一種帶自動扶正氣囊的深海地基勘察座底裝置的製作方法

2023-12-07 06:06:51

本實用新型涉及海洋工程地基勘察領域，是利用筒型基礎提供抗錨固力的地基勘察座底裝置，且可利用氣囊實現自調平。

背景技術：

1965年左右，荷蘭和法國都開始用小型自升式平臺進行靜力觸探試驗，但是觸探深度僅5米左右。1966年，荷蘭Fugro公司研製了名為「Seaball」的海床式觸探機以及名為「Wison」型的繩索式井下靜力觸探。1972-1974年，荷蘭Fugro公司又在「Seaball」海床式觸探機的基礎上增加了可以提供支承反力的海底盤，改制成新的名為「Seacalf」的海床式觸探機(工作水深可達300m，觸探深度20-40m)，同時對「Wison」I型繩索式井中靜力觸探進行改進，研製成名為「Wison」MK型繩索式井中靜力觸探設備(工作水深及觸探深度總計400m)。1974-1976年，荷蘭與挪威合作設計和試驗了潛水艙式觸探機(工作水深200m，觸探深度60m。1977年，荷蘭試驗了套管式平臺觸探裝置(工作水深200m，最大貫入力為20t)。同年，英國與挪威合作發展了名為「Strigraz」型海底沉放式觸探設備(工作水深30米，觸探深度20m)。目前國內外海洋工程中地基勘察使用的座底裝置都為重力式結構，依靠本身重量提供錨固力，因此該類座底裝置普遍較重且造價高昂。筒型基礎是一種利用基礎與土體的協同作用共同承載的可回收式基礎形式，具有優秀的抗拔承載特性，且本身質量較輕，更省材料，造價也更低廉，因此可以作為海洋靜力觸探的座底裝置的一種方案。為了提高筒型基礎在安裝過程中的抗波流穩定性，保證其在安裝過程中的垂直度，特別設計了氣囊扶正裝置。

技術實現要素：

本實用新型目的旨在設計一種帶自動扶正氣囊的深海地基勘察座底裝置，該裝置以筒型基礎為藍本，依靠其出色的抗拔承載能力，減少座底裝置的重量，降低成本，同時安裝有氣囊，可實現下沉過程中的自動扶正能力。

本實用新型的技術方案是：

一種帶自動扶正氣囊的深海地基勘察座底裝置，由筒型基礎、預留空艙、勘察平臺、原位十字板試驗設備、靜力觸探試驗設備、全流動貫入試驗設備、鑽探取樣設備、負壓射流泵、外置氣囊及桁架支撐結構構成，筒形基礎內部設有預留空艙；預留空艙上部無頂板，為地基勘察預留作業面；預留空艙頂部設有地基勘察平臺，上附原位十字板試驗設備、靜力觸探試驗設備、全流動貫入試驗設備及鑽探取樣設備；其中原位十字板試驗設備、靜力觸探試驗設備、全流動貫入試驗設備及鑽探取樣設備設置在預留空艙內，並使靜力觸探試驗設備及鑽探取樣設備端部向下從筒形基礎底部端面伸出；筒形基礎頂部外圍設有多臺負壓射流泵；筒型基礎頂部安裝有外置氣囊，且通過桁架支撐結構與筒型基礎相連接；當裝置出現傾斜時，通過對外置氣囊內充氣，實現裝置自動調平扶正，在地基勘察作業完成後，通過射流泵反向加壓將筒型基礎取出回收。

進一步的，所述的筒形基礎為鋼材薄壁結構，直徑5～10m；筒形基礎內部通過設有圓柱形分隔板將其形成預留空艙，空艙直徑在2-5m。

進一步的，所述的負壓射流泵數量與筒形基礎分倉數相同，為4～8個；通過負壓抽取可將該裝置安裝到海床表面，並提供錨固力。

進一步的，所述的外置氣囊直徑5～10m，桁架支撐結構高度5～10m。

進一步的，所述的筒形基礎共分4倉，頂部外圍設有4臺負壓射流泵。

本實用新型的有益效果是：

預留空艙為地基勘察提供了封閉的作業通道，使得作業過程中可不受到外界環境的影響，增強測試數據的真實性；負壓射流泵可實現筒形基礎的負壓沉放與反向加壓作業，使得裝置可在勘察工作完畢後取出收回，實現了裝置的可再利用，極大降低了生產成本；在預留空艙上部安裝有地基勘察相關設備模塊，可實現原位十字板試驗、靜力觸探試驗(CPT/CPTU)和全流動貫入試驗(T-bar/Ball-bar等)等綜合性的深海原位勘察作業；對通過桁架，將筒型基礎與外置氣囊連接，通過氣囊內部的氣體的充放，可實現裝置的自動調平與扶正；由於筒型基礎能夠提供較大的抗拔阻力，因此可有效降低裝置自身的自重，減少鋼材的用量，降低成本。

附圖說明

圖1一種帶氣囊的深海靜力觸探座底裝置立面圖

圖2一種帶氣囊的深海靜力觸探座底裝置平面圖

圖中：1、筒型基礎；2、預留空艙；3、勘察平臺；4、原位十字板試驗設備；5、靜力觸探試驗(CPT/CPTU)設備；6、全流動貫入試驗(T-bar/Ball-bar等)設備；7鑽探取樣設備；8、射流泵；9、外置氣囊；10、桁架支撐結構。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

由附圖1和附圖2可知，本實用新型由筒型基礎1、預留空艙2、勘察平臺3、原位十字板試驗設備4、靜力觸探試驗(CPT/CPTU)設備5、全流動貫入試驗(T-bar/Ball-bar等)設備6、鑽探取樣設備7、負壓射流泵8、外置氣囊9及桁架支撐結構10構成。筒形基礎1為鋼材薄壁結構，直徑5～10m；內部通過設有圓柱形分隔板將其形成預留空艙2，空艙直徑在2-5m，上部無頂板，為地基勘察預留作業面；預留空艙2頂部安裝有勘察平臺3，上附原位十字板試驗設備4、靜力觸探試驗(CPT/CPTU)設備5、全流動貫入試驗(T-bar/Ball-bar等)設備6、鑽探取樣設備7；其中原位十字板試驗設備4、靜力觸探試驗(CPT/CPTU)設備5、全流動貫入試驗(T-bar/Ball-bar等)設備6及鑽探取樣設備7設置在預留空腔內，並使靜力觸探試驗(CPT/CPTU)設備5及鑽探取樣設備7端部向下從筒形基礎1底部端面伸出；筒形基礎1頂部外圍設有多臺負壓射流泵8，通過負壓抽取可將該裝置安裝到海床表面，並提供錨固力；負壓射流泵8數量與筒形基礎分倉豎向相同，為4～8個；筒型基礎1頂部安裝有外置氣囊9，且通過桁架支撐結構10與筒型基礎1相連接；氣囊直徑5～10m，桁架支撐結構10高度5～10m。

本實用新型裝置下沉過程中的自動調平扶正過程：當該裝置出現傾斜時，可通過對外置氣囊9內充氣，將裝置緩慢浮起，直到與本身重量相當時，裝置會因浮力作用自動調平扶正，隨後再緩慢放氣，裝置將繼續下沉，由此即可保證裝置的垂直度滿足作業要求；在地基勘察作業完成後，通過射流泵8反向加壓將筒型基礎1取出回收。

本實用新型實施例的具體尺寸：筒型基礎直徑5m，高3m，壁厚8cm；中間空艙直徑2m，分隔板壁厚5cm；外置氣囊體積不小於10m3，鋼桁架高5m。本實用新型中筒形基礎1共分4倉，頂部外圍設有4臺負壓射流泵8。