海床式静力触探贯入装备及贯入方法技术

本发明专利技术公开了一种海床式静力触探贯入装备，包括：底座，探杆动力单元和套管动力单元。其中探杆动力单元包括四个挤压轮、位移动力结构、转动动力结构；套管动力单元包括夹紧动力结构和升降动力结构。探杆动力单元夹紧探杆向下贯入探杆，套管动力单元夹紧套管向下贯入套管。本发明专利技术将液压缸贯入套管与挤压轮贯入探杆的方式组合，实现了在一台装备上既可以下探杆又可以下套管的功能，两种贯入方式组合后的贯入力比单一的液压缸贯入或挤压轮贯入的贯入力更大，解决了海床式静力触探装备贯入力不足、无法下套管后再下探杆的问题，适合深水域和恶劣的施工环境。和恶劣的施工环境。和恶劣的施工环境。

【技术实现步骤摘要】
海床式静力触探贯入装备及贯入方法


[0001]本专利技术涉及海洋探测
更具体地说，本专利技术涉及一种海床式静力触探贯入装备及贯入方法。

技术介绍

[0002]目前国内风电市场发展迅速，根据目前风电项目水深普遍在40 m以内，且底质均为软黏土的特性，海上风电工程一般采用将吸力锚下沉到海底一定深度的方法，吸力锚自身重力大，在淤泥质软黏土中具有良好抗拔性能，利用吸力锚将风机风电设备固定在海面。海上风电场施工需要详细了解工程区海底各土层的土质特征，求取各土层工程性质指标、确定桩基参数等。
[0003]静力触探试验作为海上工程勘察常用的原位测试手段之一，可快速、准确获得原位土体特征。静力触探是指利用压力装备将探杆贯入土层深处，获得土层物理力学特性的方法。常用的海上静力触探装备的贯入方式有：井下式、升降平台式、海床式等。其中井下式需要配套大型海洋钻机下套管，价格高昂；升降平台式适用水深有限的环境，且对风浪条件要求高；轻型海床式贯入力不足，适用于浅水域施工。
[0004]在复杂工况下，如施工场地条件恶劣，如大风，大浪，深水环境下施工，需要用重型静力触探装备先下套管再下探杆进行静力触探试验。目前国内海床式静力触探要求探测深度最深已经达到75 m，采用重型海床式静力触探装备，重型海床式静力触探装备一般采用重型基座，整体结构较为复杂，施工需要大型工程船。且现有的海床式静力触探装备无法在同一台装备上完成下套管和下探杆的操作，静力触探时需要一套下套管设备和一套下探杆设备。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种海床式静力触探贯入装备及贯入方法，以轻型结构，满足需要重型海床静力触探的作业需求，适用国内沿海轻型工程船使用的要求。
[0006]为了实现本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种海床式静力触探贯入装备，包括：底座，其安装在海床上，底部中心位置有预留孔；探杆动力单元，包括：四个挤压轮，其设置在底座上方，所述四个挤压轮呈十字形对称设置且每个挤压轮的两端面竖直放置，四个挤压轮的轮边空隙形成探杆夹紧部，所述探杆夹紧部位于所述预留孔的上方，探杆自上而下依次穿过探杆夹紧部和预留孔；位移动力结构，其与四个挤压轮连接，所述位移动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步作靠近或远离的运动，使所述探杆夹紧部夹紧或松开探杆；转动动力结构，其与四个挤压轮连接，所述转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步转动，每两个对称的挤压轮转速相同、转向相反，以带动所述探杆向上或向下运
动；套管动力单元，其位于所述探杆动力单元的下方，包括：夹紧动力结构，其有两个相对设置的伸缩臂，两个伸缩臂间连接一个套管夹，两个伸缩臂沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹夹紧或松开套管，所述套管夹形成套管的进出部，套管的进出部与探杆夹紧部对齐，所述套管自上而下依次穿过探杆夹紧部、套管夹和预留孔，所述套管内部上下贯通，所述探杆可沿轴向穿过所述套管；升降动力结构，其驱动所述套管夹上下往复运动，带动所述套管向上或向下运动，套管夹完成一次上下运动，带动所述套管向下或向上运动。
[0007]优选的是，海床式静力触探贯入装备，还包括：多个外框架，竖向依次通过连接件连接，最下方的一个外框架固定在底座上，一个外框架对应一个探杆动力单元或套管动力单元，每个外框架的底板上设置有预留通道，所述预留通道与所述预留孔对齐；提升装置，其固定在最上方的外框架的顶部。
[0008]优选的是，所述转动动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述转动动力结构包括四个液压马达，一个液压马达的输出轴连接一个挤压轮，四个液压马达同步转动，带动与其对应的四个挤压轮同速转动，带动探杆夹紧部向下挤压探杆或向上起拔探杆。
[0009]优选的是，所述位移动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述位移动力结构包括一对上油缸、一对上油缸抱夹、一对下油缸、一对下油缸抱夹，一对上油缸和一对下油缸垂直呈“井”字形设置，且形成自上至下的探杆或套管穿入空间，一对上油缸抱夹的上端与一对上油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对上油缸抱夹的中部与同一竖直面的一对挤压轮的轮轴连接，一对上油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对下油缸抱夹的上端与一对下油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对下油缸抱夹的中部与同一竖直面的另一对挤压轮的轮轴连接，一对下油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对上油缸、一对下油缸同步作伸缩运动，带动一对上油缸抱夹、一对下油缸抱夹转动，使四个挤压轮同步作远离或靠近的运动。
[0010]优选的是，所述夹紧动力结构与套管夹连接的具体方式为：所述夹紧动力结构包括两个夹紧油缸，两个夹紧油缸的活塞杆形成所述伸缩臂，套管夹包括两个活动臂，一个活塞杆连接套管夹的一个活动臂，两个夹紧油缸的活塞杆沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹的两个活动臂夹紧或松开。
[0011]优选的是，所述升降动力结构与套管夹连接的具体方式为：所述升降动力结构包括两个升降油缸，两个夹紧油缸设置在两个升降油缸的上方且分别与两个升降油缸上下对应，两个升降油缸的活塞杆沿竖直方向同步作伸缩运动，带动一对夹紧油缸上下运动，一对夹紧油缸带动套管夹上下运动，使套管向下或向上运动。
[0012]优选的是，所述探杆动力单元有两个，且上下依次设置。
[0013]优选的是，所述探杆包括多根子探杆，所述多根子探杆依次竖向连接，所述套管包括多根子套管，所述多根子套管依次竖向连接。
[0014]海床式静力触探贯入方法，应用所述的海床式静力触探贯入装备，包括以下步骤：第一步：位移动力结构驱动四个挤压轮作远离的运动，扩大探杆夹紧部，使套管可通过，夹紧动力结构的两个伸缩臂作收缩的运动，使套管夹松开，升降动力结构上升，带动
套管夹上升，套管插入套管夹，夹紧动力结构的两个伸缩臂作拉伸的运动，使套管夹夹紧套管；第二步：升降动力结构下降，使套管夹下降，套管夹带动套管下降，重复松开套管夹，上升升降动力结构，夹紧套管，下降升降动力结构的操作，直到套管贯入到位；第三步：探杆伸入探杆夹紧部，位移动力结构驱动四个挤压轮作靠近的运动，探杆夹紧部夹紧探杆；第四步：转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步向探杆夹紧部方向转动，四个挤压轮产生向下的贯入力，探杆伸入套管并向下贯入，探杆贯入到位后转动动力结构停止驱动四个挤压轮。
[0015]探杆及套管的起拔步骤如下：第一步：转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步向探杆夹紧部反方向转动，四个挤压轮产生向上的起拔力，探杆向上起拔，直到探杆起拔完成；第二步：位移动力结构驱动四个挤压轮作远离的运动，扩大探杆夹紧部，卸载探杆，并使套管可通过探杆夹紧部；第三步：夹紧动力结构的两个伸缩臂作收缩的运动，使套管夹松开，升降动力结构下降，带动套管夹下降，夹紧动力结构的两个伸缩臂作拉伸的运动，使套管夹夹紧套管；第四步：升降动力结构上升，带动套管夹上升，套管夹带动套管上升，重复松开套管夹，下降升降动力结构，套管夹夹紧套管，上升升降动力结构的操作，直到套管起拔完成。
[0016]本专利技术至少包括以下有益效果：第一、本专利技术将液压缸贯入套本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.海床式静力触探贯入装备，其特征在于，包括：底座，其安装在海床上，底部中心位置有预留孔；探杆动力单元，包括：四个挤压轮，其设置在底座上方，所述四个挤压轮呈十字形对称设置且每个挤压轮的两端面竖直放置，四个挤压轮的轮边空隙形成探杆夹紧部，所述探杆夹紧部位于所述预留孔的上方，探杆自上而下依次穿过探杆夹紧部和预留孔；位移动力结构，其与四个挤压轮连接，所述位移动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步作靠近或远离的运动，使所述探杆夹紧部夹紧或松开探杆；转动动力结构，其与四个挤压轮连接，所述转动动力结构驱动四个挤压轮在同一高度同步转动，每两个对称的挤压轮转速相同、转向相反，以带动所述探杆向上或向下运动；套管动力单元，其位于所述探杆动力单元的下方，包括：夹紧动力结构，其有两个相对设置的伸缩臂，两个伸缩臂间连接一个套管夹，两个伸缩臂沿水平方向同步作伸缩运动，带动套管夹夹紧或松开套管，所述套管夹形成套管的进出部，套管的进出部与探杆夹紧部对齐，所述套管自上而下依次穿过探杆夹紧部、套管夹和预留孔，所述套管内部上下贯通，所述探杆可沿轴向穿过所述套管；升降动力结构，其驱动所述套管夹上下往复运动，带动所述套管向上或向下运动，套管夹完成一次上下运动，带动所述套管向下或向上运动。2.根据权利要求1所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，还包括：多个外框架，竖向依次通过连接件连接，最下方的一个外框架固定在底座上，一个外框架对应一个探杆动力单元或套管动力单元，每个外框架的底板上设置有预留通道，所述预留通道与所述预留孔对齐；提升装置，其固定在最上方的外框架的顶部。3.根据权利要求2所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，所述转动动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述转动动力结构包括四个液压马达，一个液压马达的输出轴连接一个挤压轮，四个液压马达同步转动，带动与其对应的四个挤压轮同速转动，带动探杆夹紧部向下挤压探杆或向上起拔探杆。4.根据权利要求3所述的海床式静力触探贯入装备，其特征在于，所述位移动力结构与四个挤压轮连接的具体方式为：所述位移动力结构包括一对上油缸、一对上油缸抱夹、一对下油缸、一对下油缸抱夹，一对上油缸和一对下油缸垂直呈“井”字形设置，且形成自上至下的探杆或套管穿入空间，一对上油缸抱夹的上端与一对上油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对上油缸抱夹的中部与同一竖直面的一对挤压轮的轮轴连接，一对上油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对下油缸抱夹的上端与一对下油缸的活塞杆、缸座分别铰接，一对下油缸抱夹的中部与同一竖直面的另一对挤压轮的轮轴连接，一对下油缸抱夹的下部与所述外框架的底板铰接，一对上油缸、一对下油缸同步作伸缩运动，带动一对上油缸抱夹、一对下油缸抱夹转动，使四个挤压轮同步作远离或靠近的运动。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁文成，杜宇，杨兴文，傅文淦，刘方，唐群艳，李肖，袁俊航，韩文卿，周声，郭斌，徐奇，黄雄，温俊，高玉，
申请(专利权)人：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：