船載桁架組合式原位測試平台

《船載桁架組合式原位測試平台》是中交第三航務工程勘察設計院有限公司於2013年8月22日申請的專利，該專利的公布號為CN103422486A，授權公布日為2013年12月4日，發明人是胡建平、鈕建定、程澤坤、成利民、蔡洪波、張成、王年喜、唐忠清、徐威。

《船載桁架組合式原位測試平台》公開了一種船載桁架組合式原位測試平台，包括以下部分：桁架承重架，由多個桁架模組上下串聯而成；作業平台，固定在所述桁架承重架的上端，作業平台上設有用於安裝原位測試裝置的機架座；樁靴，固定在所述桁架承重架的下端，樁靴的底部設有靴齒；導管，沿上下方向依次貫穿所述作業平台、桁架承重架和樁靴；扶正裝置，包括多根軟繩，軟繩的一端與所述桁架承重架的上端或作業平台相連線。該發明原位測試平台可以豎立於船載勘探平台單側，通過軟繩與船載勘探平台連線，在進行原位測試時，也可不受船載勘探平台晃動的影響，與船載勘探平台形成動、靜雙平台作業方式，大幅降低了水上勘探的成本。

2020年7月14日，《船載桁架組合式原位測試平台》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《船載桁架組合式原位測試平台》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：船載桁架組合式原位測試平台
• 申請人：中交第三航務工程勘察設計院有限公司
• 申請號：2013103712662
• 申請日：2013年8月22日
• 公布號：CN103422486A
• 公布日：2013年12月4日
• 發明人：胡建平、鈕建定、程澤坤、成利民、蔡洪波、張成、王年喜、唐忠清、徐威
• 地址：上海市徐匯區肇嘉浜路831號
• Int. Cl.：E02D1/00(2006.01)I、B63B35/44(2006.01)I
• 代理機構：上海光華專利事務所
• 代理人：雷紹寧
• 類別：發明專利

專利背景

岩土體原位測試是指在岩土工程勘察現場，採用原位測試儀對岩土層現場進行測試，以獲得淺部地基土層強度指標等岩土參數，比2013年前傳統的鑽探、取樣、室內試驗模式更安全、經濟、可靠，在水運工程中具有重要的意義和廣泛的套用價值。一些重大水運工程如駁岸、防汛堤、陸域形成等，尤其是境外工程，越來越多的依靠現場原位測試項目獲取地基土的原位固結、滲透、模量、靈敏度、抗剪強度等岩土參數，劃分土層，判別土性，確定建築物地基土承載力和設計參數等。由於原位測試快捷、直觀、連續，且無需現場勘探取樣，測得的指標更具代表性和可靠性，因此，原位測試在工程勘察中已成為不可缺少的一種勘探手段。

工程上最常用的原位測試有靜力觸探試驗、十字板剪下試驗等。2013年前，用於陸上的原位測試技術已非常成熟，但在海（水）上進行原位測試必須要有一個安全、靜態平台，2013年之前的技術採用樁基、升降式平台實施原位測試，受到高昂的成本制約，使得近岸工程水域原位測試技術無法廣泛的推廣與套用。

2013年之前的技術中存在著一種解決方案，專利號為20042002020.4的中國實用新型專利公開了一種“水域原位測試底吸式平台”，平台整體事先安裝好，通過母船起重機吊裝，使平台豎立水中，接近陸域靜態平台效果。但受制於作業水深、平台空間及載荷影響，尤其複雜土層清孔、下套管隔斷等常規措施難以解決。

該申請人在中國發明專利申請公開說明書CN101643110A已公開了一種平台系統。該發明提供了一種簡易、低成本船載式勘探平台系統，具有三鑽機起吊能力，4～6錨交叉分布泊定，用於水下岩土工程勘探鑽探、取樣，使得各類環境條件下，勘探工作得以正常進行。但受風、浪、涌、漲落潮等影響，船載勘察平台呈上下及左右晃動，使得必須處於靜態作業平台的原位測試項目難以進行。

隨著近海及沿岸水工建築物、橋樑、碼頭、隧道等工程規模的不斷擴大，岩土工程勘察中越來越多的依賴原位測試所提供的岩土參數，因此，迫切需要一種低成本、高安全、方便安裝、快速移動，且能抵禦風、浪、潮、涌的作業平台，保證水上原位測試項目正常進行。

在這種測試平台上可以安裝各類陸域中使用的原位測試裝置，以便進行海（水）上原位測試，2013年之前的技術中的這種原位測試裝置有多種，比如中國實用新型專利CN201738295U公開了“一種靜力觸探探頭”；而CN201622217U公開了一種“深海稀軟底質剪下強度原位測試儀”。

發明內容

專利目的

《船載桁架組合式原位測試平台》要解決的技術是提供一種船載桁架組合式原位測試平台，形成一個與動態船載勘探平台脫離的靜態作業平台，從而使陸域成熟的原位測試技術擴展到近岸水域。

技術方案

《船載桁架組合式原位測試平台》採用以下技術方案：一種船載桁架組合式原位測試平台，包括以下部分：桁架承重架，由多個桁架模組上下串聯而成；作業平台，固定在所述桁架承重架的上端，作業平台上設有用於安裝原位測試裝置的機架座；樁靴，固定在所述桁架承重架的下端，樁靴的底部設有靴齒；導管，沿上下方向依次貫穿所述作業平台、桁架承重架和樁靴；扶正裝置，包括多根軟繩，軟繩的一端與所述桁架承重架的上端或作業平台相連線。

優選地，所述作業平台的底面上垂直固定多根滑輪軸，滑輪軸上設有滑輪，所述軟繩的一端與所述滑輪相連線。

進一步地，所述滑輪上設有滑輪環，所述軟繩的一端設有快速鉤，所述快速鉤掛接在滑輪環上。

優選地，還包括一船載勘探平台，所述作業平台高於船載勘探平台的頂面，所述船載勘探平台上固定有多個錨樁，所述多根軟繩的另一端分別纏繞在所述錨樁上。

進一步地，所述船載勘探平台上設有包括鑽機和鑽塔在內的勘探設備。

優選地，所述桁架模組是由橫樑、豎梁、上架板和下架板焊接而成的長方體框架結構，所述桁架模組上還焊接有吊耳。

進一步地，所述豎梁為空心柱，所述下架板對應於豎梁下端的位置開有定位孔，所述上架板對應於豎樑上端的位置上焊有定位銷。

進一步地，所述導管由多個導管段通過接箍密封連線而成，最下面的一個導管段為入土導管，所述入土導管焊接在樁靴上，入土導管的下端設有導管齒，每個桁架模組內都焊接有一個導管段。

進一步地，所述桁架模組與作業平台之間、桁架模組與樁靴之間、以及相鄰兩個桁架模組之間均通過螺栓可拆卸連線。

優選地，所述樁靴包括承壓板和靴齒條，所述靴齒條從承壓板的底面向下延伸，所述靴齒位於靴齒條的下端。

有益效果

《船載桁架組合式原位測試平台》具有以下有益效果：

（1）《船載桁架組合式原位測試平台》原位測試平台豎於船載勘探平台單側，並與船載勘探平台脫開，可通過軟繩與船載勘探平台連線，在進行原位測試時，也可不受船載勘探平台晃動的影響，與船載勘探平台形成動、靜雙平台作業方式，大幅降低了水上勘探的成本。

（2）《船載桁架組合式原位測試平台》原位測試平台內設有導管，使靜態作業平台至海（河）床泥面間形成保護層，避免原位測試時因鑽桿受水中激流衝擊而彎曲，確保原位測試數據的準確性。

（3）《船載桁架組合式原位測試平台》原位測試平台採用模組化結構，成本低，便於貯存及運輸，且各模組現場組裝，拆卸簡便，無需其他船泊、浮吊等輔助設備支持。

（4）《船載桁架組合式原位測試平台》實現了雙平台各類勘探資源共享；使有限的靜態作業平台空間，可開展各類原位測試項目；確保不同水深、試驗深度、複雜工況下原位測試正常進行。

（5）《船載桁架組合式原位測試平台》原位測試平台中桁架承重架及樁靴提供了靜力觸探、十字板剪下試驗所需的反力及扭力，滿足水運工程各類地層複雜孔、深孔原位試驗需求。

（6）《船載桁架組合式原位測試平台》充分展現了一種船載靜態平台實現近岸水域原位測試的新穎設計方案。

附圖說明

圖1為《船載桁架組合式原位測試平台》一種船載桁架組合式原位測試平台的整體結構示意圖。

圖2為《船載桁架組合式原位測試平台》中作業平台與扶正裝置的連線示意圖。

圖3為《船載桁架組合式原位測試平台》中桁架模組的結構分解示意圖。

圖4為《船載桁架組合式原位測試平台》中導管的結構分解示意圖。

圖5為《船載桁架組合式原位測試平台》中樁靴部分的結構示意圖。

圖6為《船載桁架組合式原位測試平台》中桁架承重架裝、卸示意圖。

圖中：100船載勘探移動平台；200作業平台；201原位測試裝置；202欄桿；203機架連線孔；204機架座；210鑽桿；220探測裝置；300扶正裝置；301錨樁；302軟繩；303滑輪環；304滑輪；305滑輪軸；400桁架承重架；401連線孔；402上架板；403定位銷；404吊耳；405豎梁；406定位孔；407橫樑；408下架板；409螺栓；410桁架模組；415活動梁；418吊繩；500樁靴；501承壓板；502靴齒條；503靴齒；600導管；601導管段；602接箍；603密封環；604凹槽；605入土導管；606導管齒。

技術領域

《船載桁架組合式原位測試平台》涉及一種近岸岩土工程勘察作業平台，能確保水上靜力觸探、十字板剪下試驗等常規原位測試項目正常進行，具體說屬於水域岩土性能現場測試基礎平台。

權利要求

1.一種船載桁架組合式原位測試平台，其特徵是，包括以下部分：桁架承重架（400），由多個桁架模組（410）上下串聯而成；作業平台（200），固定在所述桁架承重架（400）的上端，作業平台（200）上設有用於安裝原位測試裝置（201）的機架座（204）；樁靴（500），固定在所述桁架承重架（400）的下端，樁靴（500）的底部設有靴齒（503）；導管（600），沿上下方向依次貫穿所述作業平台（200）、桁架承重架（400）和樁靴（500）；扶正裝置（300），包括多根軟繩（302），軟繩（302）的一端與所述桁架承重架（400）的上端或作業平台（200）相連線。

2.根據權利要求1所述的原位測試平台，其特徵是，所述作業平台（200）的底面上垂直固定多根滑輪軸（305），滑輪軸（305）上設有滑輪（304），所述軟繩（302）的一端與所述滑輪（304）相連線。

3.根據權利要求2所述的原位測試平台，其特徵是，所述滑輪（304）上設有滑輪環（303），所述軟繩（302）的一端設有快速鉤，所述快速鉤掛接在滑輪環（303）上。

4.根據權利要求1所述的原位測試平台，其特徵是，還包括一船載勘探平台（100），所述作業平台（200）高於船載勘探平台（100）的頂面，所述船載勘探平台（100）上固定有多個錨樁（301），所述多根軟繩（302）的另一端分別纏繞在所述錨樁（301）上。

5.根據權利要求4所述的原位測試平台，其特徵是，所述船載勘探平台（100）上設有包括鑽機和鑽塔在內的勘探設備。

6.根據權利要求1所述的原位測試平台，其特徵是，所述桁架模組（410）是由橫樑（407）、豎梁（405）、上架板（402）和下架板（408）焊接而成的長方體框架結構，所述桁架模組（410）上還焊接有吊耳（404）。

7.根據權利要求6所述的原位測試平台，其特徵是，所述豎梁（405）為空心柱，所述下架板（408）對應於豎梁（405）下端的位置開有定位孔（406），所述上架板（402）對應於豎梁（405）上端的位置上焊有定位銷（403）。

8.根據權利要求6所述的原位測試平台，其特徵是，所述導管（600）由多個導管段（601）通過接箍（602）密封連線而成，最下面的一個導管段為入土導管（605），所述入土導管（605）焊接在樁靴（500）上，入土導管（605）的下端設有導管齒（606），每個桁架模組（410）內都焊接有一個導管段（601）。

9.根據權利要求6所述的原位測試平台，其特徵是，所述桁架模組（410）與作業平台（200）之間、桁架模組（410）與樁靴（500）之間、以及相鄰兩個桁架模組（410）之間均通過螺栓（409）可拆卸連線。

10.根據權利要求1所述的原位測試平台，其特徵是，所述樁靴（500）包括承壓板（501）和靴齒條（502），所述靴齒條（502）從承壓板（501）的底面向下延伸，所述靴齒（503）位於靴齒條（502）的下端。

實施方式

如圖1所示，《船載桁架組合式原位測試平台》一種船載桁架組合式原位測試平台可以豎立於船載勘探平台100的單側，船載勘探平台100上可以設有鑽機和鑽塔等勘探設備，可用於水下勘探岩土取芯、取樣。該測試平台包括一桁架承重架400，桁架承重架400由多個桁架模組410上下串聯而成；在桁架承重架400的上端固定一個作業平台200，用於安裝原位測試裝置201，可開展各類原位測試；作業平台200略高於船載勘探平台100的頂面，在桁架承重架400的下端固定一個樁靴500，可插入海（河）床的泥面表層；一根導管600沿上下方向依次貫穿上述作業平台200、桁架承重架400和樁靴500，原位測試裝置201的鑽桿210和探測裝置220可以通過導管600插入海（河）床以下的岩土中，進行原位測試。為了確保桁架承重架400和導管600能夠與海（河）床面垂直，該發明還設定了扶正裝置300，扶正裝置300包括多根軟繩，軟繩的一端與桁架承重架400的上端或作業平台200相連線。

如圖2所示，作業平台200上設有機架座204，機架座204與作業平台200上的機架連線孔203連線，從而使原位測試裝置201固定在作業平台200上，作業平台200的四周可以圍上1～4面欄桿202，確保作業人員的安全。機架連線孔203分布排列在作業平台上，用以安裝各種類型的原位測試裝置，如靜力觸探儀、十字板儀等，機架連線孔203按上述常用原位測試裝置的機架座尺寸設計，不同的機架座204對應不同位置的機架連線孔203。

繼續參照圖2，在《船載桁架組合式原位測試平台》的優選實施例中，扶正裝置300包括錨樁301、軟繩302、滑輪環303、滑輪304和滑輪軸305，四個滑輪軸305分別垂直固定在作業平台200的底部，並分別位於前後左右四個方向，相應地，四個錨樁301也按四個方向固定在船載勘探平台100上，滑輪304可轉動地安裝在滑輪軸305上，滑輪304上設有滑輪環303，四根軟繩302的一端設有快速鉤，快速鉤掛接在滑輪環303上，軟繩302的另一端分別纏繞在所述錨樁301上。軟繩302是指具有一定柔性並能承受拉力的繩索，可以由纖維材料或金屬材料製成。

如圖3所示，桁架模組410具有統一大小的標準尺寸，每個桁架模組410都是由橫樑407、豎梁405、上架板402和下架板408焊接而成的長方體框架結構，桁架模組上還焊接有吊耳404。其中豎梁405為空心柱，下架板408對應於豎梁405下端的位置開有四個定位孔406，上架板402對應於豎梁405上端的位置上焊有四個定位銷403，上下兩個相鄰的桁架模組之間組裝時，定位銷403穿入另一個桁架模組的定位孔406內，使相鄰兩個桁架模組定位對齊，然後由螺栓409穿過上架板402和下架板408上的連線孔401，使相鄰兩個桁架模組連線在一起。桁架模組與作業平台之間、以及桁架模組與樁靴之間也通過螺栓可拆卸連線。

如圖3、圖4所示，所述導管由多個導管段601通過接箍602密封連線而成，每個桁架模組410內都焊接有一個導管段601，接箍602內設有凹槽604，凹槽604內設有密封環603，可以使相鄰的兩個導管段601密封連線。

如圖1、圖5所示，構成導管的最下面一段導管段為入土導管605，入土導管605焊接在樁靴500上，入土導管605的下端設有導管齒606。上述導管段601和入土導管605相互連線，形成一根長導管600，整個導管600從作業平台一直延伸至海（水）床泥面，可以避免穿設在導管600內的原位測試鑽桿210受激流衝擊而彎曲，影響試驗數據。對複雜地形，如砂、礫層需採用泥漿清孔護壁，由於導管600密閉，確保了泥漿循環。

如圖5所示，樁靴500包括承壓板501和靴齒條502，所述靴齒條502從承壓板501的底面向下延伸，靴齒條502的下端設有靴齒503。承壓板501用於與海（河）床泥面接觸，為原位測試平台提供支撐，承壓板501底部的四根靴齒條502圍成矩形，可以為十字板剪下試驗提供抗扭力。與樁靴500相連線的桁架模組可以採用加重桁架模組，加重桁架模組採用加厚的上架板、下架板和橫樑，可以為複雜土層、深孔原位靜力觸探提供適當的反力。

下面說明《船載桁架組合式原位測試平台》船載桁架組合式原位測試平台的安裝使用方法。

如圖1、圖6所示，勘探作業船在現場錨定後，根據原位測試項目及入土深度，在船載勘探平台100上，開始樁靴500與桁架模組410的連線固定，然後吊入船載勘探平台100單側，根據水深逐個組裝桁架模組410。組裝過程中，吊繩418掛鈎吊耳404，吊起一個桁架模組410，對準下方桁架模組410上的定位銷403然後放下，把螺栓409穿過上架板和下架板上的連線孔，與螺帽旋緊連線。吊起若干個已連線成一體的桁架模組410，移去支撐活動梁415，放下桁架模組410，然後重新插上支撐活動梁415，再重複這一過程，直至原位測試平台安裝完畢。

在安裝過程中，原位測試平台豎立到海（河）床泥面，必須保持垂直狀態，當發生傾斜時需調整，通過收放各根軟繩302調整原位測試平台，使之處於豎直狀態。原位測試平台安裝到位後，在進行原位測試時，放鬆軟繩302，並使軟繩302另一端纏繞在船載勘探平台100的四個錨樁301上，從而使原位測試平台脫離船載勘探平台100而處於靜態，並使整個原位測試平台處於受控狀態。

當進行靜力觸探試驗時，原位測試平台需考慮反力設計，即平台自重及水中浮力及波浪影響，根據需要可增加若干塊加重桁架模組組成原位測試平台。

《船載桁架組合式原位測試平台》採用模組化設計、成本低、安裝便利、易貯存及運輸，能循環使用。根據現場水深，確定原位測試平台所需桁架模組的數量，在作業現場組合安裝，可快速形成桁架組合式原位測試平台。基本達到一次裝卸，可完成若干個原位測試孔。該發明與船載勘探平台一起形成動、靜雙平台作業方式，實現各類勘探資源共享，從而大幅降低了勘探成本；確保不同水深、試驗深度、複雜工況下各類原位測試的正常進行。

榮譽表彰

2020年7月14日，《船載桁架組合式原位測試平台》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。