原位量測筒型基礎(chǔ)沉貫端阻力和摩阻力的方法
【專利說明】
[0001] 本申請是發(fā)明專利申請"一種原位量測筒型基礎(chǔ)沉貫端阻力和摩阻力的裝置及方 法"的分案申請，母案申請的申請?zhí)枮?013102189564,申請日為2013年6月4日。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于海洋、港口、巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，涉及一種原位量測裝 置，特別是涉及一種原位量測筒型基礎(chǔ)沉貫過程所受端阻力和摩阻力的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，海上風(fēng)電開發(fā)潛 力巨大，但同樣也面臨著諸多技術(shù)問題。比如海上風(fēng)電基礎(chǔ)受到的垂向荷載與水平荷載相 比較小，導(dǎo)致基礎(chǔ)受荷偏心很大，因而傳統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式在近海風(fēng)電場建設(shè)中失去了優(yōu) 勢和適用性。復(fù)合式筒型基礎(chǔ)是一種適合海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的、巨型寬淺式筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，具有 海上快速建造、抗傾覆能力強(qiáng)、適用于不良地基等諸多優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004] 復(fù)合式筒型基礎(chǔ)在負(fù)壓作用下沉放是非常重要的一項(xiàng)施工過程，國內(nèi)外實(shí)際工程 表明，部分筒型基礎(chǔ)之所以失敗，多數(shù)是因?yàn)槌练胚^程出現(xiàn)問題，沉放阻力估算不準(zhǔn)確，造 成筒型基礎(chǔ)無法下沉至設(shè)計(jì)深度，因此非常有必要開展對筒型基礎(chǔ)沉放阻力方面的研宄。 筒型基礎(chǔ)沉貫過程需要克服的阻力主要包括端阻力和摩阻力，目前確定筒型基礎(chǔ)沉貫阻力 的主要方法是：在現(xiàn)場進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)（CPT)，然后將CPT獲得的錐尖貫入阻力等土質(zhì)參 數(shù)，通過國外規(guī)范中的一些經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)換得到筒型基礎(chǔ)的沉貫阻力。由于CPT采用的是圓 錐探頭，其沉貫過程結(jié)構(gòu)-土作用機(jī)理與筒裙貫入有所不同，不能考慮筒內(nèi)外側(cè)土體擠土 效應(yīng)的差異，并且該方法建立在國外工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，且沒有嚴(yán)格的理論支持，加之公式 中的參數(shù)取值范圍寬泛，大大限制了其在我國工程中的應(yīng)用。
[0005] 因此如何比較準(zhǔn)確地確定筒型基礎(chǔ)沉放阻力是保證其順利沉放的前提，由于目前 筒型基礎(chǔ)在國內(nèi)外的應(yīng)用歷史尚短，工程經(jīng)驗(yàn)尚不豐富，缺乏專門的規(guī)范、規(guī)程，故亟需能 夠原位量測筒型基礎(chǔ)端阻力和摩阻力的裝置設(shè)備，以給筒型基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工帶來準(zhǔn)確的 沉貫阻力信息，保證筒型基礎(chǔ)順利安裝就位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是針對上述存在問題，提供一種可以原位 量測筒型基礎(chǔ)沉貫端阻力和摩阻力的裝置及方法，解決筒型基礎(chǔ)在沉貫過程中所受的內(nèi)、 外側(cè)摩阻力和端阻力的量測問題。
[0007] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0008] 一種原位量測筒型基礎(chǔ)端阻力和摩阻力裝置，包括量測總沉貫阻力的第一壓力傳 感器、筒型基礎(chǔ)的頂蓋、筒型基礎(chǔ)的筒壁、內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)、外側(cè)摩擦環(huán)、量測內(nèi)側(cè)摩阻力的第二 壓力傳感器、量測外側(cè)摩阻力的第三壓力傳感器、第一連接螺栓、量測端阻力的第四壓力傳 感器、端頭、滑塊、基座肋板、第二連接螺栓和滑槽，其中：
[0009] 所述量測總沉貫阻力的第一壓力傳感器設(shè)置在筒型基礎(chǔ)的頂蓋上，例如安裝在筒 型基礎(chǔ)的頂蓋上設(shè)置的安裝孔中，并與外部靜壓設(shè)備連接，量測筒型基礎(chǔ)在沉貫過程中受 到的外部靜壓設(shè)備施加的壓力，即該裝置由靜壓設(shè)備壓入海洋土體過程中，量測總的靜壓 貫入力。
[0010] 在所述筒型基礎(chǔ)的筒壁的兩側(cè)（即筒型基礎(chǔ)的外側(cè)和內(nèi)側(cè)）分別嵌入內(nèi)側(cè)摩擦環(huán) 和外側(cè)摩擦環(huán)，即將內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)和外側(cè)摩擦環(huán)分別套在筒壁的兩側(cè)，筒壁與內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)和 外側(cè)摩擦環(huán)之間均設(shè)有滑塊，所述滑塊選擇半球形或者球形（類似滾珠），摩擦環(huán)與滑塊的 接觸面涂抹潤滑油，以減小二者之間的摩擦。
[0011] 所述內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)和筒壁、外側(cè)摩擦環(huán)和筒壁之間設(shè)置有量測內(nèi)側(cè)摩阻力的第二壓 力傳感器、量測外側(cè)摩阻力的第三壓力傳感器，所述第二壓力傳感器和第三壓力傳感器固 定在筒壁上。當(dāng)摩擦環(huán)受到土的摩阻力時(shí)，會向上移動，與壓力傳感器接觸，量測內(nèi)側(cè)摩阻 力的第二壓力傳感器采集的總壓力即為內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)受到的內(nèi)側(cè)摩阻力，量測外側(cè)摩阻力的 第三壓力傳感器采集的總壓力即為外側(cè)摩擦環(huán)受到的外側(cè)摩阻力。
[0012] 在筒型基礎(chǔ)的筒壁的末端通過第一連接螺栓固定連接基座肋板和筒壁，所述基座 肋板的末端設(shè)置有滑槽，所述滑槽中設(shè)置有用于連接基座肋板和端頭的第二連接螺栓，所 述第二連接螺栓的一端設(shè)置在基座肋板的滑槽中，另一端與端頭固定相連；所述基座肋板 和端頭之間，在基座肋板上設(shè)置有量測端阻力的第四壓力傳感器。所述第二連接螺栓選用 凹陷式，以保證筒壁表面的平滑。所述第二連接螺栓可以在端頭的作用下沿滑槽上下移動， 裝置下沉?xí)r端頭受到土壓力，向上移動，與壓力傳感器接觸，壓力傳感器量測的總壓力即為 端阻力。
[0013] 所述第一壓力傳感器1數(shù)量選擇1一4個(gè)，均勻分布在筒型基礎(chǔ)的頂蓋上；所述第 二壓力傳感器6、第三壓力傳感器7和第四壓力傳感器9沿著筒形基礎(chǔ)圓周均勻分布，數(shù)量 選擇2- 6個(gè)。
[0014] 所述內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)、外側(cè)摩擦環(huán)嵌入筒壁兩側(cè)，以使嵌入摩擦環(huán)的筒壁與上下筒壁 的厚度一致；所述內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)、外側(cè)摩擦環(huán)嵌入筒壁的末端的兩側(cè)，兩者的上端分別與量測 內(nèi)側(cè)摩阻力的第二壓力傳感器、量測外側(cè)摩阻力的第三壓力傳感器之間設(shè)置有空隙，以供 內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)、外側(cè)摩擦環(huán)受到外力向上或者向下移動；兩者的下端與基座肋板之間設(shè)置有 空隙，以供內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)、外側(cè)摩擦環(huán)受到外力向上或者向下移動。
[0015] 所述端頭和基座肋板在徑向上與筒壁厚度一致。
[0016] 利用本發(fā)明的測試裝置可實(shí)現(xiàn)直接量測筒型基礎(chǔ)的四處摩阻力，分別將各個(gè)傳感 器與采集設(shè)備相連，并將待量測裝置與動力設(shè)備相連，按照下述步驟進(jìn)行測試：
[0017] (1)裝置在靜壓動力設(shè)備作用下，按照設(shè)定速度，勻速壓入量測土體中；
[0018] (2)壓入過程中，第一壓力傳感器1量測和記錄總的貫入壓力P隨深度變化過程， 由于下沉過程中保持勻速，故由傳感器量測，則某一深度處筒型基礎(chǔ)總貫入阻力R = P ;
[0019] (3)壓入過程中，端頭在土體的作用下向上移動，與安裝于基座肋板下側(cè)的量測 端阻力的第四壓力傳感器發(fā)生接觸，二者之間壓力N隨深度變化過程由傳感器量測和記 錄，則某一深度處筒型基礎(chǔ)端阻力Rt為各個(gè)第四壓力傳感器采集的壓力數(shù)值之和，即R t = N1+N2+N3+N4+......+Ni，其中N i為第i個(gè)第四壓力傳感器量測的壓力；
[0020] (4)壓入過程中，內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)在土體的作用下向上移動，與安裝于筒壁的量測內(nèi)側(cè) 摩阻力的第二壓力傳感器發(fā)生接觸，二者之間壓力Fi隨深度變化過程由傳感器量測和記 錄，則某一深度h處內(nèi)側(cè)摩擦環(huán)受到的內(nèi)側(cè)摩阻力fih(i表示內(nèi)側(cè)，h為某一深度）為：
[0021] fih= F n+Fi2+Fi3+Fi4+......+F in
[0022] 其中Fin為第η個(gè)