[发明专利]原位量测筒型基础沉贯端阻力和摩阻力的方法

说明书

本申请是发明专利申请“一种原位量测筒型基础沉贯端阻力和摩阻力的装置及方法”的分案申请，母案申请的申请号为2013102189564，申请日为2013年6月4日。

技术领域

本发明属于海洋、港口、岩土工程技术领域，更加具体地说，涉及一种原位量测装置，特别是涉及一种原位量测筒型基础沉贯过程所受端阻力和摩阻力的装置及方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，海上风电开发潜力巨大，但同样也面临着诸多技术问题。比如海上风电基础受到的垂向荷载与水平荷载相比较小，导致基础受荷偏心很大，因而传统的基础结构型式在近海风电场建设中失去了优势和适用性。复合式筒型基础是一种适合海上风机结构的、巨型宽浅式筒型基础结构，具有海上快速建造、抗倾覆能力强、适用于不良地基等诸多优势，具有广阔的应用前景。

复合式筒型基础在负压作用下沉放是非常重要的一项施工过程，国内外实际工程表明，部分筒型基础之所以失败，多数是因为沉放过程出现问题，沉放阻力估算不准确，造成筒型基础无法下沉至设计深度，因此非常有必要开展对筒型基础沉放阻力方面的研究。筒型基础沉贯过程需要克服的阻力主要包括端阻力和摩阻力，目前确定筒型基础沉贯阻力的主要方法是：在现场进行静力触探试验(CPT)，然后将CPT获得的锥尖贯入阻力等土质参数，通过国外规范中的一些经验公式转换得到筒型基础的沉贯阻力。由于CPT采用的是圆锥探头，其沉贯过程结构-土作用机理与筒裙贯入有所不同，不能考虑筒内外侧土体挤土效应的差异，并且该方法建立在国外工程经验的基础上，且没有严格的理论支持，加之公式中的参数取值范围宽泛，大大限制了其在我国工程中的应用。

因此如何比较准确地确定筒型基础沉放阻力是保证其顺利沉放的前提，由于目前筒 型基础在国内外的应用历史尚短，工程经验尚不丰富，缺乏专门的规范、规程，故亟需能够原位量测筒型基础端阻力和摩阻力的装置设备，以给筒型基础的设计和施工带来准确的沉贯阻力信息，保证筒型基础顺利安装就位。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，是针对上述存在问题，提供一种可以原位量测筒型基础沉贯端阻力和摩阻力的装置及方法，解决筒型基础在沉贯过程中所受的内、外侧摩阻力和端阻力的量测问题。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种原位量测筒型基础端阻力和摩阻力装置，包括量测总沉贯阻力的第一压力传感器、筒型基础的顶盖、筒型基础的筒壁、内侧摩擦环、外侧摩擦环、量测内侧摩阻力的第二压力传感器、量测外侧摩阻力的第三压力传感器、第一连接螺栓、量测端阻力的第四压力传感器、端头、滑块、基座肋板、第二连接螺栓和滑槽，其中：

所述量测总沉贯阻力的第一压力传感器设置在筒型基础的顶盖上，例如安装在筒型基础的顶盖上设置的安装孔中，并与外部静压设备连接，量测筒型基础在沉贯过程中受到的外部静压设备施加的压力，即该装置由静压设备压入海洋土体过程中，量测总的静压贯入力。

在所述筒型基础的筒壁的两侧(即筒型基础的外侧和内侧)分别嵌入内侧摩擦环和外侧摩擦环，即将内侧摩擦环和外侧摩擦环分别套在筒壁的两侧，筒壁与内侧摩擦环和外侧摩擦环之间均设有滑块，所述滑块选择半球形或者球形(类似滚珠)，摩擦环与滑块的接触面涂抹润滑油，以减小二者之间的摩擦。

所述内侧摩擦环和筒壁、外侧摩擦环和筒壁之间设置有量测内侧摩阻力的第二压力传感器、量测外侧摩阻力的第三压力传感器，所述第二压力传感器和第三压力传感器固定在筒壁上。当摩擦环受到土的摩阻力时，会向上移动，与压力传感器接触，量测内侧摩阻力的第二压力传感器采集的总压力即为内侧摩擦环受到的内侧摩阻力，量测外侧摩阻力的第三压力传感器采集的总压力即为外侧摩擦环受到的外侧摩阻力。

在筒型基础的筒壁的末端通过第一连接螺栓固定连接基座肋板和筒壁，所述基座肋板的末端设置有滑槽，所述滑槽中设置有用于连接基座肋板和端头的第二连接螺栓，所述第二连接螺栓的一端设置在基座肋板的滑槽中，另一端与端头固定相连；所述基座肋 板和端头之间，在基座肋板上设置有量测端阻力的第四压力传感器。所述第二连接螺栓选用凹陷式，以保证筒壁表面的平滑。所述第二连接螺栓可以在端头的作用下沿滑槽上下移动，装置下沉时端头受到土压力，向上移动，与压力传感器接触，压力传感器量测的总压力即为端阻力。

所述第一压力传感器1数量选择1—4个，均匀分布在筒型基础的顶盖上；所述第二压力传感器6、第三压力传感器7和第四压力传感器9沿着筒形基础圆周均匀分布，数量选择2—6个。