图；图3是本专利技术的测试装置的调平底板和加载装置部分的结构示意图，其中，3a为侧视状态下的透视结构，3b为俯视状态下的透视结构；图4是本专利技术的测试装置的实施例中反力顶板和调平装置部分的结构示意图，其中，4a为侧视状态下的透视结构，4b为沿4a中A-A线俯视状态下的透视结构，4c为沿4a中B-B线仰视状态下的透视结构；图5是本专利技术的测试装置中反力塔的结构示意图，其中，5a为侧视状态下的透视结构，5b为沿5a中A-A线俯视状态下的透视结构，5c为自反力塔顶端俯视状态下的透视结构；图6是本专利技术的测试装置中载重梁的结构示意图；图7是本专利技术的测试装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深水环境下浅层地基承载力测试装置，其特征在于，包括反力架、调平装置、加载装置和传感监测系统；所述反力架包括反力塔(10)、对称连接在反力塔(10)下端外周的多个载重梁(20)、以及设置在各载重梁(20)上的配重块(22)；所述反力塔(10)具有反力顶板(105)，反力塔(10)的下端面与所述反力顶板(105)之间形成有下端开放的容纳空间，所述调平装置和所述加载装置均设置在所述容纳空间内；调平装置包括安装在反力顶板(105)下的多个球支座(104)、设置在球支座(104)下的多个调平千斤顶(103)、设置在调平千斤顶(103)下的调平底板(102)；所述加载装置包括加载千斤顶(101)和基底载荷板(100)，所述加载千斤顶(101)倒置安装在所述调平底板(102)下，所述基底载荷板(100)连接在加载千斤顶(101)的下端；所述传感监测系统包括用于监测调平底板(102)倾角的倾角仪(2)、以及用于监测基底载荷板(100)位移的位移传感器(1)。/n

【技术特征摘要】
1.一种深水环境下浅层地基承载力测试装置，其特征在于，包括反力架、调平装置、加载装置和传感监测系统；所述反力架包括反力塔(10)、对称连接在反力塔(10)下端外周的多个载重梁(20)、以及设置在各载重梁(20)上的配重块(22)；所述反力塔(10)具有反力顶板(105)，反力塔(10)的下端面与所述反力顶板(105)之间形成有下端开放的容纳空间，所述调平装置和所述加载装置均设置在所述容纳空间内；调平装置包括安装在反力顶板(105)下的多个球支座(104)、设置在球支座(104)下的多个调平千斤顶(103)、设置在调平千斤顶(103)下的调平底板(102)；所述加载装置包括加载千斤顶(101)和基底载荷板(100)，所述加载千斤顶(101)倒置安装在所述调平底板(102)下，所述基底载荷板(100)连接在加载千斤顶(101)的下端；所述传感监测系统包括用于监测调平底板(102)倾角的倾角仪(2)、以及用于监测基底载荷板(100)位移的位移传感器(1)。


2.根据权利要求1所述的深水环境下浅层地基承载力测试装置，其特征在于，所述反力塔(10)的下端面呈正方形的框架结构，四个所述载重梁(20)分别铰接在所述框架的四条侧边上，载重梁(20)能够以铰接点为轴在水平的展开位置和抵靠反力塔(10)侧面的收拢位置之间转动。


3.根据权利要求2所述的深水环境下浅层地基承载力测试装置，其特征在于，所述反力架还包括多条预应力缆索(30)，所述多条预应力缆索(30)的上端均连接反力塔(10)，下端分别连接在各所述载重梁(20)上；当载重梁(20)处于展开位置时，预应力缆索(30)呈斜向的拉紧状态。


4.根据权利要求3所述的深水环境下浅层地基承载力测试装置，其特征在于，还包括下端分别与各载重梁(20)对应连接的多条吊装缆索(33)；所述反力塔(10)设置有分别与各载重梁(20)对应的多个限位环(34)，所述吊装缆索(33)分别穿设在各相对应的限位环(34)内，从而在吊装时能够将载重梁(20)拉至收拢位置。


5.根据权利要求2所述的深水环境下浅层地基承载力测试装置，其特征在于，所述载重梁(20)为钢制桁架结构，载重梁(20)的活动端上表面设置具有镂空孔的垫板(21)，所述配重块(22)可拆卸的设置于所述垫板(21)上。


6.根据权利要求2所述的深水环境下浅层地基承载力测试装置，其特征在于，所述反力塔(10)为钢制桁架结构，包括外立柱(11)、内立柱(12)和五层内...

【专利技术属性】
技术研发人员：竺明星，龚维明，卢红前，戴国亮，林毅峰，王洋，李小娟，袁万，
申请(专利权)人：东南大学，中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32