一种静力触探装置的制作方法

本发明涉及静力触探技术领域，更具体地，涉及一种静力触探装置。

背景技术：

静力触探是指利用压力装置将有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测土的贯入阻力，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探加压方式有机械式、液压式和人力式三种。静力触探在现场进行试验，将静力触探所得比贯入阻力与载荷试验、土工试验有关指标进行回归分析，可以得到适用于一定地区或一定土性的经验公式，可以通过静力触探所得的计算指标确定土的天然地基承载力。

静力触探的基本原理就是用准静力将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。

静力触探技术在陆域、江、湖、河的工程地质勘察中已得到广泛使用，但是海上环境复杂，在海上进行静力触探施工时候，往往需要依赖海上作业平台才能够完成，工作需要在海上作业平台上进行，施工麻烦，勘测成本较高。

另外，现有的探杆一般由多段组成，往往需要人工将多段探杆旋紧拼接才能够使用，使用人手旋紧探杆效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种静力触探装置，无需依赖于海上平台，通过套管进行支撑和固定，能够快速方便地完成海上静力触探工作，节省勘测成本，且能够在进行静力触探工作的同时将多段探杆旋紧拼合固定，提高工作效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种静力触探装置，包括探杆还包括贯入机构、旋杆机构和用于固定在海床上的套管，所述的贯入机构安装在套管上，所述的旋杆机构包括第三夹持机构和旋转驱动机构，所述的旋转驱动机构和第三夹持机构连接驱动第三夹持机构旋转，所述的第三夹持机构夹持探杆。

在本装置中，探杆用于进行静力触探使用，套管用于安装在海床上，通过使用套管将贯入机构进行固定，使得静力触探施工无需依赖于海上平台，工作人员只需先将套管在待测区域内固定好之后，即可进行静力触探工作。在工作的时候，无需事先将多段探杆拼接好再携带至施工区域，首先将单段探杆通过第三夹持机构进行夹紧固定，另一段的探杆端部先通过人手旋入部分至第一段探杆中，旋转驱动机构驱动第三夹持机构旋转，从而带动探杆转动，两段探杆之间通过螺纹旋紧拼接固定，多段探杆通过重复上述手段即可完成拼装。在完成探杆安装之后，通过贯入机构将探杆向下贯入，以使探杆端部的探测传感器贯入至海床，以完成静力触探工作。由于本装置是通过固定在海床上的探杆进行固定的，因此进行海上静力触探工作的时候，无需先进行搭建海上平台，能够节省大量的成本和人力，另外，通过使用套管作为贯入装置的支撑平台，在需要进行多个区域的勘测的时候，套管的安装和固定简单方便快捷，能够很好地完成多个区域点的勘测布局，提高勘测的效率。

进一步的，所述的贯入机构包括第一液压缸，所述的第一液压缸包括缸筒、第一活塞杆、第一夹持机构和第二夹持机构，所述的第一夹持机构与第一活塞杆端部连接，所述的第二夹持机构与缸筒连接。

在本装置中，用于静力触探的探杆分别通过第一夹持机构和第二夹持机构对其进行夹持，在进行贯入的时候，第二夹持机构松开对探杆的夹持作用力，第一夹持机构夹紧探杆，第一液压缸启动，并推出第一活塞杆，以驱动第一夹持机构向下运动，从而带动探杆向下运动，实现贯入，当第一活塞杆顶出至其最大顶出行程时，第二夹持机构夹紧探杆，第一夹持机构松开，通过第二夹持机构对探杆保持位置的固定，第一液压缸控制第一活塞杆向上运动复位，复位后第一夹持机构夹紧探杆，第二夹持机构松开探杆，重复上述动作，以实现探杆的连续贯入。另外，在完成贯入工作之后，需要将探杆取出，在取出探杆的过程中，首先第一夹持机构对探杆进行夹紧，第一活塞杆向上运动带动探杆向上运动，第二夹持机构夹紧探杆，保持探杆位置避免在重力作用下探杆掉落，第一夹持机构松开，并第一活塞杆向下运动后再对探杆进行夹紧，第二夹持机构松开，重复上述动作，实现将探杆取出的工作。本装置结构简单，在进行探杆贯入动作的时候，通过一组液压缸即可完成贯入工作，且通过双夹持机构的设置能够很好地保持探杆在贯入时候的稳定性。另外，本装置能够同时实现探杆的贯入和取出工作，且在取出探杆的时候能够避免探杆由于重力作用掉落的问题，能够迅速便捷地贯入和取出探杆，具有良好地推广价值。

进一步的，所述的第三夹持机构为卡盘，所述的卡盘包括盘体、活动卡爪和卡盘座，所述的盘体转动设置在卡盘座上，所述的旋转驱动机构包括电机和与电机输出轴连接的齿轮，所述的盘体上表面设置有阿基米德螺旋槽，下表面设置有第一螺纹齿，所述的齿轮与第一螺纹齿啮合，若干所述的活动卡爪设置在盘体上，所述的活动卡爪设有第二螺纹齿，所述的第二螺纹齿与阿基米德螺旋槽啮合。电机动作带动齿轮转动，通过齿轮驱动卡盘做旋转运动，由于卡盘的上表面设置有与活动卡爪下表面的第二螺纹齿啮合的阿基米德螺旋槽，因此在卡盘旋转的同时可以带动活动卡爪朝向旋转中心移动，以实现将探杆夹紧，在夹紧探杆之后，活动卡爪和卡盘位置相对固定，卡盘旋转带动活动卡爪转动，从而实现带动探杆旋转。

进一步的，所述的第三夹持机构通过缓震器安装在第二夹持机构上，所述的缓震器上端与卡盘座连接，下端安装固定在第二夹持机构上。缓震器设置有两个，对称设置在卡盘座的两端，通过缓震器可以减少在拼接多段探杆时候的震动。

进一步的，两个所述的第一液压缸平行设置，所述的第一夹持机构两端分别与两个第一活塞杆固定连接，所述的第二夹持机构两端分别与两个缸筒固定连接。本装置通过采用一组平行设置的液压缸对探杆贯入提供动力，既能够保证贯入时候的稳定性，也能够提供足够的贯入动力。在贯入过程中，第一夹持机构跟随着第一活塞杆而运动，用以驱动探杆动作，第二夹持机构位置固定不动，用以对探杆进行位置固定。

进一步的，所述的第一夹持机构通过法兰座与第一活塞杆安装固定，所述的法兰座两端分别设置有两个与第一活塞杆端部固定连接的固定耳，所述的法兰座底部与套管顶端可拆卸连接。

进一步的，所述的套管端部设有固定盘，所述的固定盘和法兰座通过螺栓固定。具体地，固定盘与套管端部为一体式结构，在固定盘和法兰座上设置有相互对应的固定孔，在安装的时候使用螺栓穿过两个固定孔即可完成固定盘和法兰座的固定，从而实现将贯入装置安装到套管上，以使套管支撑起贯入装置在水面上。该种安装固定的方式简单方便，可以实现贯入装置和套管分离，以便于前期在海床上固定套管。

进一步的，所述的第二夹持机构通过箍体与缸筒外壁连接，所述的箍体套设固定在缸筒外壁，所述的箍体上设有安装座，所述的第二夹持机构两端分别固定安装在两个安装座上。根据实际所需，第二夹持机构的安装位置可以通过箍体套设的高度位置进行调整，通过箍体固定的方式可以避免对缸筒造成损伤，以保证液压缸的正常使用。

进一步的，在法兰座的中部设置有通孔，通孔用于通过探杆，第一活塞杆运动带动法兰座运动，以实现控制第一夹持机构的动作，其中，第一夹持机构的夹持中心与通孔中心置于同一直线方向上，且通孔的直径略大于探杆的外径，在夹持的时候，通孔能够起到导向和对中作用，能够保证探杆贯入的稳定性。

进一步的，所述的第一夹持机构和第二夹持机构均包括夹持座、第一滑块、第二滑块、第二液压缸和调节螺栓，所述的夹持座内设有容置腔，所述的第一滑块和第二滑块上滑动设置在容置腔内，所述的第一滑块上设有第一夹持块，所述的第二滑块上设有第二夹持块，所述的第一夹持块和第二夹持块相对设置，所述的第二液压缸设有第二活塞杆，所述的第二活塞杆与第二滑块连接，所述的调节螺栓穿过夹持座侧壁，所述的调节螺栓与夹持座侧壁螺纹配合，所述的调节螺栓端部与第一滑块连接。在进行夹持之间，根据所用的探杆的直径大小，通过调整调节螺栓以控制第一滑块的位置，以适应不同直径大小的探杆，保证探杆的对中性，调整好之后的第一夹持块刚好与探杆的外壁贴合，且此时探杆的轴线方向与第一活塞杆的运动方向相同，以保证在贯入的时候探杆的对中性，以提高贯入效率。在调整好第一夹持块的位置之后，通过第二液压缸控制第二活塞杆，以驱动第二滑块朝靠近第一滑块方向运动，直至第二夹持块与探杆外壁贴合后则完成夹持。本装置通过调节螺栓和液压缸的配合，能够方便地对夹持位置进行调整，且仅通过单向的夹持，可以减少由于多个液压缸之间的夹持作用力不一致导致探杆居中性不好的问题。

进一步的，所述的第一夹持块和第二夹持块上设有圆弧面。在夹持探杆的时候，圆弧面刚好能够与探杆的外壁面进行贴合，以增大夹持块与探杆外壁面之间的接触面积，增大夹持块与探杆之间的摩擦力，使夹持更加稳固。

进一步的，所述的第一夹持块和第二夹持块上设有防滑垫，通过防滑垫能够增大夹持块与探杆外壁面之间的摩擦力，以保证探杆能够夹持稳定。具体地，防滑垫为防滑硅胶垫，其具有弹性，可以减少夹持过程中对探杆造成的表面损伤。

进一步的，所述的容置腔内设有导杆，所述的第一滑块和第二滑块上设有导孔，所述的导杆穿过导孔，所述的第二滑块与第二滑块滑动设置在导杆上，具体地，导杆的轴向方向与第二活塞杆的运动方向一致，具体地，两个导杆平行设置在夹持座内，通过导杆的导向作用能够使滑块动作更加稳定，避免滑块在动作时候偏摆。

在使用本装置进行海上静力触探作业的时候，无需依赖于海上平台，工作人员只需要乘船至待测区域将套管固定好之后，将贯入装置安装在套管顶端，再通过贯入装置将探杆驱动贯入即可完成静力触探工作。特别地，套管的顶端超出水面设置，以便于贯入装置的安装。通过使用本方法进行海上静力触探工作的时候，无需先进行搭建海上平台，能够节省大量的成本和人力，另外，通过使用套管作为贯入装置的支撑平台，在需要进行多个区域的勘测的时候，套管的安装和固定简单方便快捷，能够很好地完成多个区域点的勘测布局，提高勘测的效率。

另外，在探杆进行贯入的时候，探杆置于套管内部，这样套管既能够起到支撑贯入装置的作用，也能够起到保护探杆的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本方法和装置通过采用套管进行对贯入装置进行支撑和固定，相对于现有进行静力触探需要依赖海上平台，本方法和装置能够大大减少搭建海上平台的成本，另外，通过采用套管固定的形式，能够快速便捷地完成勘测区域的布局，且受到勘测结果受到海面波动情况影响较小，能够提高勘测的准确性；

2、本装置贯入装置和套管可拆卸连接，可以方便前期先将套管固定后再进行对贯入装置的安装；

3、本贯入装置结构简单，采用双夹持机构的设置能够很好地完成探杆的贯入和取出工作，控制维护简单，另外，本装置采用调节螺栓和液压缸的方式对探杆进行夹持，既能够保证夹持的稳定性，也能够保持探杆的对中性，能够很好地提高贯入效率。

附图说明

图1为本发明在一个实施例中装置的整体结构示意图；

图2为图1中a处局部放大图；

图3为图1中b处局部放大图；

图4为本发明在一个实施例中第一夹持机构和第二夹持机构的结构示意图；

图5为本发明在一个实施例中旋杆机构的结构示意图；

图6为本发明在一个实施例中盘体和齿轮的结构示意图；

图7为图6的俯视图；

图8为本发明在一个实施例中活动卡爪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1所示，一种静力触探装置，包括探杆01，在探杆01的端部设置有探测传感器，通过将探杆01的贯入至海床中以实现静力触探。本装置还包括贯入机构、旋杆机构70和用于固定在海床上的套管60，其中套管60固定在勘测区域的海床上，且套管60的上端部露出于水面设置，贯入装置可拆卸地安装在套管60的上端。

本装置中，贯入装置包括第一液压缸，第一液压缸包括缸筒10和第一活塞杆20，第一活塞杆20活动设置在缸筒10内，两个第一液压缸平行设置，两个第一液压缸同步动作，第一夹持机构32的两端分别与两个第一活塞杆20的端部固定连接，两个第二夹持机构31设置在两个缸筒10之间，第二夹持机构31的两端分别与两个缸筒10固定。通过采用一组平行设置的液压缸对探杆01贯入提供动力，既能够保证贯入时候的稳定性，也能够提供足够的贯入动力。在贯入过程中，第一夹持机构32跟随着第一活塞杆20而运动，用以驱动探杆01动作，第二夹持机构31位置固定不动，用以对探杆01进行位置固定。

具体地，如图2、3所示，第一夹持机构32和第二夹持机构31的夹持中心位于同一直线方向上。在本实施例中，第一夹持机构32通过法兰座50与两个第一活塞杆20的端部固定，在法兰座50的中部设置有通孔，通孔的直径略大于探杆01的直径，探杆01能够穿过通孔以进行贯入海床中。具体地，法兰座50两端分别设置有两个与第一活塞杆20端部固定连接的固定耳501，所述的法兰座50底部与套管60顶端可拆卸连接。

套管60端部设有固定盘601，固定盘601和法兰座50通过螺栓固定。具体地，固定盘601与套管60端部为一体式结构，在固定盘601和法兰座50上设置有相互对应的固定孔，在安装的时候使用螺栓穿过两个固定孔即可完成固定盘601和法兰座50的固定，从而实现将贯入装置安装到套管60上，以使套管60支撑起贯入装置在水面上。该种安装固定的方式简单方便，可以实现贯入装置和套管60分离，以便于前期在海床上固定套管60。

在本实施例中，第一夹持机构32的夹持中心与通孔置于同一直线方向上，第一活塞杆20运动带动法兰座50运动，以实现控制第一夹持机构32的动作，在贯入过程中，通孔能够起到导向和对中作用，能够保证探杆01贯入的稳定性。

另外，在本实施例中，第二夹持机构31通过箍体40与缸筒10外壁连接，箍体40套设固定在缸筒10外壁，箍体40上设有安装座，第二夹持机构31两端分别固定安装在两个安装座上。根据实际所需，第二夹持机构31的安装位置可以通过箍体40套设的高度位置进行调整，通过箍体40固定的方式可以避免对缸筒10造成损伤，以保证液压缸的正常使用。

特别的，如图4所示，第一夹持机构32和第二夹持机构31均包括夹持座303、第一滑块306、第二滑块304、第二液压缸301和调节螺栓308，夹持座303内设有容置腔，第一滑块306和第二滑块304上滑动设置在容置腔内，第一滑块306上设有第一夹持块307，第二滑块304上设有第二夹持块305，第一夹持块307和第二夹持块305相对设置，第二液压缸301设有第二活塞杆302，第二活塞杆302与第二滑块304连接，调节螺栓308穿过夹持座303侧壁，调节螺栓308与夹持座303侧壁螺纹配合，调节螺栓308端部与第一滑块306连接。在进行夹持之间，根据所用的探杆01的直径大小，通过调整调节螺栓308以控制第一滑块306的位置，以适应不同直径大小的探杆01，保证探杆01的对中性，调整好之后的第一夹持块307刚好与探杆01的外壁贴合，且此时探杆01的轴线方向与第一活塞杆20的运动方向相同，以保证在贯入的时候探杆01的对中性，以提高贯入效率。在调整好第一夹持块307的位置之后，通过第二液压缸301控制第二活塞杆302，以驱动第二滑块304朝靠近第一滑块306方向运动，直至第二夹持块305与探杆01外壁贴合后则完成夹持。本装置通过调节螺栓308和液压缸的配合，能够方便地对夹持位置进行调整，且仅通过单向的夹持，可以减少由于多个液压缸之间的夹持作用力不一致导致探杆01居中性不好的问题。特别地，为了方便操作调节螺栓308，在调节螺栓308凸出于夹持座303外壁的一端上设有把手，通过把手能够方便工作人员对调节螺栓308进行调节。

第一夹持块307和第二夹持块305上设有圆弧面。在夹持探杆01的时候，圆弧面刚好能够与探杆01的外壁面进行贴合，以增大夹持块与探杆01外壁面之间的接触面积，增大夹持块与探杆01之间的摩擦力，使夹持更加稳固。第一夹持块307和第二夹持块305上设有防滑垫，防滑垫贴合于圆弧面设置，通过防滑垫能够增大夹持块与探杆01外壁面之间的摩擦力，以保证探杆01能够夹持稳定。具体地，防滑垫为防滑硅胶垫，其具有弹性，可以减少夹持过程中对探杆01造成的表面损伤。

另外，容置腔内设有导杆309，第一滑块306和第二滑块304上设有导孔，导杆309穿过导孔，第二滑块304与第二滑块304滑动设置在导杆309上，具体地，导杆309的轴向方向与第二活塞杆302的运动方向一致，具体地，两个导杆309平行设置在夹持座303内，通过导杆309的导向作用能够使滑块动作更加稳定，避免滑块在动作时候偏摆。

在本实施例中，如图5-8所示，旋杆机构70包括第三夹持机构和旋转驱动机构，第三夹持机构为三爪卡盘，具体地，三爪卡盘包括盘体701、三个活动卡爪702和卡盘座703，三个活动卡爪702分别中心对称设置在盘体701上，且活动卡爪702与卡盘座703活动连接。旋转驱动机构包括电机704和与电机704输出轴连接的齿轮705，盘体701上表面设置有阿基米德螺旋槽7011，下表面设置有第一螺纹齿7012，齿轮705与第一螺纹齿7012啮合，若干活动卡爪702设置在盘体701上，活动卡爪702设有第二螺纹齿7021，第二螺纹齿7021与阿基米德螺旋槽7011啮合。电机704动作带动齿轮705转动，通过齿轮705驱动卡盘做旋转运动，由于卡盘的上表面设置有与活动卡爪702下表面的第二螺纹齿7021啮合的阿基米德螺旋槽7011，因此在卡盘旋转的同时可以带动活动卡爪702朝向旋转中心移动，以实现将探杆01夹紧，在夹紧探杆01之后，活动卡爪702和卡盘位置相对固定，卡盘旋转带动活动卡爪702转动，从而实现带动探杆01旋转。在本实施例中，除了可以使用三爪卡盘，也可同样使用能够稳定夹紧探杆01的四爪卡盘，在本实施例中仅以三爪卡盘为举例，并不限定其他卡盘的使用。特别地，在活动卡爪702的夹持端面上设置有防滑纹，以保证能够更好地夹紧探杆01。

另外，第三夹持机构通过缓震器706安装在第二夹持机构31上，缓震器706上端与卡盘座703连接，下端安装固定在第二夹持机构31上。缓震器706设置有两个，对称设置在卡盘座703的两端，通过缓震器706可以减少在拼接多段探杆01时候的震动。

在使用本装置进行海上静力触探作业的时候，即无需进行搭建海上平台，也无锡事先将多段探杆01拼接好之后再携带至施工区域，能够节省大量的成本和人力。首先先将单段探杆01通过三爪卡盘夹紧，固定，另一段探杆01的端部通过人手旋入部分至第一段探杆01中，工作人员并通过人手握紧探杆01，启动电机704驱动三爪卡盘动作，从而带动探杆01转动，两段探杆01之间通过螺纹旋紧拼接固定，多段探杆01通过重复上述手段即可完成拼装。

另外，本装置通过使用套管60作为贯入装置的支撑平台，在需要进行多个区域的勘测的时候，套管60的安装和固定简单方便快捷，能够很好地完成多个区域点的勘测布局，提高勘测的效率。工作人员先乘船至待勘测的区域，并将套管60固定好之后，将贯入装置安装在套管60顶端，再通过贯入装置将探杆0101驱动贯入即可完成静力触探工作。具体地，用于静力触探的探杆01分别通过第一夹持机构32和第二夹持机构31对其进行夹持，在进行贯入的时候，第二夹持机构31松开对探杆01的夹持作用力，第一夹持机构32夹紧探杆01，第一液压缸启动，并推出第一活塞杆20，以驱动第一夹持机构32向下运动，从而带动探杆01向下运动，实现贯入，当第一活塞杆20顶出至其最大顶出行程时，第二夹持机构31夹紧探杆01，第一夹持机构32松开，通过第二夹持机构31对探杆01保持位置的固定，第一液压缸控制第一活塞杆20向上运动复位，复位后第一夹持机构32夹紧探杆01，第二夹持机构31松开探杆01，重复上述动作，以实现探杆01的连续贯入。另外，在完成贯入工作之后，需要将探杆01取出，在取出探杆01的过程中，首先第一夹持机构32对探杆01进行夹紧，第一活塞杆20向上运动带动探杆01向上运动，第二夹持机构31夹紧探杆01，保持探杆01位置避免在重力作用下探杆01掉落，第一夹持机构32松开，并第一活塞杆20向下运动后再对探杆01进行夹紧，第二夹持机构31松开，重复上述动作，实现将探杆01取出的工作。本装置结构简单，在进行探杆01贯入动作的时候，通过一组液压缸即可完成贯入工作，且通过双夹持机构的设置能够很好地保持探杆01在贯入时候的稳定性。另外，本装置能够同时实现探杆01的贯入和取出工作，且在取出探杆01的时候能够避免探杆01由于重力作用掉落的问题，能够迅速便捷地贯入和取出探杆01，具有良好地推广价值。

特别地，套管60的顶端超出水面设置，以便于贯入装置的安装。另外，在探杆01进行贯入的时候，探杆01置于套管60内部，这样套管60既能够起到支撑贯入装置的作用，也能够起到保护探杆01的作用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。