一种水域CPTU测试系统及测试方法技术方案

本申请涉及一种水域CPTU测试系统及测试方法，包括：桁架平台单元，其包括用于坐落在河床上并能够与河床稳固连接的基座箱，基座箱的顶部设有多节依次接高的桁架，桁架的顶部设有高出水面设定高度的勘探平台；CPTU测试单元，其包括由勘探平台上向下贯入河床设定深度的探杆组件，以及位于勘探平台的顶部为探杆组件提供引孔取芯作业的地质钻探钻机；悬挑平台单元，其包括锚固在水域的船体，以及组设于船体一侧并向船体外侧延伸的施工平台，施工平台上开设有为桁架下放提供导向和定位的矩形方框。本申请整套测试系统及作业方法具备测试深度大、测试精度高、高精度、模块化操作、安全性好的显著优点。的显著优点。的显著优点。

A water CPTU testing system and method

【技术实现步骤摘要】
一种水域CPTU测试系统及测试方法


[0001]本申请涉及孔压静力触探测试
，特别涉及一种水域CPTU测试系统及测试方法。

技术介绍

[0002]随着我国交通基础建设事业的蓬勃发展，越江、越海的水下深埋隧道和特大型桥梁工程越来越多，水下深埋隧道和特大型桥梁建设难度大，对精细化勘察要求高。水域环境下传统钻探取样扰动较大，室内试验获得可靠的岩土参数难度大。
[0003]孔压静力触探测试(以下简称CPTU)测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力等参数可直观地反映土体的类别及工程性质变化情况，由于其对土体的扰动极小，能够取得连续的曲线，并具有精确性高和可重复性良好等优点，因此在水域工程勘察中得到了广泛应用。
[0004]但在水流速度大、潮汐变化频繁的水域，孔压静力触探试验的难点在于搭建稳固、安全的试验平台，以克服水流和潮汐变化的影响。另外，水下深埋隧道或大跨度桥梁的工程地质勘察通常要求CPTU贯入测试深度达到几十米甚至上百米，常规的CPTU测试方法随着贯入深度的增加，会出现贯入反力不足、探杆倾斜过大等问题，导致测试的深度无法满足工程勘察的实际需要。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种水域CPTU测试系统及测试方法，以解决相关技术中CPTU贯入测试深度无法满足工程勘察的实际需要的问题。
[0006]本申请实施例第一方面提供了一种水域CPTU测试系统，包括：
[0007]桁架平台单元，所述桁架平台单元包括用于坐落在河床上并能够与河床稳固连接的基座箱，所述基座箱的顶部设有多节依次接高的桁架，所述桁架的顶部设有高出水面设定高度的勘探平台；
[0008]CPTU测试单元，所述CPTU测试单元包括由勘探平台上向下贯入河床设定深度的探杆组件，以及位于勘探平台的顶部为探杆组件提供引孔取芯作业的地质钻探钻机；
[0009]悬挑平台单元，所述悬挑平台单元包括锚固在水域的船体，以及组设于船体一侧并向船体外侧延伸的施工平台，所述施工平台上开设有为桁架下放提供导向和定位的矩形方框。
[0010]在一些实施例中：所述施工平台包括底托架和铺设在底托架顶部的平板，所述底托架的一端焊接于船体的甲板上，底托架的另一端悬出于船体外侧，所述矩形方框形成于底托架和平板上，所述桁架位于底托架和平板上的矩形方框内，所述底托架远离船体的一端设有与船体的船舷连接的斜撑。
[0011]在一些实施例中：所述底托架包括位于桁架两侧的多根相互平行且间隔设置的槽钢，槽钢的一端焊接于船体的甲板上，槽钢的另一端悬出于船体外侧，多根所述槽钢上焊接
有将多根槽钢连成一体的钢制加劲肋，多根所述槽钢远离船体的一端焊接有高强钢管。
[0012]在一些实施例中：所述基座箱包括坐落在河床上的配重箱和位于配重箱内的配重体，所述配重箱的底部设有插入河床内设定深度的脚桩，所述配重箱的中心设有导向孔；
[0013]所述勘探平台的中部开设有穿入探杆组件的安装孔，所述桁架上固定设有连通导向孔与安装孔的导向套管，所述导向套管的轴线、安装孔的轴线与导向孔的轴线共线。
[0014]在一些实施例中：所述桁架包括呈矩形排列的四根立柱，相邻的两根立柱的顶部和底部均通过横杆连接，相邻的两根立柱之间还通过第一“X”形斜杆连接；
[0015]四根所述立柱的顶部和底部均通过第二“X”形斜杆连接，所述四根立柱的顶部和底部均设有法兰盘，所述导向套管的两端与四根立柱的顶部和底部的第二“X”形斜杆连接。
[0016]在一些实施例中：所述导向套管内设有多根直径依次缩小的辅助套管，所述探杆组件包括探杆和连接在探杆底部的探头，所述探杆位于辅助套管内；
[0017]所述勘探平台上设有向下贯入探杆组件的液压加载系统，所述液压加载系统通过夹具将探杆向下贯入设定深度。
[0018]在一些实施例中：所述船体上设有柔性连接所述桁架平台单元的柔性约束件，所述船体上设有将船体固定在设定水域的锚泊单元，所述船体的甲板上设有起吊桁架平台单元的船载吊机。
[0019]在一些实施例中：所述勘探平台的顶部设有与地质钻探钻机的底部滑动连接的钻机滑槽，所述勘探平台的顶部还设有采集探杆组件探测数据的CPTU贯入控制系统。
[0020]在一些实施例中：所述船体上还设有将桁架坐落在悬挑平台单元上的防滚管，所述防滚管穿入桁架以将桁架支撑在悬挑平台单元上。
[0021]本申请实施例第二方面提供了一种水域CPTU测试系统的测试方法，所述方法使用上述任一实施例所述的水域CPTU测试系统，所述方法包括以下步骤：
[0022]将船体行驶至预设的CPTU测试孔位处并定位，定位完成后利用锚泊单元抛锚，以确保船体位置稳定；
[0023]测量CPTU测试孔位处的水深来确定桁架的拼装高度，将基座箱与第一节桁架通过法兰盘稳固栓接，利用船载吊机将基座箱和桁架组合调运至CPTU测试孔位处；
[0024]利用防滚管将桁架坐落在矩形方框上，继续接高和下放剩余桁架，直至基座箱的脚桩插入河床中将基座箱坐落在河床上，桁架的拼接高度以使勘探平台高出船体的甲板0.5～3m；
[0025]将勘探平台吊运至桁架的顶部并通过法兰盘与桁架连接，基座箱的导向孔、桁架的导向套管和勘探平台上的安装孔应依次贯通形成导向通孔；
[0026]将桁架利用柔性约束件与船体连接，利用水平尺量桁架的垂直度和勘探平台的水平度，若桁架不垂直，利用柔性约束件施加拉力使其垂直，勘探平台的水平度可通过在勘探平台上增减配重块调节，直至调节勘探平台水平；
[0027]利用船载吊机将将地质钻探钻机吊运至勘探平台上，利用地质钻探钻机将多根辅助套管通过导向通孔依次预下至CPTU测试孔位处，地质钻探钻机利用钻机滑槽滑离安装孔；
[0028]将CPTU测试单元的液压加载系统、CPTU贯入控制系统吊运至勘探平台上，利用液压加载系统的夹具将探杆组件下入辅助套管中开始试验；
[0029]当探杆组件贯入阻力达到设定值或者多根辅助套管以下的探杆长度达到设定值时，停止贯入并进行钻探引孔；
[0030]停止贯入后，将CPTU测试单元吊离CPTU测试孔位，将地质钻探钻机利用钻机滑槽滑移至安装孔处，拔出多根辅助套管，然后进行钻探引孔，引孔深度不超过探杆组件贯入深度，引孔深度在贯入深度的上部0.5m以上；
[0031]钻探引孔后，地质钻探钻机下放多根辅助套管，再将地质钻探钻机滑离安装孔处，然后安装CPTU测试单元，继续进行试验，每次引孔可减少一根辅助套管的起下工作，重复贯入及引孔的步骤，直至达到CPTU测试要求深度；
[0032]测试作业完成后，利用船载吊机将CPTU测试单元、地质钻探钻机、吊运至船体的甲板上，将桁架平台单元由上至下拆卸，并吊运至船体的甲板上，前往下一个CPTU测试孔位测试。
[0033]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0034]本申请实施例提供了一种水域CPTU测试系统及测试方法，由于本申请的水域CPTU测试系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水域CPTU测试系统，其特征在于，包括：桁架平台单元，所述桁架平台单元包括用于坐落在河床上并能够与河床稳固连接的基座箱(8)，所述基座箱(8)的顶部设有多节依次接高的桁架(9)，所述桁架(9)的顶部设有高出水面设定高度的勘探平台(10)；CPTU测试单元，所述CPTU测试单元包括由勘探平台(10)上向下贯入河床设定深度的探杆组件(19)，以及位于勘探平台(10)的顶部为探杆组件(19)提供引孔取芯作业的地质钻探钻机(24)；悬挑平台单元(1)，所述悬挑平台单元(1)包括锚固在水域的船体(26)，以及组设于船体(26)一侧并向船体(26)外侧延伸的施工平台，所述施工平台上开设有为桁架(9)下放提供导向和定位的矩形方框(4)。2.如权利要求1所述的一种水域CPTU测试系统，其特征在于：所述施工平台包括底托架和铺设在底托架顶部的平板(3)，底托架的一端焊接于船体(26)的甲板上，底托架的另一端悬出于船体(26)外侧；所述矩形方框(4)形成于底托架和平板(3)上，所述桁架(9)位于底托架和平板(3)上的矩形方框(4)内，底托架远离船体(26)的一端设有与船体(26)的船舷连接的斜撑(7)。3.如权利要求2所述的一种水域CPTU测试系统，其特征在于：所述底托架包括位于桁架(9)两侧的多根相互平行且间隔设置的槽钢(2)，槽钢(2)的一端焊接于船体(26)的甲板上，槽钢(2)的另一端悬出于船体(26)外侧，多根所述槽钢(2)上焊接有将多根槽钢(2)连成一体的钢制加劲肋(6)，多根所述槽钢(2)远离船体(26)的一端焊接有高强钢管(5)。4.如权利要求1所述的一种水域CPTU测试系统，其特征在于：所述基座箱(8)包括坐落在河床上的配重箱(31)和位于配重箱(31)内的配重体，所述配重箱(31)的底部设有插入河床内设定深度的脚桩(30)，所述配重箱(31)的中心设有导向孔(11)；所述勘探平台(10)的中部开设有穿入探杆组件(19)的安装孔(14)，所述桁架(9)上固定设有连通导向孔(11)与安装孔(14)的导向套管(13)，所述导向套管(13)的轴线、安装孔(14)的轴线与导向孔(11)的轴线共线。5.如权利要求4所述的一种水域CPTU测试系统，其特征在于：所述桁架(9)包括呈矩形排列的四根立柱(12)，相邻的两根立柱(12)的顶部和底部均通过横杆连接，相邻的两根立柱(12)之间还通过第一“X”形斜杆连接；四根所述立柱(12)的顶部和底部均通过第二“X”形斜杆连接，所述四根立柱(12)的顶部和底部均设有法兰盘(16)，所述导向套管(13)的两端与四根立柱(12)的顶部和底部的第二“X”形斜杆连接。6.如权利要求4所述的一种水域CPTU测试系统，其特征在于：所述导向套管(13)内设有多根直径依次缩小的辅助套管(28)，所述探杆组件(19)包括探杆(22)和连接在探杆(22)底部的探头(23)，所述探杆(22)位于辅助套管(28)内；所述勘探平台(10)上设有向下贯入探杆组件(19)的液压加载系统(18)，所述液压加载系统(18)通过夹具(21)将探杆(22)向下贯入设定深度。7.如权利要求1所述的一种水域CPTU测试系统，其特征在于：
所述船体(26)上设有柔性连接所述桁架平台单元的柔性约束件(17)，所述船体(26)上设有将船体(26)固定在设定水域的锚泊单元(32)，所述船体(26)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国超，余颂，郝江涛，吴刚，张剑，张军杰，张荣，徐绍俊，项后军，朱润俊，陈耀文，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：